第二層解決方案如何解決區塊鏈的最大瓶頸
Ethereum 在 2024 年 1 月打破了記錄，每天處理超過 200 萬筆交易。這一爆炸性發展突顯了區塊鏈在去中心化金融 (DeFi)、非流通代幣 (NFT) 和上鏈遊戲領域的快速擴張。然而，這一成功突顯了一個關鍵弱點：Ethereum 和 Bitcoin 等基礎第 1 層 (L1) 區塊鏈在壓力下崩潰，導致交易緩慢，並在使用高峰期產生高昂費用。這種可擴展性危機可能會阻礙區塊鏈在全球的應用。進入第 2 層 (L2) 擴充解決方案 - 技術上的突破，目前處理的交易量是 Ethereum 本身的 11-12 倍。它們能以更快的速度、更低的成本進行存取，同時保留底層區塊鏈的基石安全性。
可擴展性的三難困境：區塊鏈的基本挑戰
區塊鏈擁擠問題的核心是「可擴展性三難」。開發人員努力同時實現三個基本屬性：
- 安全性： 確保交易是防篡改和防攻擊的。
- 權力下放： 將控制權分散給許多參與者，以防止審查。
- 可擴充性： 讓網路能夠迅速且便宜地處理大量交易。
L1 鏈（例如 Ethereum）在設計上優先考量安全性和分散性。每筆交易都需要由龐大的分散式節點網路進行驗證。這造成了固有的瓶頸：
- 吞吐量有限： 網路每秒只能處理有限數量的交易 (TPS)。
- 壅塞： 當需求超過容量時，就會形成交易佇列。
- 高費用： 使用者出價提高交易費用 ("gas")，以優先採取行動。
- 緩慢的確認： 完成交易需要較長時間。
L2 解決方案可直接解決這個三難問題，將繁重的計算工作從 L1 卸下，讓 L1 專注於安全性和分散性，而 L2 則處理可擴充性。
第 2 層擴充解決方案的實際運作方式
L2 是建立在以下基礎上的通訊協定 顶部 的現有 L1 區塊鏈（如以太坊或比特幣）。它們不會取代 L1；它們會增強 L1。以下是核心流程：
- 交易捆綁： L2 並非直接在擁擠的 L1 上處理每筆交易，而是將許多交易集中在鏈外處理。
- 離鏈處理： 這些捆綁的交易在 L2 自己的環境中執行和驗證。這就是速度和成本節約的實現。
- 校稿生成與提交： L2 會產生加密證明或所有這些捆綁交易結果的壓縮摘要。
- L1 結算與安全： 此證明或摘要會傳送回 L1 進行最終驗證和永久記錄 (結算)。L1 作為真相與安全的最終仲裁者，接受 L2 驗證的批次為單一、有效的交易。
結果： L1 處理的資料大幅減少，降低了擁塞和費用。使用者可以體驗到更快速、更便宜的交易，同時受益於 L1 強大的安全性和分散性。
第 2 層擴充解決方案的主要類型
不同的 L2 架構以獨特的方式處理擴充問題，每種架構都有其獨特的優點和取捨：
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國家頻道：
- 它們如何運作： 參與者將資金鎖定在 L1 上的多重簽章智慧型契約 (「判斷契約」)。然後，他們透過交換經加密簽署的訊息，直接在他們之間進行大量的離鏈交易。通道關閉時，只有最終狀態（所有互動的淨結果）才會提交回 L1。
- 優點 接近即時完成、高頻互動費用極低、增強隱私（交易在結算前不公開）。適合固定參與者之間的重複交易（如微額付款、博弈行動）。
- 弊端： 需要參與者在線上進行交易，僅限於預先定義的參與者，初始設定可能很複雜/昂貴。範例：Lightning Network (比特幣)、Raiden Network (以太坊)。
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Rollups (The Powerhouse Solution)：
- 它們如何運作： 捲軸在鏈外執行交易，但在交易後 資料 和密碼 證物 其有效性回傳到 L1。這利用了 L1 的資料可用性和安全性。他們將成百上千的交易「捲起」到單一 L1 批次中。
- 核心效益： 繼承 L1 安全性的同時，大幅提升可擴展性。支援複雜的智慧型契約與一般運算。
- 兩種主要口味：
- 樂觀的 Rollups： 假設交易預設是有效的。它們依賴「防詐欺」機制，任何人都可以在爭議視窗內挑戰交易的有效性。如果未被挑戰，交易就會最終完成。 速度更快，但由於挑戰視窗的關係，最終完成度較慢。 範例：Arbitrum、Optimism、Base。
- 有效性捲動 (ZK-Rollups)： 使用先進的加密技術 (如 STARKs 或 SNARKs) 為以下項目產生「有效性證明 每 提交給 L1 的交易批次。此證明在數學上可保證批次中所有交易的正確性。 更安全，近乎即時的最終結果。 範例：Starknet、zkSync、Polygon zkEVM、Scroll、Linea。
- Starknet 聚焦： 領先的有效性捲動，達到破紀錄的持續吞吐量、低於美分的費用和 2 秒的確認時間。在未來與 Ethereum 一起進行 Bitcoin 結算的獨特定位。
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側鏈：
- 它們如何運作： 與 L1 平行運行的獨立區塊鏈，透過雙向橋接器連接。資產在 L1 上被鎖定，並在側鏈上等同鑄造。側鏈有自己的共識機制和驗證器，在可能不同的規則下運行（如更高的速度、更低的費用）。
- 優點 可提供顯著的速度與成本改善，對於測試新功能或特定的高吞吐量使用個案非常有用，而不會加重 L1 的負擔。
- 弊端： 最重要的是，他們不會繼承 L1 的安全性。 安全性完全取決於側鏈自身的驗證器和橋接機制，引入了獨立的信任假設。需要大量資源才能確保安全。範例：各種特定應用程式鏈 (歷史上，有些像 Polygon PoS 屬於側鏈，不過 Polygon 現在提供多種解決方案)。
第 2 層擴充的變革優勢
L2 解決方案直接解決 L1 擁塞的痛點：
- 大幅提升吞吐量： 透過在鏈外處理交易並將它們分批處理，L2 大幅增加了整體系統每秒可處理的交易數量 (TPS)。
- 大幅降低交易成本： 捆綁可減少與 L1 進行昂貴互動的次數，從而削減最終用戶的瓦斯費用 - 通常是幾個數量級（例如，美分而非美元）。
- 更快的交易速度： 近乎即時的最終結果（尤其是 Validity Rollups）可實現以前在擁擠的 L1 上不可能實現的即時應用。
- 維護安全性與分散性（針對捲動/通道）： Rollups 和狀態通道的關鍵在於利用底層 L1 來達到最終的結算和安全性，在不重新發明輪子的情況下保留去中心化。側鏈 不是 提供此福利）。
- 增強隱私潛力： 某些 L2 類型，例如狀態通道，在最終結算之前，會將交易詳細資料保留在參與者之間。
- 開啟新應用： 可負擔的微交易、複雜的 DeFi 互動、無縫上鏈遊戲以及高效的 NFT 交易在經濟上變得可行。
真實世界的影響：第 2 層的優勢
L2 擴充並不是理論上的問題；它現在已經實現了實際的使用案例：
- 付款： Lightning Network 等解決方案可實現即時、超低成本的 Bitcoin 小额支付和串流支付。
- 分散式交易所 (DEX)： 以 L2 為基礎的 DEX 在速度和成本上提供可與集中式交易所媲美的交易體驗，且無保管風險。
- Onchain Gaming & NFTs： 由於費用低且速度快，具有頻繁遊戲動作和可負擔的 NFT 鑄造/交易的複雜區塊鏈遊戲在 L2 上蓬勃發展。
- 分散式金融 (DeFi)： 由於 L2s 的氣體成本降低，所有使用者都能使用借貸、產能耕作和複雜的衍生品協定。Starknet 等平台承載著日益成長的 DeFi dApp 生態系統 (如流通性的 AVNU、先進 AMM 的 Ekubo)。
導航第 2 層的挑戰與解決方案
雖然 L2 的採用具有轉變性，但也面臨障礙，積極的解決方案不斷出現：
| 挑戰 | 影響 | 新興解決方案 |
|---|---|---|
| 增加複雜性 | 開發人員和使用者的學習曲線較長。 | 改善開發人員工具 (SDK、文件)、方便使用者的錢包 (例如 Braavos 智慧錢包)、簡化互動的帳戶抽象。 |
| 安全權衡 | 在繼承 L1 安全性 (滾動/通道) 的同時，橋接和欺詐證明增加了潛在的攻擊面。側鏈具有獨立的安全性。 | 有效性證明密碼學（例如 STARKs）、嚴格稽核、正式驗證、安全橋接設計的進展。有效性捲動最小化信任假設。 |
| 流動性分散 | 分散在多個 L2 上的資產和使用者可以隔離流動資金池。 | 跨鏈橋接、互用性協定 (如 LayerZero、CCIP)、共享流動性網路、原生 L1 流動性聚合。 |
| L1 依賴 | L2 效能和成本仍會受到 L1 擁塞/停機時間的影響。 | 最佳化的資料壓縮 (例如 calldata)、專用資料可用性解決方案、證明效率的進步。 |
| 資料可用性 (DA) | 確保鏈外交易資料仍可存取驗證是至關重要的。 | 專用的 DA 層 (例如 Celestia、EigenDA)、資料可用性取樣 (DAS)、高效的 onchain 資料儲存解決方案。 |
| 狀態同步 | 確保 L1 和 L2 之間的狀態表示一致是非常重要的。 | 強大的跨鏈訊息通訊協定、有效率的狀態根承諾、確保狀態正確性的欺詐/有效性證明。 |
| 詐欺解決方案 (樂觀) | 樂觀的卷軸依靠有效的欺詐證明和監督。 | 受激勵的監督網路、最佳化的挑戰期、明確的爭端解決機制。 |
第 2 層擴充的未來：超越地平線
L2 技術發展迅速，有望帶來更高的效率、可用性和整合性：
- 超專業化： 預期建立 L2 和 L3 (L3) 關於 L2s）針對特定產業或應用 (例如高頻交易、即時遊戲、企業供應鏈、注重隱私的社交網路) 進行最佳化。
- 無縫互操作性： 透過標準化協定解決流動性分散的問題，使不同 L2 和 L1 之間能夠進行無摩擦的溝通和資產轉移 - 建立統一的「模組化」區塊鏈生態系統。
- 先進的防偽技術： 有效性證明系統（如 STARKs）的持續突破將提升可擴展性、降低計算成本，並實現複雜的隱私功能（例如，在不透露敏感細節的情況下證明交易有效性）。
- L2-First 使用者體驗： 隨著 L2 的成熟，它們將成為大多數使用者的主要互動層。L1 將越來越多地扮演超安全結算骨幹的角色，而使用者則可享受 L2 執行的速度與經濟效益。
- 混合架構： 結合不同 L2 方法的最佳元素 (例如，針對特定函數，以狀態通道般的速度進行有效性證明)，以達到最佳效能。
- 強化隱私權： 將零知識證明和其他加密原始碼直接整合到 L2 架構中，為交易和資料提供更強大的、由使用者控制的隱私權選項。
總結：安全地擴展未來
第 2 層擴充解決方案不再是投機性的解決方案；它們是經過驗證的、可操作的解決方案，可以解決區塊鏈嚴重的擁塞問題。透過卸載計算，同時將安全性錨定在強大的第一層（如以太坊），第二層提供了重要的三要素：可擴展性、可負擔性和速度。有效性捲動、樂觀捲動和狀態通道已經為 DeFi、遊戲、NFT 和支付領域的新一代 dApp 提供了動力，使數百萬人能夠進行區塊鏈互動。
儘管複雜性、互操作性和安全細節方面的挑戰依然存在，但發展軌跡是明確的，解決方案正在積極建立中。第二層技術的演進 - 由加密學、互操作性標準和專門架構的進步所驅動 - 承諾的不僅是逐步改善，而是區塊鏈使用者體驗的根本性轉變。可擴充、分散式應用程式的未來將在第二層運行。問題不在於 如果 L2 將使區塊鏈的採用成為主流，但 多远 和 多快 它們將推動整個生態系統向前發展。
