引言

以太坊自诞生以来经历了指数级增长。然而，随着增长而来的是可扩展性挑战，导致交易速度变慢，以及 gas 费上涨。为了解决这些问题，以太坊社区一直在积极研究和开发各种扩展解决方案，尤其关注二层技术。二层扩展解决方案旨在独立于以太坊主网（一层）运行，同时仍然能够受益于主网的安全模型。通过将大量的交易处理转移到链下，二层解决方案旨在提高交易吞吐量并降低 gas 费，同时不影响以太坊的去中心化和安全性，而这正是以太坊的价值所在。

二层解决方案的必要性

随着以太坊网络的用户和 dApp 的数量持续增长，当前基础设施的局限性愈发明显。以太坊主网每秒只能处理有限的交易（TPS）— 大约为 15 笔。在高需求时期，会导致网络拥堵和高昂的 gas 费。这不仅降低了用户体验，也增加了新用户和开发者进入生态系统的难度。二层解决方案提供了若干关键优势，来应对这些挑战：

提升每秒交易量（TPS）：通过在链下处理交易，可以更高效地处理交易，二层解决方案可显著增加每秒可处理的交易数量，减少网络拥堵，提升整体性能。

gas 费更低：由于交易在计算成本更低的链下环境处理，每笔交易的 gas 费大幅降低，使用户能够以更低的成本与 dApp 互动并参与以太坊生态系统。

改善用户体验：更快的交易时间和更低的成本可带来更无缝、更愉快的用户体验，从而鼓励更多的人采用和参与基于以太坊的应用程序。

二层解决方案的类型

目前已经出现了许多二层扩展解决方案，每种解决方案都有其实现扩展的方法。其中最突出的两类是 Rollup 和状态通道（State channel）。

Rollup

Rollup 是一种二层解决方案，在以太坊主网之外执行交易，然后将交易数据提交回一层进行共识处理。通过将多个交易打包成一个批次提交，Rollup 可以显著减少以太坊区块链上存储的数据量，从而实现更快的处理速度和更低的 gas 费用。Rollup 主要分为两种类型：

乐观 Rollup：乐观 Rollup 默认假设交易是有效的，只有当交易受到质疑时才进行计算并生成「欺诈证明」，从而减少了以太坊网络的计算负担。这种方法可以加快交易处理速度，降低 gas 费用，因为大多数交易无需大量验证即可处理。

有效性 Rollup：有效性 Rollup 采用不同的方法，在链下执行交易并向以太坊主网提交「有效性证明」。这些证明在不透露具体交易细节的情况下确认交易的有效性，既保护了用户隐私，又确保了网络的安全性。与乐观 Rollup 相比，有效性 Rollup 的交易时间更快，成本更低，因为其无需为每笔交易设置质疑挑战期。

通道（Channel）

通道是另一种二层解决方案，允许参与者在链下快速、自由地进行交易，最终状态才会在以太坊主网结算。通道利用密码学证明最终状态确实是有效中间交易的结果。通过使用多签合约，通道能够最大限度地减少与链上交易相关的网络拥堵、费用和延迟问题。通道主要分为两种类型：

状态通道：状态通道用于通用的链下交互，允许用户执行智能合约并进行各种类型的交易，而无需频繁与以太坊主网交互。这种方法尤其适用于需要频繁、低价值交易的应用，如游戏或小额支付。

支付通道：支付通道是状态通道的一种专门形式，旨在优化参与者之间的高效代币转移。最著名的支付通道实施例子是闪电网络（Lightning Network），在比特币区块链上运行，以实现快速、低成本的交易。

二层基础设施与生态系统

二层扩展解决方案的成功不仅依赖于其底层技术，还取决于支撑它们的基础设施和生态系统。大多数二层解决方案依靠由服务器或节点组成的网络，通常被称为验证器（validators）、操作器（operators）、排序器（sequencers）或区块生产器（block producers）。这些节点可以由个人、企业或专门的第三方运营商运行。在二层网络上，交易通常提交给这些节点，而不是直接提交到以太坊主网。根据具体的实现方式，二层解决方案可能会将多个交易打包在一起，再将其锚定到一层，以确保这些交易受到以太坊网络的安全保障且无法被篡改。随着二层解决方案的广泛应用，开发者、项目和用户组成的充满活力的生态系统正在兴起。这个生态系统对于推动创新、促进合作以及确保二层技术的长期成功至关重要。

以太坊可扩展性的未来

随着以太坊社区不断致力于扩展解决方案，二层技术显然将在平台的未来发展中发挥至关重要的作用。通过实现更快、更便宜和更高效的交易，二层解决方案可以帮助以太坊扩展，以满足全球 dApp 和用户日益增长的需求。然而，值得注意的是，单一的扩展解决方案可能不足以应对所有挑战。以太坊生态系统可能需要依赖多种二层解决方案的组合，以及对以太坊主网本身的持续改进，才能实现其全部潜力。

结论

二层扩展解决方案是以太坊未来的关键组成部分，为提升可扩展性、降低成本和改善用户体验提供了路径。通过利用 Rollup、状态通道等二层技术，以太坊社区可以努力克服当前网络的局限性，释放其全部潜力。随着二层生态系统的不断发展和成熟，开发者、项目方和用户的合作与创新将至关重要，以确保这些解决方案的长期成功与广泛采用。凭借技术、基础设施和社区支持的正确组合，以太坊有望继续保持其作为去中心化应用领先平台的地位，并在未来几年推动整个区块链行业的发展。

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