區塊鏈:子網與 L2：兩種區塊鏈擴展解決方案的差異和潛力

作者：Kyrian Alex ；翻譯：火火/白話區塊鏈

近年來，區塊鏈技術得到了廣泛關注和采用，但隨著其普及程度的不斷提高，對可擴展解決方案的需求變得越來越重要。子網和第 2 層擴展解決方案 (L2) 是兩種旨在解決區塊鏈網絡中可擴展性挑戰的方法。

在本文中，我們將深入研究子網和 L2 的復雜性，重點介紹它們的差異、優點、缺點、用例以及它們對區塊鏈擴展未來的潛力。

一、子網

子網是區塊鏈生態系統中的去中心化網絡，它們獨立運行并擁有自己的一套規則、驗證器和共識機制。它們旨在通過啟用交易和智能合約的并行處理來增強可擴展性并提高性能。

在以太坊等加密貨幣網絡中，由于大量交易和計算需求，主鏈可能會變得擁堵。這種擁堵可能會導致交易處理時間變慢并增加費用。子網通過創建額外的網絡層或子鏈來解決這個問題，這些網絡層或子鏈可以處理一部分交易和智能合約計算。

這些子網作為獨立的環境運行，每個子網都有自己的一組驗證器和區塊生產者，與主鏈并行運行。它們可以獨立處理交易和執行智能合約，緩解主鏈的擁塞并提高整體網絡性能。

子網通常采用不同的共識機制或根據其特定需求定制的擴展解決方案。例如，他們可能使用權益證明 (PoS) 或委托權益證明 (DPoS) 機制、分片或其他第 2 層解決方案來增強可擴展性和吞吐量。通過將工作負載分配到多個子網，可以顯著提高整體網絡容量和效率。

1）Avalanche 子網：Avalanche 是一個區塊鏈平臺，允許開發人員使用自己的規則和代幣經濟創建自定義子網。一些最流行的 Avalanche 子網包括DeFi Kingdoms 子網、Aavegotchi 子網和Pangolin DEX 子網。

Avalanche推出子網通信協議Avalanche Warp Messaging，支持子網相互共享數據和加密資產:1月4日消息，Avalanche開發人員已將AvalancheGo（Go編程語言中區塊鏈的軟件實現）升級為「Banff 5」，為基于Avalanche的區塊鏈（稱為子網）引入了一種通信協議，稱為Avalanche Warp Messaging。該功能將支持子網相互共享數據和加密資產。在升級之前Avalanche允許開發人員使用Go和Rust編程語言為不同的用例編寫自定義區塊鏈或子網。此次升級消除了各個子網項目部署和管理自己的網橋的需要，Avalanche團隊表示，該機制還有可能引入代幣的跨鏈質押等新用例。

子網消息傳遞使用一種稱為「BLS 多重簽名」的高級加密工具來驗證跨鏈的消息和數據。為了使用該協議，任何子網的安全驗證器都可以生成BLS簽名，證明將資產或數據發送到另一個子網的請求。Avalanche生態系統中的任何其他子網都可以驗證相同的消息，以啟動數據或資產的本地傳輸。Ava Labs表示，它在周四發布了第一個本地子網到子網消息。[2023/1/4 9:51:00]

2）Cosmos SDK 子網： Cosmos SDK 是一個區塊鏈框架，允許開發人員創建可與其他基于 Cosmos 的區塊鏈互操作的自定義區塊鏈。一些最流行的 Cosmos SDK 子網包括幣安智能鏈子網和秘密網絡子網。

3）Polkadot 平行鏈：Polkadot 是一個區塊鏈平臺，允許開發人員創建自定義平行鏈，這些平行鏈是由 Polkadot 中繼鏈保護的獨立區塊鏈。

Avalanche推出“Banff 5”升級，為子網引入互操作性:金色財經報道，Avalanche開發人員已經將AvalancheGo--Go編程語言中的區塊鏈軟件實現升級到 \"Banff 5\"。這次升級對Avalanche網絡至關重要，因為它為基于Avalanche的區塊鏈（稱為子網）引入了一種通信協議Avalanche Warp Messaging。該功能將允許子網相互分享數據和加密貨幣資產，努力使Avalanche生態系統對開發者更有用。（the block）[2022/12/23 22:02:20]

4）Near Nightshade Shards： Near 是一個區塊鏈平臺，它使用一種稱為分片的技術來擴展其網絡。分片是連接到主近區塊鏈的獨立區塊鏈。一些最受歡迎的近端分片包括Aurora 分片和Octopus 分片。

5）Fantom Opera Chains：Fantom是一個區塊鏈平臺，使用名為Lachesis的共識算法來實現高吞吐量和低延遲。Fantom 支持創建 Opera 鏈，這些鏈是可用于特定目的的獨立區塊鏈。

每個子網都可以有自己的一套規則和治理機制，從而可以更靈活地嘗試新功能、協議或升級，而不會影響主鏈的穩定性。此外，這些子網可以啟用專門的功能或滿足特定的用例，從而促進區塊鏈生態系統內的創新和多樣性。

L2 或第 2 層解決方案是指構建在現有區塊鏈網絡之上的輔助協議或框架。他們的目標是解決可擴展性問題并提高區塊鏈系統的效率。

L2 解決方案通過鏈下或更高效的方式處理交易，減輕主區塊鏈網絡的負擔，同時仍然保持底層區塊鏈的安全性和免信任性。

Ava Labs：Avalanche Explorer推出多個新功能，擴展對子網的支持:7月23日消息，Ava Labs團隊宣布Avalanche Explorer推出多個新功能，擴展對子網的支持。新功能包括：新主頁和導航、新的子網統計、驗證者信息、智能合約驗證和發布。[2022/7/23 2:32:28]

有多種類型的第 2 層解決方案，每種解決方案都采用不同的機制來增強可擴展性。以下是一些常用的L2解決方案：

1） 側鏈：側鏈是與主區塊鏈并行運行但仍與其連接的獨立鏈。它們通過在側鏈而不是主鏈上處理交易來實現更快、更便宜的交易。側鏈可以有自己的共識機制、規則和治理結構，為開發人員提供針對特定用例進行優化的靈活性。

2）狀態通道：狀態通道使參與者能夠進行多個鏈下交易，而無需將每筆交易發布到主區塊鏈上。這些交易在參與者之間私下進行，只有最終結果記錄在主鏈上。狀態通道對于需要頻繁交互和微交易的應用程序特別有用，例如游戲和即時支付。

3）Plasma： Plasma 是一種擴展技術，可創建互連子鏈網絡，也稱為 Plasma 鏈，與主區塊鏈一起運行。這些子鏈獨立處理交易，并定期向主鏈提交匯總數據，減少鏈上負載。Plasma 通過將多個交易聚合到主鏈上的單個區塊中來提供可擴展性，從而提高網絡的整體吞吐量。

4）Rollups： Rollups 是第 2 層解決方案，它將多個交易捆綁在一起，并將這些交易的壓縮版本提交到主鏈。Rollups 有兩種類型：optimistic rollups 和 zk-rollups。樂觀匯總依賴于欺詐證明，交易最初在鏈下處理，參與者可以通過在主鏈上提交證據來質疑無效交易。另一方面，zk-rollups 利用零知識證明來確保交易的有效性，而不需要對每筆交易進行鏈上驗證。

摩根大通研究使用量子網絡保護區塊鏈:金色財經報道，摩根大通、東芝和Ciena的研究人員表示，他們已經建立了一個量子密鑰分發（QKD）網絡，可以確保區塊鏈應用免受量子攻擊。QKD網絡是一個安全的雙向通信網絡，成功地做到了即時檢測和抵御竊聽者。研究人員還研究了現實環境因素對量子信道質量的影響，并使用QKD安全的光信道來部署和保護摩根大通的生產級點對點區塊鏈網絡Liink。（finextra）[2022/2/18 9:59:59]

這些第 2 層解決方案在可擴展性、安全性和去中心化方面提供了不同的權衡。通過將大部分交易處理轉移到鏈外，L2 解決方案可以顯著提高交易吞吐量、降低費用并改善用戶體驗。然而，需要注意的是，Layer 2 解決方案可能會引入額外的復雜性，需要與主鏈集成，并且根據具體實現涉及信任假設。

目前，最著名的 L2 是zksync、starknet、optimism和arbitrum。

第 2 層解決方案 (L2) 和子網都是用于增強區塊鏈網絡的可擴展性和性能的方法。然而，它們的底層機制和解決可擴展性挑戰的方式有所不同。以下是 L2 和子網之間的比較：

- L2：第 2 層解決方案通過鏈下或更高效的方式處理交易來實現可擴展性，從而減輕主區塊鏈的負擔。他們的目標是通過利用側鏈、狀態通道、等離子或匯總等技術來提高交易吞吐量并降低費用。

- 子網：另一方面，子網專注于將主區塊鏈網絡劃分為更小的子網或分片。每個子網獨立運行并處理總事務負載的子集。通過將工作負載劃分到多個子網中，可以通過允許并行處理事務來實現可擴展性。

動態 | 卡爾達諾基金會：警惕冒充Yoroi錢包官網的騙子網站:卡爾達諾基金會在Twitter發文表示，近期有詐騙者假冒Yoroi錢包官網以竊取資金，請大家警惕。[2020/1/9]

- L2：第 2 層解決方案構建在現有主區塊鏈網絡之上。他們依靠主鏈來保證交易的安全和最終結算。L2解決方案定期向主鏈提交匯總數據或證明，以確保鏈下交易的完整性。

- 子網：子網是與主鏈并行運行的獨立分區或鏈。他們可以有自己的共識機制、規則和驗證器。但子網與主鏈之間仍然存在連接，用于相互通信、跨鏈傳輸或某些數據的同步。

- L2：與主鏈相比，第 2 層解決方案通常提供更高的可擴展性和更快的交易處理速度。然而，它們可能會引入額外的復雜性，需要與主鏈集成，并根據具體實現涉及信任假設。

- 子網：子網通過允許跨多個鏈并行處理來提供可擴展性，但它們可能會帶來與跨鏈通信、共識同步和維護跨子網安全性相關的挑戰。

- L2：L2解決方案主要側重于增強區塊鏈應用程序的可擴展性和成本效率。L2 解決方案作為主鏈之上的附加層運行，旨在提高交易吞吐量并降低費用。他們通過進行鏈下處理或利用替代共識機制來實現這一目標。L2 解決方案對于需要高交易吞吐量和低費用的應用程序特別有利，例如去中心化金融 (DeFi) 平臺、游戲和小額支付。通過利用 L2 解決方案，這些應用程序可以實現更快、更便宜的交易，而不會影響底層主鏈提供的安全性和去中心化性。

- 子網：子網旨在以不同的方式解決可擴展性和性能挑戰。子網本質上是區塊鏈網絡中獨立且獨立的鏈。它們允許網絡處理大量交易或支持具有不同性能要求的各種應用程序。子網通過將工作負載分配到多個鏈來實現水平可擴展性，從而提高整體網絡容量。通過子網，網絡的不同部分可以使用自己的共識機制、治理結構和性能特征來運行。這使得子網非常適合需要處理大量事務或同時支持各種應用程序的場景。

讓我們探討一下子網和 L2 的優點和缺點。

1） 可擴展性：子網通過將區塊鏈網絡劃分為更小的子網或分片來實現水平可擴展性。這允許并行處理交易，顯著增加網絡的整體交易吞吐量。

2) 靈活性：子網提供了根據不同用例或應用程序定制特定子網的靈活性。每個子網都可以有自己的共識機制、規則和驗證器，允許根據該子網上運行的應用程序的要求進行定制和優化。

3) 增強性能：通過并行處理，子網可以同時處理大量交易，從而縮短交易確認時間并降低延遲。這使得子網適合高要求的應用程序和實時事務處理至關重要的場景。

4）增加網絡容量：通過在多個子網之間分配交易負載，擴展了網絡處理大量交易的能力，減少了擁塞和潛在的瓶頸。

1）跨子網通信：子網之間的相互通信可能很復雜，需要額外的數據交換機制（例如消息傳遞、跨子網API、原子交換）、共識同步和跨鏈傳輸。確保跨子網的無縫交互和互操作性可能會帶來技術挑戰。

子網互通的一個示例場景可以是區塊鏈網絡，該網絡具有針對不同行業或用例（例如金融、供應鏈和醫療保健）的單獨子網。這些子網可能需要跨邊界共享數據或資產。實現無縫交互需要開發安全數據交換協議，實施跨鏈傳輸機制以實現資產互操作性，并確保共識同步以維護網絡完整性。這只會涉及大量工作，并使子網面臨更多潛在的安全問題。

2）安全考慮：子網的安全性依賴于每個子網內的單獨共識機制和驗證器。維護所有子網的安全并防止潛在的攻擊或漏洞可能很復雜。

3） 去中心化權衡：根據設計，子網可能會在可擴展性和去中心化之間進行權衡。隨著子網數量的增加，每個子網所需的驗證人數量可能會減少，這可能會導致權力集中在少數驗證人手中。

1）提高可擴展性：L2 解決方案通過鏈下或更高效的方式處理交易，減輕了主區塊鏈的負擔。這帶來了更高的可擴展性，允許以更低的成本快速處理大量交易。

2）成本效率：L2 解決方案可以通過鏈下處理交易或將多個交易聚合為單個鏈上交易來顯著降低交易費用。這使得基于區塊鏈的應用程序更具成本效益，特別是對于涉及頻繁和小額交易的用例。

3）更快的交易確認：通過減少對主鏈的依賴，L2 可以實現更快的交易確認，改善整體用戶體驗并實現近乎即時的交易終結。

4）兼容性和互操作性：L2解決方案可以設計為與現有的區塊鏈基礎設施兼容，從而允許與各種去中心化應用程序（DApp）和協議無縫集成。這促進了互操作性，并促進了 L2 解決方案在更廣泛的區塊鏈生態系統中的采用。

1）安全權衡：根據具體實現，L2 解決方案可能會引入安全權衡。鏈下處理或依賴外部實體進行交易驗證可能需要信任假設，并且可能會引入新的攻擊向量或漏洞。假設我們有一個基于區塊鏈的支付系統，旨在通過采用稱為支付通道網絡的 L2 解決方案來提高可擴展性。在這個網絡中，用戶可以相互開放支付渠道，從而實現更快、更便宜的鏈下交易。這些交易的最終結算記錄在主鏈上。

這種 L2 解決方案帶來的一個安全權衡是需要信任支付通道參與者。由于交易發生在鏈外，參與者需要相信其交易對手將履行商定的余額，而不是試圖作弊。

例如，假設 Alice 和 Bob 打開一個支付通道，Alice 與 Bob 發起多筆交易，更新通道的余額。然而，Bob 決定將較舊的通道狀態廣播到主鏈，試圖恢復該狀態并索取比他有權獲得的更多的資金。這稱為“通道狀態攻擊”。

在這種情況下，如果 Alice 沒有持續監控網絡并且未能以正確的、更新的通道狀態做出響應，她可能會損失資金。這種攻擊向量的引入是由于對鏈下處理的依賴以及與支付渠道參與者相關的信任假設。

2）集成復雜性：實施 L2 解決方案并將其與主鏈集成可能很復雜，并且需要修改現有的智能合約或基礎設施。確保L2和主鏈之間的兼容性和平滑交互可能會帶來技術挑戰。這是因為智能合約需要設計成支持L2和主鏈之間的互操作和通信。這可能涉及重寫部分合約邏輯或引入額外的函數來處理 L2 特定的操作。

3）適用性有限：L2解決方案可能并不適合所有類型的區塊鏈應用。某些用例，例如涉及復雜的智能合約交互或絕對鏈上透明度要求的用例，可能不太適合 L2 解決方案。原因是 L2 解決方案通常涉及鏈下處理或共識機制，允許更快、更便宜的交易，但它們可能會犧牲一定程度的鏈上透明度和安全性。

子網和第 2 層 (L2) 網絡之間的選擇取決于應用程序的特定需求。對于優先考慮高安全性和去中心化的應用程序，子網可能更合適。另一方面，強調低延遲和高吞吐量的應用程序可能更喜歡 L2 網絡。在決定選擇哪個選項時，仔細考慮這些因素非常重要，因為它們會顯著影響應用程序的性能和功能。

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