原文标题：《LightPaper 第五期：Layer 2 风起云涌，区块链版华山论剑》
撰文：Simon Liu
最近行业的关注点基本在 Eth2，但除此之外，还有很多信息值得关注，比如 DeFi 龙头 Yearn 连续合并五家公司，以及 Genesis Block Venture 收购 （Genesis Block 是一家香港 OTC 公司，Genesis Block Venture 是他的姊妹公司）。
OMG Network 是 SYNQA （原区块链支付公司 Omise，后改名）的子公司，成立于 2017 年，并于同年进行了 1CO。很多数字货币老玩家肯定听说过 OMG 代币的另一个名字 – 嫩模币，足以见得当年 OMG 的币价让一大波投资者享受了区块链带来的红利。
用这样一段陈年往事开篇，是想表达，Layer 2 作为区块链扩容解决方案，在很早就获得了不少人的关注，最近的 Eth2 也明确了以 Rollup （Layer 2 方案中的一种）为核心的发展路线。所以本期 LightPaper Simon 和王越与大家再来聊聊 Layer 2。
注：以下内容经整理后，可能和直播内容略有不同。想听直播的朋友，可以点击顶部音频播放。
浅入浅出，什么是 Layer 2？
在 LightPaper 第二期（复制链接打开：https://www.chainnews.com/articles/711055593101.htm） 中，曾谈到一个词 – 扩展性。为了方便了解 Layer 2，我们再来简单回顾一下这个词的意义。
目前比特币可处理转账 7 笔 / 秒，是 25 笔 / 秒，而 VISA 平均为 4500 笔 / 秒，峰值则达每秒上万笔。这种业务处理能力的差别，我们就可以简单理解为是「吞吐量」的差距。而想要提高吞吐量，则需要扩展区块链的业务处理能力，这就是所谓的扩展性。
单以以太坊社区来说，解决扩展性的主流方案有两个，一是分片，二是 Layer 2。关于分片我们在 LightPaper 第二期（复制链接打开：https://www.chainnews.com/articles/711055593101.htm） 里也有简单介绍，这里不做赘述。
关于 Layer 2 想法的起源可能最早要追溯到 2015 年的闪电网络白皮书 [1]。「Layer」 在英文单词中表示「层」的意思。在区块链世界，像比特币、以太坊，这些公链我们统称为 Layer 1，中文可以理解为「一层网络」，其主要作用是确保安全、去中心化及最终状态确定，它能做到全球性的状态共识。而 Layer 2 作为二层网络，可以替 Layer 1 承担大部分计算工作，从而降低一层网络的负担，提高网络业务处理效率，进而实现扩容。
一款游戏让我们开始重视 Layer 2
2017 年底，一款名为 CryptoKitties （加密猫） 的游戏风靡以太坊社区，这款宠物养成游戏，曾经一度造成以太坊网络拥堵，致使用户支付一笔几美金的矿工费，还需要等待 20 小时左右交易才会被打包。当年的致富神话，将以太坊推向神坛。但仅仅一个游戏就造成网络的臃肿不堪，让人们意识到，区块链想要作为全球的价值交换网络，扩容是必经之路。
如果你没有经历过加密猫时代，我们还可以回顾一下前不久的 DeFi 热浪。这股「热浪」将以太坊的矿工费最高推至 1000 Gwei，这是什么概念？我给大家简单解释下，因为合约的复杂性不尽相同，所以不特指操作了哪些 dApp，但基本上我做一笔合约转账，比如质押或 DEX 交易，都要白白消耗 100~200 块钱的矿工费，这还是保守估计。有些时候挖矿规则比较复杂，操作一圈下来，竟然要消耗掉上千块的手续费，这种情况使得很多散户对 DeFi 望而却步，社区里经常听到有人抱怨：「本金还没手续费多，怎么玩？」
这种迫切的形势，让很多 Layer 2 公司加快了产品推进节奏并和 DeFi，DEX 项目进行合作，像 Loopring 自己本身就在做基于 ZK Rollup 的 DEX，Synthetix 选择 Optimistic Rollup 做为扩容改进技术，dYdX 和 StarkWare 合作等等。
Layer 2 的门派之争
我们之前谈到的 Layer 2 并不特指某一项技术，而是一类扩容技术的总称。在这一类技术下，有多种问题解决思路，比如，状态通道（State Channel），侧链（SideChain），Plasma，Truebit，卷叠（Rollup）等。
复杂的是，在不同的解决思路下，还存在不同的流派，比如，Plasma 有 MVP （Minimal Viable Plasma，最小可行化 Plasma），Plasma Cash，Plasma Debit 及 More Viable Plasma 等。Rollup 也有 ZK Rollup，Optimistic Rollup 之分。所以如果你刚接触区块链，也大可不必被这些专业的技术名词绕晕，我们只是做一个简单的概念介绍，了解即可。
状态通道（State Channel）
状态通道作为比较古老的 Layer 2 方案，其灵感来源于「闪电网络」的支付通道，它是一种「链下」（off-chain）技术，用于执行交易和其他状态更新。比如我们想举办一场区块链上的五子棋比赛，对弈双方是我们的老朋友 Alice 和 Bob，如果基于 Layer 1 做的话 Alice 和 Bob 每一次落子，都需要在链上发起一笔交易，而频繁的交易会造成链上网络的拥堵，甚至导致高昂的手续费。为了解决这一问题，我们可以设计一个系统，使 Alice 和 Bob 尽可能减少链上操作，双方通过「链下」的方式更新游戏状态，只要确保双方最终的比赛结果同步到链上即可。这种技术就是「状态通道」。
但状态通道也存在一个问题就是它的「退出」模式，当主链无法验证通道内是否提交了全部交易时，需要在「挑战期」纠错，这会导致退出时间过长，并且需要频繁的监控主链。
侧链（SideChain）
侧链，顾名思义，就是连接到另一个区块链的区块链。侧链可以通过多种方式运营，比如可信的第三方、联盟链等。和状态通道不同，侧链和所有公链一样，需要有足够的在线矿工来保证网络安全，所以创建和维护一条侧链是需要一定「启动资金」的。这相比状态通道可能会显得有点「笨重」，因为状态通道只需要部署合约就可以了。
但侧链也有自己的优势，比如永久性，通常情况下侧链一旦被创建，就会被永久维护，人们不会去关闭它，而是在侧链上锁定资产，然后再转移到主链。[2]
Plasma
Plasma 是以太坊社区中出现的第一个试图解决网络处理问题的方案，早在 2017 年被提出 [3]，最初的 Plasma 白皮书描述了一种「区块链树」的机制，规范模糊且复杂，其实从某种程度来说，它也是一种侧链技术，属于非保管性侧链，如果在 Plasma 链出现任何问题，用户可以安全的推出 Plasma 链，同时防止攻击者制造长久的损害。所以在安全性上，Plasma 是优于其他普通侧链的。
针对该 Layer 2 技术，Vitalik 在 Plasma 白皮书发布不久后，于一篇新的论文中简化了这个规范，论文题为 MVP （Minimal Viable Plasma，最小可行化 Plasma）。
不过 Plasma MVP 也存在一些问题，比如：
在运营商行为不当的情况下，存在批量退出问题
挑战周期过长，而用户想要取钱，必须等待挑战期结束
用户需要监控 Plasma 链上的所有交易
所以在 2018 年年中，即便整个市场的逐渐萎靡，以太坊社区也在潜心研究 Plasma，并尝试对其进行改进，遂提出新的设计 – Plasma Cash。
相较于 MVP，Plasma Cash 有一个主要优势，即通过使用不同的数据模型，可以避免出现批量退出的问题。在 Plasma Cash 中，所有代币都被表示为非同质化代币 （NFT），这使得证明一套代币的所有权变得更加容易。简单来说，用户可以证明自己而非他人拥有对代币的所有权。因此，用户只需要监控他们自己的代币即可，而非整个 Plasma 链的所有交易。
技术的进步仅仅是一个事物发展的部分因素。2018 年底，随着 ETH 价格持续走低，Plasma 的研发工作也逐渐搁浅。以太坊社区陷入了僵局。虽然新的 Plasma 架构继续出现，并较其前辈略有改善，但以太坊社区未能团结一致，支持其中任何一个架构。目前社区已经逐渐放弃了 Plasma，认为这条道路荆棘密布，相较于 Rollup，他们还是愿意选择后者。
其后还有 Plasma Debit 以及 More Viable Plasma 等等，各有千秋，感兴趣的读者可以自行搜索了解。
卷叠（Rollup）
Rollup 是当前最受关注，也是最有可能真正落地的 Layer 2 方案。Rollup 更像是一个合成词，如果直接翻译这个词，会有「卷起」「蜷起」这样的意思。Daniel 在直播里也提到有趣的一点，在举办活动时，展台摆放的「易拉宝」英文也叫 Rollup。但在 Layer 2 技术方案内，它的中文名称叫做「卷叠」。
针对这个名称，这里可以插一句题外话，在 Vitalik 给 Rollup 起名的这条 Twitter （下图）下边，有一位台湾小哥哥指明了 Layer 2 的出处，在电子计算机中有「统计」[5] 的意思，我想这对于 Rollup 压缩数据技术来说，也算是靠谱的解释之一。
Rollup 最近备受关注的一点原因，我想也和 Eth2 有直接关系。因为 Eth2 分片过于复杂，Vitalik 及以太坊技术团队决定先以 Rollup 为以太坊扩容的首选技术方案。
和 Plasma 不同的是，Plasma 是将交易处理后的结果同步到 Layer 1，我们无法直接通过它上传 Layer 1 的数据了解到每一笔交易的信息。而 Rollup 则是通过将数千笔交易打包压缩，然后将处理后简洁的数据同步到以太坊主网中实现 TPS 的提升，解决网络交易处理能力有限的问题。并且，压缩处理后的交易数据中包含了每笔交易的基本信息。[3]
和 Plasma 相同的是，Rollup 也分不同的流派，比较知名的是 ZK Rollup （零知卷叠）和 Optimistic Rollup （乐观卷叠）。
ZK Rollup 通过零知识证明 zk-SNARKs 的密码学技术来确保安全性，ZK 是 zero knowledge （零知识）的缩写。（对于什么是零知识证明大家不必深究，以后的内容我们会讲到）
ZK Rollup = 交易压缩 + 零知识证明（zk-SNARKs）
ZK Rollup 核心思想是在链下达成交易共识，并通过零知识证明保证链下交易状态的安全性，同时压缩交易数据，最后将数据同步至主链，主链在整个过程中只作为存储媒介，并不作为共识引擎。
ZK Rollup 本身非常适合于支付交易系统，但因为创建证明的成本过高，并且本身无法搭载智能合约，所以依然有很长的路要走。不过，一旦 ZK Rollup 完全开发出来，所有现有的以太坊 dApp 和服务都能够平滑且轻松地迁移过去。
最后登场的是乐观卷叠（Optimistic Rollup），这也是目前 Vitalik 极力推崇的 Layer 2 方案。相较于 ZK Rollup，它去除了零知识证明，增加了惩罚机制，作为保证数据安全性的手段。
Optimistic Rollup 可以搭载虚拟机（OVM），所以其应用场景可能更适合 DeFi，dApp 等。
一点想法
从上述堆叠的概念性内容，不难发现每一种方案都各有千秋。从应用场景来看，有的适合做五子棋这样的游戏，有的适合做交易，有的适合做 DeFi，所以这场「华山论剑」很难分出高低。
但我们从实用性及商业角度出发，目前的区块链场景主要还是资产的存储与交易。哪家 Layer 2 公司或哪种方案能够打通足够多的交易所、钱包及应用，那么就会在群雄割据的现状下占据更多优势。
最近一段时间，很多项目方都推出了 Layer 2 钱包，一些老牌钱包也开始了 Layer 2 的布局。如果你是区块链投资者，也可以多多关注 Layer 2 项目，我相信最近 1~2 年的时间，Layer 2 将迎来一次大爆发。
参考文档：
[1] The Bitcoin Lightning Network: Scalable Off-Chain Instant Payments
[2] Layer 2 Solutions Spec
[3] 市场热度再起，Layer 2 能否解决以太坊拥堵问题
[4] Learn Plasma
[5] 国家教育学院双语词条、学术名词及辞书资讯网
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