二层扩容
二层网络是旨在通过处理以太坊主网（一层）以外的交易，来帮助扩展你的应用程序的解决方案的总称。 当网络繁忙时，交易速度会受到影响，这可能使某些类型的 dapp 用户体验变差。 而且，随着网络越来越繁忙，由于交易发送者的目标是超越对方的出价，Gas 价格也随之上升。 这可能会让使用以太坊的成本非常高。
前置要求
你应该很好地理解所有的基础性课题。 部署二层解决方案是非常领先的，该技术没有那么久经沙场。
为什么我们需要二层？
- 一些用例，如区块链游戏，在目前的交易时间内其实没有意义
- 使用区块链应用可能会过于昂贵
- 关于可扩展性的任何更新都不应以分散安全性为代价——二层建立在以太坊的顶端。
二层解决方案的种类
大多数二层解决方案是围绕着一个服务器或服务器群集的，其中每一种都可以称为节点、验证员、操作员、序列员、块生产者或类似的术语。 根据实施情况，这些二层节点可能由使用它们的企业或实体运行，或由第三方运营商，或由一大群个人（类似于主网）运行。 一般来说，交易被提交给这些二层节点，而不是直接提交给一层（主网）；然后二层事件在将它们锚定到一层之前，将它们分成若干组，之后由一层保护，不能被更改。 在不同的二层技术和实现之间，如何做到这一点的细节差异很大。
一个特定的二层事件可能是开放的，由许多应用程序共享，也可能由一家公司部署，专门支持他们的应用程序。
Rollup
Rollup 是将侧链交易捆绑或 "卷"为一笔交易，并生成加密证明的解决方案，被称为 SNARK（简洁的非交互知识论证）。 只有这个证明被提交给主链。
侧链是与以太坊兼容的独立区块链。
换句话说，rollup 意味着所有的状态和执行都在侧链中处理 -- 签名验证、合约执行等。 以太坊主链（一层）只存储交易数据。
Rollup 解决方案需要在 rollup 合约中抵押了保证金的中继者。 这激励了他们准确地中继 rollup。
适用于：
- 减少手续费
- 公开参与
- 快速的交易吞吐量
有两种不同安全模式的 rollup：
ZK Rollup
ZKRollup 通过智能合约将数百次链下转账捆绑成一笔交易。 从提交的数据中，智能合约可以验证所有包含的转账。 这就是所谓的有效性证明。
有了 ZK Rollup，验证一个区块会更快、更便宜，因为包含的数据更少。 你不需要通过所有的交易数据来验证交易，只需要证明。
ZK Rollup 的侧链可以被优化，以进一步减少交易大小。 例如，一个帐户由一个索引而不是一个地址来表示，这就把一个交易从 32 个字节减少到只有 4 个字节。 交易也作为 calldata 写入以太坊，减少 gas 消耗。
优点和缺点
| 优点 | 缺点 |
|---|---|
| 没有延迟，因为证明在提交给主链时已经被认为是有效的。 | 只限于简单的转账，不兼容 EVM。 |
| 不太容易受到 Optimistic rollup 可能会受到的经济攻击。 | 有效性证明的计算量很大 -- 对于链上活动很少的应用来说，不值得这样做。 |
| 主观的终局性时间较慢（生成一个零知识证明需要 10-30 分钟）（但到完全终局性的速度较快，因为没有像 Optimistic rollup 中的争议时间延迟）。 |
使用 ZK Rollup
Optimistic rollup
Optimistic rollup 使用一个与以太坊主链平行的侧链。 它们可以提供可扩展性方面的改进，因为它们默认不做任何计算。 相反，在一笔交易之后，他们向主网提出新的状态。 或者对交易进行 "公证"。
通过 Optimistic rollup，交易以 calldata 的形式写入以太坊主网，通过减少 gas 消耗进一步优化。
由于计算是使用以太坊 Optimistic rollup 缓慢而昂贵的部分，Optimistic rollup 可以提供高达 10-100 倍的可扩展性，这取决于交易。 随着 Eth2 升级版的推出，这一数字将进一步增加。分片链。 这是因为在交易有争议的情况下，会有更多的数据可用。
对交易提出异议
Optimistic rollup 并不实际计算交易，所以需要有一个机制来确保交易是合法的，而不是欺诈性的。 这就是欺诈证明的作用。 如果有人注意到有欺诈性交易，rollup 将执行防欺诈并运行交易的计算，使用可用的状态数据。 这意味着你的交易确认等待时间可能比 ZK Rollup 更长，因为它可能受到质疑。
你需要运行计算的欺诈证明的 gas 甚至可以报销。 来自 Optimism 的 Ben Jones 介绍了现有的联系制度。
"任何可能采取你必须证明是欺诈性的行动来保证你的资金的人，都要求你缴纳保证金。 这基本上等同于你拿了一些 ETH，并把它锁起来，你说 "嘿，我保证说实话"... 如果我不说实话，欺诈被证实，这笔钱就会被没收。 这笔钱不仅被没收了一部分，而且还有一部分将支付人们做欺诈证明所花的 gas。
所以你可以因为证明欺诈而获得补偿。
优点和缺点
| 优点 | 缺点 |
|---|---|
| 你能在以太坊一层做的任何事情，你都能用 Optimistic rollup 做，因为它与 EVM 和 Solidity 兼容。 | 由于潜在的欺诈挑战，链上交易的等待时间很长。 |
| 所有交易数据都存储在一层链上，这意味着它是安全和分散的。 | 如果在一个 Optimistic rollup 的价值超过运营商的保证金数额，则有可能受到攻击。 |
使用 Optimistic rollup
通道
通道允许参与者在链下进行x次交易，而在链上只向网络提交两次交易。 这允许极高的交易吞吐量
适用于：
- 需要大量状态更新
- 通道使用者的数量是确定的
- 所有的参与者都在线
参与者必须将以太坊的一部分状态，如 ETH 存款，锁定在一个多签合约中。 多签合约是一种需要多个私钥的签名（从而达成一致）才能执行的合约。
以这种方式锁定状态是第一个交易，并打开了通道。 然后参与者可以在链下快速自由地进行交易。 当互动结束后，提交最后一笔链上交易，解锁状态。
状态通道
状态通道井字游戏：
在以太坊主链上创建一个井字游戏智能合约 "法官"，它了解井字游戏的规则，并能识别爱丽丝和鲍勃是我们游戏中的两个玩家。 该智能合约持有 1 个 ETH 的奖励。
然后，爱丽丝和鲍勃开始玩游戏，打开状态通道。 每一个动作都会创建一个包含 "nonce" 的链下交易，nonce 代表这些动作发生的顺序。
当有赢家时，他们通过向法官智能合约提交最终状态（如转账交易的清单）来关闭通道，这时候只需要支付一笔交易的费用。 法官确保双方签署这一“最后状态”。 并等待一段时间以确保没有人能够合法地对结果提出质疑，然后向爱丽丝支付 1 ETH 的奖励。
现在有两种类型状态通道：
- 状态通道 -- 如上所述
- 支付通道 -- 简化的状态通道，只处理支付问题。 他们允许两个参与者之间的链下转账，只要他们的转账总额不超过存放的通证数量。
优点和缺点
| 优点 | 缺点 |
|---|---|
| 在主网上即时提款/结算（如果通道的双方合作） | 对于偶尔转账给对方的用户来说，创建和结算通道的时间和经济成本都比较高，不太友好。 |
| 极高的吞吐量是可能的 | 需要定期监视（有效性要求）或者委托其他人监视网络，从而确保你的资金安全。 |
| 每笔交易成本最低 -- 适合主流的小额支付 | 必须在开启的支付通道中锁定资金 |
| 不支持开放式参与 |
使用状态通道
以太坊 Plasma 扩容解决方案
Plasma 是一条独立的区块链。它锚定在以太坊主链上，并使用欺诈证明（如Optimistic rollup）来仲裁争议。
| 优点 | 缺点 |
|---|---|
| 高吞吐量，每笔交易成本较低。 | 不支持通用计算。 只支持特定逻辑的基本通证转账、兑换和几种其他交易类型。 |
| 适合任意用户之间的交易（如果双方都建立在 Plasma 链上，每个用户都几乎没有成本） | 需要定期监视（有效性要求）或者委托其他人监视网络，从而确保你的资金安全。 |
| 依靠一个或多个运营者来存储数据，并根据其需求提供数据。 | |
| 为了等待挑战期，提款会延迟几天。 对于可替换的资产，这可以由流动性提供者来缓解，但需要支付相关的资本成本。 |
使用 Plasma
Validium
使用像 ZK Rollup 这样的有效性证明，但数据不存储在一层以太坊主网上。 这可以导致每个 validium 链每秒有 1 万个交易，并且多个链可以并行运行。
| 优点 | 缺点 |
|---|---|
| 没有提款延迟（对链上/跨链转接没有延迟）；因此，资本效率更高。 | 对一般计算/智能合约的支持有限；需要专门语言。 |
| 在高价值应用中，不容易受到基于防欺诈的系统所面临的某些经济攻击。 | 生成零知识证明需要很高的计算能力；对于低吞吐量的应用来说不具成本效益。 |
| 主观终结时间较慢（生成零知识证明的时间为 10 - 30 分钟）（但由于没有争议时间延迟，所以到完全终结的时间较快）。 |
使用 Validium
侧链
侧链是一个独立的区块链，与主网平行运行，独立运作。 它有自己的共识算法（权威证明、 权益委托证明 、拜占庭容错等等）。 它通过一个双向桥与主网相连。
| 优点 | 缺点 |
|---|---|
| 既有的技术。 | 不那么去中心化。 |
| 支持通用计算，EVM 兼容。 | 采用一个单独的共识机制。 未被一层保护（技术上它不是二层网络）。 |
| 测链验证者达到一定数量可以进行欺诈。 |
使用侧链
混合解决方案
结合了多种二层技术的最佳部分，并可能提供可配置的折衷方案。
使用混合解决方案
延伸阅读
- Validium 和二层二合一，第 99 期
- [评估以太坊二层扩展解决方案：一个比较框架](https://medium.com/matter-labs/evaluating-ethereum-layer 2-scaling-solutions-a-comparison-framework-b6b2f410f955)
- 为 Celer 在以太坊上的 Coherent 二层平台添加混合 PoS-Rollup 侧链
- 零知识区块链的可扩展性
状态通道
- 状态通道上的 EthHub
- 理解以太坊的二层扩展解决方案：状态通道、Plasma 和 Truebit – Josh Stark, Feb 12 2018
- 状态通道 -- 解释 Nov 6, 2015 - Jeff Coleman
- 状态通道的基础知识 District0x
支付通道
ZK Rollup
Optimistic rollup
侧链
- 侧链上的 EthHub
- 通过侧链扩展以太坊的 Dapp Feb 8, 2018 - Georgios Konstantopoulos
帮助我们处理此页面
如果您是这方面的专家，并想发表意见，那么编辑此页分享您的智慧。
您将获得褒奖并会为以太坊社区提供帮助！
自由发挥 文档模板
有任何疑问? 请在我们的频道中进行询问 Discord服务器
编辑页面