本文为为区块链扩容上篇，将针对过去数年间区块链网络对扩容需求的演变来探讨以太坊 layer2、竞争公链的出现和不断成熟的过程，无意对比优劣，中间会穿插相关概念的科普与概念实例应用的探讨。下篇将探讨区块链扩容另一重要概念——跨链桥，敬请期待。
目录
扩容问题的现状
从不可能三角说起
layer2 的格局演变
公链的市场抢夺
1）新公链的「异军突起」
2）旧公链的「自我革命」
扩容问题的现状
2020 年的「Defi summer」彻底点燃了以太坊的热度。根据 defillama 的数据，从 2020 年 6 月以来，以太坊上的 TVL 增长了百倍，从区区十亿美元一路攀升到现在的一千多万美元。与此相伴的是以太坊链上活跃度的激增、ETH 价值的大幅增长，以太坊网络的拥堵和昂贵问题彻底暴露。
而在 Defi 之后，又相继出现去中心化期货市场、Gamefi、NFT、元宇宙一众链上热点，以太坊因其网络的安全性往往成为概念先发地，但是进一步的发展和市场的扩张却又都因以太坊 Layer1 的诸多限制无法真正做到大范围可用，更快/更便宜的交易已经成为市场刚需。
以衍生品交易为例，由于自带杠杆，对市场的波动性承受能力非常差。当市场波动剧烈的时候，以太坊网络的延迟对交易者来说是致命的，所以 dydx（头部去中心化衍生品平台）积极选择 layer2 解决方案 StarkWare，单月交易量增长了四十倍，总交易额突破 100 亿美元，二层网络上的交易额占比过半。
Axie Infinity 是一款现象级的链上游戏，但是游戏交易的高频次让以太坊动辄过百的手续费变得不现实，大大限制了用户数量的裂变，好在 Axie Infinity 选择制作以太坊侧链 Ronin 并进行迁移，大大弱化了游戏宠物 Axie 的价格与 Gas 高低之间的联系。
加密市场除了对 layer2 的认可度不断提高，以期解决当前区块链应用的燃眉之急，而底层公链的价值也决定公链热不会成为过去式，新公链的异军突起，老公链的积极应对、自我革命，都给扩容市场的未来带来很大的不确定性。
从不可能三角说起
区块链行业一直存在“不可能三角”问题，即安全、可扩展性、去中心化三者不可能全部实现。在中心化平台中，数据由独家写入，我们不需要考虑加密、共识等问题，但我们通过区块链解决问题的时候需要所有的节点达成共识，保证去中心化应用能够在稳定、安全、去中心化的信任环境下实现效率。区块链是我们解决数据写入存在的信任问题而产生的，而由它产生的性能瓶颈问题却是需要我们解决的。
扩容方案不是近两年才出现的，早在 2015 年 Jeff Coleman 就为了解决比特币的网络拥堵问题提出状态通道，这里提一下，当时的比特币网络拥堵不像以太坊因为链上应用的发展（比特币网络没有智能合约设计，是不能在上面搭建应用的，不过近期似乎有些变化，这是后话），而只是单纯转账数量多导致的。
为了降低比特币网络的小额转账所需花费的手续费，2015 年，对于如何扩展比特币性能的问题就已经引起了广泛讨论，随即提出了像闪电网络、Liquid Network 等比特币的 Layer2 的解决方案。闪电网络是一种支付通道系统，所谓开启通道，就是参与方创建一个多签钱包，并向该钱包充入资金。这个钱包接收到的资金数量就成为这个通道的余额。再然后，参与方之间的后续交易就全部在区块链以外的环境中发生了。任一参与方都能随时关闭这个通道，这时候，最后一笔链下的交易（决定着该通道各参与方的余额）会被发送到区块链上，中间所有的交易是不必记录在链上的，所以所有的交易都是即时收发，而且仅需要非常少量的手续费。
这个设计在当时颇具影响力，甚至一度用比特币通过闪电网络买咖啡是潮流，当然也受到过很多质疑，比如链下交易的安全性问题，通道建设成本等。不过根据 1ml 数据，目前闪电网络数据还是在稳步增长中，比特币闪电网络（Lightning Network）中锁定的比特币数量 2649.95 枚，节点数量为 26,740 个，支付通道数量 72,196 个。
来源：1ML - Lightning Network Search and Analysis Engine - Bitcoin mainnet
到了 2017 年，基于以太坊链上发行的丰富的数字资产，让以太坊也不堪重负，加密猫（17 年的 NFT）直接将这个矛盾推到顶点，以太坊官方开始策划 ETH 2.0 的升级以期解决以太坊的性能问题。但由于升级过程比较复杂，一拖再拖，让 layer2 解决方案有机会得到迅速发展。Layer2 可以将公链的效用扩展到链外，让我们在链外高效互动，互动结束后仍然可以返回到主链，如何保证链外交易的安全性，就是不同设计的关键所在。以太坊的创始人 Vitalik 也曾在公开场合多次支持过 layer2 项目的发展，毕竟把用户留在以太坊链上才是最重要的。
layer2 的格局演变
2017 年到今年，经过几年的发展，layer2 的解决方案越来越多，让人眼花缭乱，接下来我们将按照 layer2 的实现方式以及应用实例带大家了解这个赛道。
来源：coin98
简单来说，layer1 到 layer2 除了转入转出资金需要在 layer1 上执行，其他的交易都要在 layer2 上实现，交易数据需要安全储存同步到 layer1 上。根据 layer2 的状态同步方式，layer2 分为两类：一类是侧链、一类是 Rollup；而 Rollup 又分为 Optimistic Rollup 和 zkRollup。
侧链实现方式的 layer2 就是通过在主链上在搭建一条侧链，而这条侧链所有的交易是根据测链的共识机制来实现的，然后再同步到主链上，比如 layer2 的头部项目 polygon（原 matic）就是这种实现方式。2021 年 6 月份，polygon 斥巨资吸引以太坊生态项目，TVL 一路飙升破百亿美元，不过目前在 arbitrum 等二层网络项目的上线以及一众新公链的生态逐渐完善后，TVL 已经折半。
Rollup 是将大部分计算转移到链下，然后定期将批量交易数据和由此产生的状态根推送到 Layer1 区块链上。通过在主网之外执行操作，但在 Layer1 记录交易数据。
Rollup 又分为两种：一种是 zkRollup，一种是 Optimistic Rollup。
ZK Rollups 将计算转移到 Layer2，并定期对主链外进行的交易数据进行批处理和压缩，生成其完整性的有效性证明，并将其发布到 Ethereum 主网。通过发布每个状态转换的正确性证明，ZK-Rollups 保证了链上状态的有效性，并允许用户立即提款。但是这些证明的计算很复杂，也很耗时。代表项目：路印 loopring、zkSync、StarkEx.
Optimistic Rollups 依赖各方验证 Layer2 提交的数据,假设交易是有效的（所以是说积极、乐观的），只有在出现挑战的情况下运行欺诈证明，计算效率比 ZK Rollups 要高，但用户在访问资金需要等待一段时间。代表项目：Optimism、Arbitrum。
Optimistic Rollups 是最近大火的二层网络项目应用验证方式，它可以将以太坊的 gas 降低一百倍，而吞吐量却是以太坊主网的上百倍。Arbitrum 一上线，锁仓额就大幅增加，根据 L2BEAT 数据显示，目前总锁仓额已经超过 25 亿美元，市场占比超过 70%，稳居二层网络项目锁仓额排名第一。
数据来源：https://l2beat.com/
各个 layer2 项目也在不停探索自己的自留地，polygon 目前的总锁仓额为 46 亿美元，相较于顶点已经降低一半，但是依然稳居公链锁仓前五的位置，通过链上数据可以看到 polygon 上的锁仓量大的项目基本都是来源于其他链，通过大资金的激励拉来合作是 polygon 发展的秘诀。
Arbitrum 不仅积极引入以太坊上的头部项目——Banlacer、Uniswap、Sushiswap、Uniswap 等，还吸引了不少的土狗项目，比如上线一天就破 1 亿美元的 ArbiNYAN。不过成也土狗，败也土狗，据 defillama 数据显示，9 月 16 日，Arbitrum 上的 DeFi 项目总锁仓量骤降，从 9 月 13 日的峰值 18 亿美元降至目前的 5.2 亿美元。其中，曾经锁仓量最大“土矿”ArbiNYAN 的 TVL 只剩下 1.8 亿美元。该项目巅峰时期锁仓超过 15 亿美元，一度占据了 Arbitrum 近 70%的锁仓量。
如何在无激励前提下吸引更多用户参与二层网络的使用目前还是个问题，毕竟现在的 layer2 还处于发展初期，使用门槛还是有的。另外，网络拥堵的情况下，将资金转入转出二层需要花费不少的费用，如果网络不拥堵，直接用 layer1 就好，似乎 layer2 也没什么存在的必要性。不过 layer2 确实给区块链扩容提供了个很不错的解决方案，至少现在是这样的。
公链的市场抢夺
「公链热」从来没有消除，2017 年、2018 年出现了一波公链热潮，当时的公链更多的在做应用链，局限于将某个应用搬到区块链上，这些公链的技术都是五花八门，当然存活至今也不多见。现在的公链更多的是想要做底层，目的也很简单，解决以太坊的问题，吸引以太坊上的资金和应用。
1）新公链的「异军突起」
8 月 18 日，Avalanche 基金会宣布推出 1.8 亿美元的流动性挖矿奖励计划 Avalanche Rush，鼓励更多应用和资产加入 Avalanche DeFi 生态。根据计划，Avalanche 将首先集成 Aave 和 Curve 这两项总锁仓价值较高的 DeFi 协议，并为它们的用户提供 3 个月的网络原生代币 AVAX 奖励。
而另外一个崭露头角的公链——Solana，虽没有发布明确的激励计划，但凭借 FTX 创始人 SBF 的「强力推荐」和币价一路上涨获得了币圈的目光聚集，生态规模不断的扩大，生态项目发展的有声有色。
数据来源：qkl123
下面以为 Avalanche、Solana 为例介绍新公链是如何讲故事的。
Avalanche 共识协议结合了中本聪共识协议与经典共识协议的优点——借鉴了中本聪协议概率性安全保障的设计，同时又加入了 BFT 属性，增加了系统的效率和安全性，模块化的分层让公链的开发更加标准化。
相比于以太坊的速度，基于 Avalanche 的区块链采用的 Snow 系列协议，经过 4 个协议层次递进、逐步改善，可实现每秒处理数千笔交易，达到轻量级、可扩展、低延迟的目标。
Avalanche 的共识机制在验证信息的过程不需要和全网节点比对，只要随机选择 N 个节点中的多数人即可，在提高验证效率的同时保证了交易安全。即使网络中有超过 50%的节点是拜占庭节点，网络依然是安全的。
数据来源：Contract Chain | Avalanche Explorer
Solana 网络选择 PoH（Proof of History）共识机制，将基于哈希值的时间序列和区块链状态更新分离，引入了「编码时间」的时间戳，提供无需许可、全局可用的时钟体系，不仅加快交易验证时间，更是降低了交易手续费，基于 Solana 公链的去中心化交易平台 Serum 每交易一笔，手续费仅为 0.000005 SOL。
但是 Solana 的宕机事件让 Solana 的故事有点难继续，也给其他公链提了个警醒，「欲速不达」，一个平台如果无法保证安全，稳定，再高的性能也是没有用的，公链太多，相互之间的护城河没有那么高，很容易被取代。所以，做公链先保证安全稳定。
2）旧公链的「自我革命」
除了新兴公链，一些 2017 年或者更以前的公链的故事还在继续，只不过他们根据自己的实际情况和区块链的历史变革做了一些革命和创新。这里我将以 Cardano 和 GXChain 为例给大家介绍老公链的故事如何继续。
曾经被加密社区一度认为使以太坊最有力竞争者的老牌公链，也曾被吐槽智能合约开发进展缓慢的 Cardano 在今年终于加快了开发速度，并于 9 月 13 日正式完成阿朗佐硬分叉升级，正式进入“智能合约时代”，生态项目和用户终于可以在 Cardano 上实现和运行智能合约。目前生态增至 130+，锁仓额超 554 亿美元。
Cardano 使用 eUTXO 模型，将状态插入到链上的每一个 UTXO 中，而不是像以太坊那样的全局状态，所以减少了明显的 gas 费。每个区块可以执行数百笔交易，增加了区块链的效率。
数据来源：cardians
GXChain 1.0 于 2017 年正式上线，打造过很多现象级应用，其中最有名的为国内第一个过百万用户的币浪 APP（以前的布洛克城）但是应对区块链世界的变化，GXChain 根据实际情形做了相关调整。于 2020 年 8 月 26 日，公信宝正式启动 2.0 计划，目的是为了打造一条绿色免费、简单轻量，能够承接以太坊上的 Defi「溢出价值」。
2020 年 9 月，GXChain 推出 GXC-Relay 跨链中继 , GXC 通证可以无缝跨链到以太坊，GXC 持有者可以在以太坊上体验 DeFi；2021 年 6 月，目前 GXChain 2.0 的测试网已经上线，已经支持 EVM，相信后面正式网上线会进一步打通与以太坊网络之间的价值流动，而后进一步推动链上生态包括元宇宙、NFT、Defi 相关应用的研发。
Metamask 钱包支持 GXChain 钱包
结语
以太坊网络拥堵让 gas 费居高不下，这是制约其发展的重要原因，但也给 layer2 和 Layer1 竞争对手的发展机会。兼容以太坊，去劣保优，让用户在不用切换工具就能完成资金流转。让资金流转另一个必不可少的一部分「桥」将在下篇详细介绍。不管是公链格局还是 layer2 的格局，现在已经拼的火热，大家不再只是彼此的对手，更是通过战略布局融入大环境，如何再用特色优势走出自己的独立行情，大浪淘沙，方见胜负。
参考链接：
DeFi Uncovered: Hints of a Multichain Future
NFTs, Scaling, What’s Next | Pantera
https://app.gitbook.com/@starkware/s/starkex-v3/~/settings/share
https://medium.com/coinmonks/layer-2-wont-save-ethereum-a52aa2bd719b
引介 | zkSync：要扩展，不要安全降级 ? 论坛 ? EthFans | 以太坊爱好者
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