Ethereum 侧链与 Layer 2：区别是什么？

随着数百万用户加入 Ethereum 网络，开发者每天都在构建 Ethereum 应用，Ethereum 受限于其交易数量。Ethereum 处理交易的能力，即交易吞吐量，被限制在 15 笔交易/秒，导致成本日益上涨，并且经常因拥堵而让许多人无法使用。

Ethereum 网络是主链，所有直接在其上发生的交易都属于“链上”，而其他交易都被视为“链下”。正是这些链下解决方案，如侧链和二层网络，能够帮助 Ethereum 扩容，提高交易速度和网络能处理的交易数据量。本文将介绍侧链和二层解决方案是什么，以及它们如何帮助实现可扩展性。

侧链和二层网络解决了什么问题？

侧链和 Ethereum 二层解决方案解决的是帮助 Ethereum 扩容的问题。试图在链上提升性能的方案往往会导致 Ethereum 的去中心化或可扩展性受到牺牲——这就是所谓的可扩展性三难困境。

提高 Ethereum 一层的复杂程度并不理想，因为这会增加治理开销，需要平台不断讨论、决策并实施新的改进。侧链和二层解决方案能够在保持安全性和去中心化的同时，为所有人持续带来渐进式的创新，改善 Ethereum。

侧链和二层解决方案的主要区别是什么？

侧链与 Ethereum 二层解决方案的主要区别在于，二层继承了 Ethereum 主网的安全性，而侧链依赖自身的安全性。

什么是 Ethereum 侧链？

Ethereum 侧链是一个与 Ethereum 主链并行运行的独立区块链网络。 侧链通过双向锚定系统与主链相连，允许在两条链之间交换资产。

侧链基本分为两种类型：一种是一条链依赖于另一条链，另一种是各自独立。

当一条链依赖于另一条链（如 Ethereum）时，可以将其视为该父链的子链。通常，子链不会创建自己的资产，其资产来自父链的转账。

侧链拥有自己的共识协议，通常针对特定类型的交易设计，使其更快、更便宜。然而，这也意味着它们通常不会继承 Ethereum 的安全属性，使用侧链时，你会失去对资金的托管权，只能完全依赖侧链自身的安全性，包括参与其共识协议的节点。

侧链降低了主链的拥堵，为所有人降低了成本，并提升了 Ethereum 生态系统的可用性和可扩展性。开发者也可以利用侧链来探索和测试主链上尚不支持的新功能和用例。

常见的侧链包括 Polygon PoS、Skale 和 Rootstock。Ethereum 2.0 有其自己的侧链变体，称为分片链，连接到最近推出的信标链，其目标是最终成为基于权益证明（PoS）的 Ethereum 的主链。

侧链是如何工作的？

侧链通过双向锚定系统或桥接与主链相连。 在主链上，你可以将 Ethereum 发送到一个退出地址，该地址充当锁箱，使你无法在其他地方花费这些资金。

一旦该交易完成，且为额外安全性设置的“挑战期”过去后，就会提供一种称为“简单支付验证”（SPV）的回执。这将触发通过智能合约从侧链上的锁箱中释放相同价值的资产。当从侧链“转回”主链时，会发生完全相同的过程，只是方向相反。

如何在侧链上开发？

侧链基于 Ethereum 虚拟机（EVM）构建，这是 Ethereum 的计算引擎，这种与 Ethereum 虚拟机的兼容性意味着开发者在侧链上使用应用时无需做任何改动。只需部署相同的代码即可，因为它们都共享相同的 Solidity 软件层，并且可以通过相同的 Web3 API 访问！

什么是二层协议？

二层协议是存在于 Ethereum 链内部的链，但能够通过次级框架实现更高的可扩展性。这通过让大部分活动在第二层处理，从而减少了主层的拥堵。与侧链不同，二层通常继承了主链的安全属性。

一层是基础区块链。Ethereum 是一层区块链，因为它是各种二层区块链构建于其上的底层基础。简单来说，二层将交易打包压缩后提交给 Ethereum 主网。

有哪些二层扩容方案？

二层扩容方案包括通道（channels）、Rollups 和 Plasma。 以下是每种方案的简要说明。

1. 状态通道

在状态通道中，用户之间直接进行链下交易，并将链上交易减少到仅包含最重要的信息。具体而言，区块链的一部分通过智能合约锁定，使得交易参与方必须完全一致同意才能进行更新。

参与者之间通过创建并签署交易来更新状态，这些交易可以提交到区块链。一旦你想停止使用该通道，就退出并将最后的状态更新提交到主链，从而再次解锁该状态。

2. Rollups

Rollup 在 Ethereum 主链之外执行交易，然后将多笔交易打包，再发送回 Ethereum 主网。Rollups 依靠证明来让 Ethereum 无需处理交易即可验证其正确性。

Rollups 有哪两种类型？

总体而言，Rollups 有两种类型：零知识（ZK）Rollups 和 Optimistic Rollups。

1. 零知识 Rollups（ZK rollups）

**零知识 Rollups（ZK rollups）**使用有效性证明。每一批交易都包含一种名为简洁非交互式知识论证（SNARK）的密码学证明，由 Ethereum 主层上的合约进行验证。

由于主链上只需存储有效性证明，而无需存储庞大的交易数据，这种链下计算节省了大量的处理时间和算力，使得零知识 rollups更快、效率更高。

2. Optimistic rollups

Optimistic Rollups 使用欺诈证明。顾名思义，这种方案乐观地假设所有交易都是有效的，并在没有任何初始证明的情况下提交批次。存在一个挑战期，在此期间其他人可以检测并证明某一批次中的数据存在欺诈。

如果该批次被证明存在欺诈，Optimistic rollups 将执行欺诈证明，并使用 Ethereum 主链上可获取的数据重新运行正确的交易计算。要求参与者质押 ETH，并根据其行为给予奖励或惩罚，这激励了良好的行为。

像 Optimism 这样的公司通过提供更高的吞吐量、更低的延迟和更低的 gas 费用来帮助 Ethereum 扩容。截至撰写本文时，Optimism 的 gas 费用比 Ethereum 便宜多达 10 倍！

3. Plasma

可以将 Plasma 视为 Ethereum 原生的侧链，它结合使用智能合约和 Merkle 树，创建出无限分支的子链。这些子链是 Ethereum 主链的更小副本，拥有各自的共识机制。

计算和交易数据所需的带宽从父链上卸载，但会定期发布到根链。每条子链都依赖一种类似 rollups 的欺诈证明系统来保证安全，其中有一段时间窗口，任何人都可以对其有效性提出质疑。

与其他侧链的关键区别在于，每个 plasma 链区块的“根”都会发布到 Ethereum，这意味着它确实继承了主链的安全性。

像 Polygon 这样的公司为开发者和终端用户提供更快的交易速度和低得多的 gas 费用。这些明显的优势使得在 plasma 上构建极具吸引力，也就不难理解为何它们会出现爆发式增长。

Alchemy 支持哪些侧链和二层网络？

获取免费的 Alchemy 开发者账户，开始在 Ethereum 或以下这些侧链和 Ethereum 二层网络上进行构建：

• Polygon（侧链）
• Arbitrum（二层）
• Optimism（二层）
• Starknet（二层）

大规模采用侧链和二层（通道、optimistic rollup、zk rollup 和 Plasma）等扩容方案的实施，减轻了 Ethereum 主网的压力，从而帮助更多用户加快较慢的交易速度、降低高昂的交易费用，同时仍保持相同的安全保障（对于二层解决方案而言）以及 Ethereum 广为人知的去中心化应用。