从区块链第0层、第1层、第2层看扩容的发展

区块链系统有六层，数据层、网络层、共识层、激励层、合约层和应用层，它们在结构上密不可分，共同实现区块链的功能。

数据层和网络层是区块链的基础架构，是整个区块链系统的底层。 在基础架构之上，共识层、激励层、合约层和应用层共同构成了区块链的协议部分。

业界普遍参考通信行业的开放系统互连通信参考模型OSI，将区块链系统的六层重新划分为三层，分别为Layer 0（L0）、Layer 1（L1）和Layer 2（Layer 2）从下到上。 L2).

公链就像区块链世界中的操作系统平台一样存在。 以太坊以其智能合约、创新和安全性在众多公链中脱颖而出，各种应用程序（DApps）都建立在它之上。 然而，以太坊在发展过程中，也出现了网络拥堵、Gas费高的问题。 归根结底，Gas费之所以这么高，是因为以太坊存在数据处理能力弱的问题，无法与主流支付系统抗衡，即交易需求仍然高于以太坊区块链。实际处理每一次。 许多。 区块链发展至今，如何扩容成为亟待解决的问题。

Layer 0，又称数据传输层，对应OSI模型的底层，主要涉及区块链与传统网络的结合。 第 0 层区块链为第 1 层区块链奠定了基础。 它为创建链提供了底层基础设施，还允许跨链互操作性，这意味着在第 0 层之上创建的链可以相互通信。 Cosmos 和 Polkadot 是第 0 层区块链的一些很好的例子。

Polkadot 通常被称为第 0 层区块链。 这是因为 Polkadot 主网作为中继链，仅用于提供主要平行链之间的安全性和互操作性。 在 Polkadot 的基础上，像以太坊这样的 Layer 1 区块链可以通过插槽链接起来。

Layer 1扩容方案，也称为链上扩容，是指在区块链基础协议上实现的扩容方案。 目前以太坊2.0、Polkadot、Solana等L1网络主要在结构上改变了底层共识和出块规则。 通过处理区块链的底层协议，即主网区块链本身的代码，区域链的交易吞吐量。 它们可以进一步分为：协议改进和分片。

协议改进是指对底层协议进行的更改以扩大交易吞吐量，主要是通过增加单个区块中可以包含的交易数量（仅在短期内可持续），减少区块创建之间的时间延迟，或者从实现 PoW 共识模型向 PoS 的结构转变。

分片是指将一个区块链的计算任务和数据空间划分为多条链。 比如Eth2.0会有很多分片链。 由于在分片中，交易分配给特定的节点进行验证，而不是整个区块链网络进行验证，因此没有竞争导致交易费用高，交易速度更快，从而提高了每秒的交易速度。 可以处理的事务数。

Layer 2扩容解决方案，也称为链下扩容，是指在不改变区块链底层协议和基本规则的情况下，通过状态通道、侧链等解决方案提高交易处理速度。 L2 方案是通过在链上构建智能合约来扩展 L1。 这通过将交易执行外包给 L2 网络，然后将交易处理结果报告给 L1 网络，为未决交易创造了额外的空间。

目前，Layer 2 解决方案主要包括状态通道、侧链、Plasma、Optimistic Rollup、Validium、zkRollup 等。可以说以太坊公链的处理速度，Layer 2 解决方案本质上是通过在区块链基础层之上运行一个架构以太坊公链的处理速度，以更快的速度处理交易通用区块链架构。

状态通道是在链下开辟一个通道，用户可以通过将资产锁定在智能合约中，将链上资产转移到通道中，并与通道中的资产进行交互。 用户离开频道进行结算，资产将转回主链。 通道允许参与者在链下进行 x 次交易，而链上只向网络提交交易两次，从而产生极高的吞吐量。 状态通道使用多重签名合约，使参与者能够快速自由地在链下进行交易，然后与主网络进行结算。 这将最大限度地减少网络拥塞、费用和延迟。 现在有两种通道：状态通道和支付通道。

侧链是与主网并行运行并与以太坊虚拟机兼容的独立区块链。 它们通过双向桥与以太坊兼容，并根据自己选择的共识规则和区块参数进行操作。 简单来说，侧链就像是将不同的区块链连接在一起，实现区块链扩容的通路。 侧链完全独立于比特币区块链，但两个账本可以“互操作”和交互。

Plasma 是一个锚定在以太坊主链上的独立区块链，使用欺诈证明来仲裁纠纷。 Plasma 也被称为“区块链中的区块链”。 任何人都可以在底层区块链之上创建不同的 Plasma，以支持不同的业务需求，例如分布式交易所、社交网络、游戏等。

Rollup 的扩展原理是将数百个处理过的交易聚合成一个批次，在与以太坊主网平行的 L2 链上分批执行交易，最终一次性完成要分批发布到底层的交易（L1 , Layer 1) 区块链提高交易速度。 在不同的 Rollup 方案中，Optimistic Rollup 和 Zero-Knowledge Proof Rollup 都取得了不同程度的效果。 它们的执行原理相似，主要区别在于交易验证过程。

Optimistic扩容方案基于“乐观”机制，使用欺诈证明（Fraud proofs），即系统乐观地认为交易数据是正确的，数据未经有效验证将直接进入等待期。 任何节点提出异议并支持恶意交易的，该交易将被取消； 如果没有异议，等待期结束，交易自动完成写入区块。 这种“防欺诈”方案不需要在每笔交易中部署验证，大大节省了网络计算资源和成本，也保证了及时的最终性。 OptimisticRollup 最突出的两个解决方案是 Arbitrum 和 Optimism。

ZK Rollup 是一种通过零知识有效性证明的扩展方案。 ZK Rollup 对链下交易进行批量处理，并生成密码学有效性证明来验证每批交易的真实性。 有效性证明将批量交易添加到 L1 区块链。 当一个交易批次提交时，L1合约可以快速验证证明，无效的批次可以直接拒绝。

Validium 和 zkRollup 都是以太坊 Layer 2 的可扩展性解决方案，它们的交易有效性是通过零知识证明实现的。 但是，zkRollup 的数据可用性保持在链上，Validium 保持在链下。 由于交易数据不在区块链上发布，因此有必要采用额外的信任假设，即用户必须信任运营商，以便在需要时可以访问数据。 Validium 的链下数据存储有很多好处，交易速度更快，用户隐私得到改善，因为公众无法访问交易。 然而，由于数据保存在链下，用户将无法随时在智能合约中看到他们的可用金额。 因此，用户必须从中继者那里获取数据才能持有他们的资金，并且他们必须信任中继者。