以太坊:以太坊 2.0 與 Layer2 解決方案如何互利共生？

它們的核心都致力于解決同一個問題——可擴展性。

原文標題：《Ethereum：以太坊2.0與第2層解決方案的互利共生》

撰文：GrantGriffith

編譯：ChinaDeFi

如果在過去一年左右一直關注區塊鏈行業，就一定聽過以太坊「合并」或第2層解決方案。然而，這些都是相當技術性的概念，導致很多人可能對它們視而不見。在本文中，作者試圖提供一個更容易理解的概述，即這些東西到底是什么，以及它們之間的相互關系如何向前發展。

?以太坊當前的結構

作為背景，了解一下以太坊當前的結構及其現有的擴展性問題將會很有幫助。以太坊區塊鏈是一個分布式的公共分類帳。可以把它想象成一個大型的開源操作系統(或全球計算機)，在那里人們可以公開構建和交易，而不需要一個中心化的機構。

解釋以太坊區塊(和擁塞)

在以太坊網絡上發生的任何交易都通過「區塊」記錄下來。例如，如果我想通過以太坊網絡向交易對手發送一個代幣，該交易將被包含在一個區塊中，以便在發送之前獲得批準。每個區塊通常由許多交易組成，而且這些交易都來自不同的人。一旦一個區塊被網絡接受，它就會鏈接到先前接受的區塊(在一個數據鏈中)上，該區塊內的所有交易都能通過。區塊確認了交易的確切時間和順序，并被安全地鏈接在一起，以防止任何區塊被更改或在兩個現有區塊之間插入一個區塊，因此'區塊鏈'具有防篡改和不可變的特性。

當我們開始探索區塊的審批過程時，事情變得更復雜。每個區塊由以太坊網絡上的「礦工」組裝(或開采)，交易的人向他們支付一定數量的「gas」。可以把gas看作是交易費用或計算交易的成本。

Binance推出以太坊工作量證明礦池后ETHW短時突破12美元:金色財經報道，Binance宣布推出以太坊工作量證明礦池且10月29日前不會收取費用后，ETHW出現短時上漲并觸及12.72美元，本文撰寫時下挫至11.89美元，24小時漲幅8.8%。據相關信息披露，由于主要礦池已宣布支持ETHW，包括Coinbase在內的一些大型交易平臺也表示不排除上線ETHW，但Binance指出，在Binance礦池上支持ETHW并不保證在交易平臺上線ETHW。（decrypt）[2022/9/30 22:41:41]

每個區塊的大小最終決定網絡上一次可以發生多少交易，它由網絡的區塊gas限制決定。截至撰寫本文時，以太坊的平均區塊大小為3000萬單位的gas。換句話說，一個區塊只有在其所有交易消耗的gas總量小于3000萬單位的情況下才有效。這意味著，如果網絡繁忙，并不是所有待處理的交易都可以在一個區塊中結束(因為每個交易都需要gas，并且會超過限制)，網絡就會變得擁塞。

以太坊平均gas限制圖表顯示了以太坊網絡的歷史每日平均gas限制。與最大區塊大小為1MB的比特幣不同，以太坊在技術上沒有最大區塊大小。然而，限制每個區塊消耗的gas有助于管理以太坊區塊鏈的增長以及運營礦工或節點的成本。圖片來源：Etherscan

簡而言之，這種擁塞是當前以太坊網絡難以擴展的一個例子。「合并」是以太坊2.0的一部分，旨在提高網絡的速度、效率和可擴展性，從而避開瓶頸，同時處理更多的交易。目前的網絡每秒可以處理30筆交易，而以太坊2.0承諾每秒可處理10萬筆交易。

V神提出兩種可能的解決方案來處理以太坊的歷史數據:11月24日消息，V神Vitalik Buterin在Reddit的AMA中提出了兩種可能的解決方案來處理以太坊的歷史數據。其中包括將在合并后發生的一次性歷史到期，以及具有移動截止日期的定期歷史到期，正式名稱為EIP-4444。這兩種解決方案都可以實施。據了解，以太坊歷史數據已經超過400GB，處理以太坊客戶端的歷史數據，歷史到期將使運行節點變得更便宜，或者可以用來證明適度增加gas限制是合理的，這將降低交易費用。

一位用戶詢問了區塊提議者/區塊創建者分離 (PBS)。Buterin最近發布了關于這種方法的帖子，該方法旨在阻止區塊提議者（或礦工）以有利于他們的方式向區塊添加交易。PBS尚未完全開發和測試。（AMBCrypto）[2021/11/24 7:08:00]

合并/以太坊2.0

以太坊2.0升級是對以太坊區塊鏈的一個多階段升級，旨在通過對網絡基礎設施的一些更改來提高網絡的可擴展性和安全性——最顯著的是，通過從工作證明(PoW)共識機制到權益證明(PoS)模型的轉換。關于模型之間區別的更多細節將很快公布。

首先，合并并不是推動以太坊2.0升級的唯一事件。升級是由不同的部分組成的，合并是其中的一部分(盡管是重要的一部分)。三個主要組成部分為：(i)信標鏈升級，(ii)合并，(iii)分片。從技術上講，這涉及到更多的升級，但這些相對較小的升級旨在確保網絡的平穩運行，并將與其他升級并行實施。

推動以太坊2.0升級的三個主要組成部分。

每一個部分都是以太坊網絡向PoS模型過渡過程中的一個獨特部分。信標鏈于2020年12月1日首次推出，并將權益證明引入到以太坊生態系統。該鏈作為一個獨立的區塊鏈存在，目前不處理以太坊主網(「主網絡」的簡稱)上的交易。然而，信標鏈很快將與主網合并，成為所有以太坊網絡數據的共識引擎，包括執行層交易。這種使用信標鏈(權益證明)作為以太坊上區塊生產引擎的官方轉變就是合并所代表的。

數字資產平臺Bakkt將提供以太坊交易服務:11月6日消息，數字資產平臺Bakkt周五在一份聲明中表示，除比特幣外，該公司很快將向客戶提供以太坊交易服務。Bakkt的機構客戶也可以使用該公司的托管服務來存儲以太坊。該公司沒有給出用戶何時可以開始交易以太坊的具體日期。Bakkt由洲際交易所（紐約證券交易所的母公司）于2018年推出，作為一個加密貨幣托管機構，目前只交易比特幣。[2021/11/6 6:34:35]

讓我們打個比方。想象以太坊是一艘還沒有準備好進行星際航行的飛船。有了信標鏈，社區就相當于建造了一個新的引擎和一個堅固的船體。經過重要的測試后，為飛行中的把舊引擎換成新引擎。這將把新的、更高效的引擎與現有的飛船融合在一起，準備投入一些光年的時間，并占領整個宇宙。-Ethereum.org對合并的類比，新引擎是信標鏈(權益證明)，舊引擎是工作證明，宇宙飛船是以太坊。

以太坊2.0升級的第三個主要組成部分是分片鏈，它將在擴展以太坊網絡中發揮關鍵作用。許多人普遍存在的一個誤解是，以太坊網絡將在合并后立即擴展并變得更加高效。然而，直到分片的引入(預計將在2023年某個時候實現)，這些擴展效應才會開始發揮作用。

分片實質上是將以太坊的整個網絡分割成更小的片，稱為「分片」，以努力提高網絡的可擴展性。與將所有操作集中在單個區塊鏈上不同，分片鏈將這些操作橫向分布在64個新的/迷你區塊鏈上。通過劃分負載，每個驗證者將不再需要處理整個網絡上的所有交易。與現有的工作證明模型相比，這既可以減少網絡擁塞，又可以增加網絡上每秒的交易量。

以太坊未確認交易29800筆:金色財經報道，據btc.com數據顯示，以太坊未確認交易29800筆。當前全網難度2250.43T，平均出塊時間為13.2S，每秒交易數約為10.04。截至目前以太坊全球均價為188.05美元，24h漲幅為0.17%。[2020/5/11]

工作證明(PoW)與權益證明(PoS)

到目前為止，以太坊網絡通過工作證明得到保護。這個模型在前面介紹過，除了其他特性外，還包括用于驗證區塊的礦工。然而，在合并之后，挖礦(工作證明)將不再是在以太坊網絡上產生有效區塊的手段。相反，信標鏈的權益證明驗證者將承擔這個角色，并將負責處理所有交易的有效性。

PoS模式與PoW模式有何不同？簡而言之，就是不用讓礦工驗證區塊，而是讓以太坊的所有者在以太坊的智能合約中質押。正是這些涉眾(也稱為驗證者)負責檢查通過網絡傳播的新區塊是否有效。

為什么要轉向PoS模式？原因有幾個。其中最主要的是該模型對分片來說更安全，如上所述，分片將在擴展以太坊網絡中發揮關鍵作用。

分片將網絡分解為多個部分，盡管這種結構可能會增加可擴展性，但它也會使網絡中的任何特定分片更容易受到攻擊。攻擊網絡中任何特定的分片(類似于迷你區塊鏈)只需要積累一小部分哈希率，否則就需要控制沒有實現分片的整個區塊鏈。此外，通過PoW，礦工可以具體選擇攻擊哪些分片(更嚴格地說，他們可以選擇在哪些分片貢獻其哈希能力)。因此，PoW礦工可能會相互勾結，集中精力在一個分片上，試圖獲得控制權。如果礦工接管了一個分片中的大多數區塊生產者，他們就可以冒著破壞網絡的風險操縱它。PoS，通過不允許驗證者選擇他們想要處理的分片來減輕這種風險。相反，驗證者被隨機分配給單個分片，這降低了質押者之間相互勾結的機會。

動態 | 以太坊未確認交易4852筆:Etherscan.io數據顯示，當前以太坊未確認交易4852筆，相較此前未確認筆數有所下降，以太坊網絡擁堵情況獲得進一步改善。[2019/5/25]

「很重要的一點是，驗證者在分片之間的重組非常頻繁(甚至可能是每個區塊一次)，所以實際上很難針對一個特定的分片進行攻擊。這是分片在打破三難困境方面取得至少理論上的成功的很大一部分原因。」——VitalikButerin在2018年發表了關于權益證明如何幫助緩解分片帶來的安全漏洞的演講。

與工作證明共識機制相比，權益證明模型的能耗更低、更去中心化、更安全。

能源消耗——PoS有效地替代了計算能力。不再需要在工作證明計算上使用大量能量來進行挖礦。

去中心化——PoS模型通常需要網絡上更多的計算機和參與者(即節點)來審查和批準交易，這使得它比PoW模型更加去中心化。

安全性——除了PoS通過分片更好地抵御51%攻擊外，該模型還對驗證者攻擊有很大的抑制作用。這在很大程度上是因為確保PoS網絡安全的驗證者必須在協議中投入大量ETH(截至撰寫時為32個ETH)。如果這些驗證者試圖攻擊網絡或行為不誠實，協議可以自動銷毀他們的關聯ETH。

在可擴展性方面，以太坊2.0有很高的目標。然而，我們距離這些升級完全生效還有一段時間。在此期間，是否有辦法讓以太坊網絡實現可擴展的目標呢?接下來將討論第2層解決方案。

第2層解決方案

擴展區塊鏈的主要目標是在不犧牲去中心化或安全性的情況下提高交易速度(更快的最終性)和交易吞吐量(每秒高交易數)。從兩種角度考慮擴展是有幫助的——鏈上擴展和鏈下擴展。

鏈上擴展

鏈上擴展涉及對第1層網絡的更改或升級。就以太坊的情況，這將涉及到以太坊主網的更改，這是在網絡上處理和敲定交易的地方。還有很多其他的第1層，包括Solana，Cardano和Avalanche，每個都有自己獨特的特征和目的。

對第1層進行更改可能是一個極其復雜的過程，通常需要進行大量的工作。由于技術的限制，某些變化或升級甚至接近不可能。以以太坊升級到權益證明(proof-of-stake)為例，以太坊的升級經歷了多年的發展，目前還尚未完成。

鑒于這些復雜性，鏈下擴展已成為擴展網絡的另一種方式。

鏈下擴展

與鏈上擴展不同，鏈下擴展不需要對第1層網絡進行任何更改。這些解決方案是建立在現有的第1層(如以太坊)之上或旁邊，并作為一個可以獨立于主網進行交易和處理事務的地方。通過將第1層的大部分處理負擔轉移到這些鏈下網絡，主網就可以在不犧牲可擴展性的情況下專注于安全性等其他問題。為了簡單起見，術語「第2層」將用于指代本文中所有的鏈下擴展解決方案。

因為存在各種類型的第2層，使得理解每個解決方案的細微差別成為了一個挑戰。

例如，在以太坊環境中，第2層的一個特性是這些解決方案如何獲得其安全性。一些第2層，Optimisticrollup，zk-rollup，和statechannel直接從以太坊主網(即第1層)獲得其安全性。在這一類中，rollup成為主導的擴展解決方案，目前Arbitrum和Optimism大概獲得了近20億美元(兩者都是Optimisticrollup)。

還有側鏈、validium和plasma鏈。這些第2層解決方案涉及創建新的鏈，這些鏈的安全性獨立于以太坊主網。Polygon是一個在這個類別中很受歡迎的第2層的例子。到目前為止，Polygon已經鎖定了將近20億美元的總價值，并支持流行的Web3游戲和應用程序，如ZedRun和Quickswap。雖然不盡相同，但第2層可以將以太坊的gas費用降低10-100倍，每秒處理數千筆交易(與以太坊基礎層當前每秒處理15-45筆交易形成對比)。

盡管復雜，但擁有各種各樣的第2層解決方案有助于減少以太坊網絡任何一部分上的整體擁塞，還可以防止單點故障。第2層也可以針對不同的用例進行優化(DeFi，NFT，游戲等)，因此生態系統作為一個整體可以從多樣化的設計中受益。

以太坊2.0和第2層解決方案能共存嗎?

讓我們花點時間來思考一下以太坊2.0升級的目的以及構建在以太坊網絡上的現有第2層解決方案。它們的核心都致力于解決同一個問題——可擴展性。

構建第2層解決方案主要是為了解決以太坊基礎層上出現的瓶頸。然而，一旦以太坊2.0啟動，如果構建成規模的基礎層本身的效率呈指數級提高，那么第2層的目的是什么？第2層會因此被淘汰嗎？

要回答這個問題，有助于我們反思以太坊的愿景，那就是讓以太坊成為主流，服務全人類。這是一個宏大的愿景，需要擴大未來規模，考慮到超過4%的總人口擁有加密貨幣。即使以太坊2.0升級能夠顯著擴大網絡的吞吐量，它是否能夠支持未來世界的數十億潛在的每日加密用戶而不變得擁塞仍然是一個疑問。

因此，以太坊2.0與其現有的第2層解決方案之間的關系可能是共生的。這意味著不同的可擴展性解決方案可以和諧地工作，從而對未來的交易速度和吞吐量產生指數級的影響。以太坊為實現其愿景而計劃的正是這些綜合效應，而不是其中之一。

「這不是『rollup不是sharding』，而是『rollup在sharding之上』。也就是說，rollup已經出現或即將出現，甚至會在分片之前，沒有分片的rollup仍然可以提供100倍的吞吐量提升。」—摘自VitalikButerin關于以太坊規模的Twitter帖子

因此，除了分片之外，從每秒15-45個交易(TPS)大幅增加到100,000TPS也考慮到了第2層解決方案，因為這些都是乘法效應。例如，如果第2層增加了大約100倍的吞吐量，而分片增加了大約64倍的吞吐量，那么在分片之上的第2層提供了約6400倍的吞吐量增加。這些綜合效應可能會使網絡擴大規模，并滿足未來更高的需求。

以太坊社區中的其他人也表達了關于以太坊2.0和現有第2層解決方案之間未來關系的類似想法。

「隨著以太坊L1變得更高效，L2也將變得更高效，同時保持當前的附加優勢。」——AlanChiu，BobaNetwork的CEO/創始人

「即使在合并之后，為了真正被主流采用，我們將需要盡可能多的擴展解決方案。」——AhmedAl-Balaghi,Biconomy聯合創始人

最后，以太坊2.0的升級無疑會對第2層解決方案的感知和整體效用產生影響。然而，以太坊正在考慮和擴展一個比現在有更多需求的未來。如果這一愿景得以實現，那么第2層擴展解決方案將繼續在生態系統中長期發揮重要作用。

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