前言

「区块链不可能三角」（Blockchain Trilemma）的问题最早是由以太坊创始人Vitalik Buterin提出，它是指区块链无法同时兼顾可扩展性、安全性和去中心化。随着加密货币越来越受欢迎，每天在区块链上活跃的用户和交易数量也不断增加。因此，需要更高效和可扩展的区块链来加快交易处理和满足产品需求。

Layer2扩容方案的提出正是为了解决这一问题。比特币和以太坊等Layer 1区块链虽然安全且去中心化，但处理交易的速度非常慢。比如，以太坊每秒只能处理大约30笔交易。然而，由于每天都有数以百万计的交易发生，因此急需一种不损害安全性的提速方案。接下来让我们进一步了解图和借助Layer 2扩容方案来实现这一目标。

什么是Layer 2？

Layer 2是建立在现有区块链（Layer 1）之上的协议，用于提高区块链的性能和输出。Layer 1的交易可以交由附加层Layer 2处理，完成后结果会被发送回Layer 1基础层（Base Layer）以进行永久记录。Layer 2扩容方案的目标是减轻基础层区块链的负载，提高处理速度，最重要的是解决可扩展性的问题。通过Layer 1和Layer 2之间的交互，区块链可以在不影响安全性的情况下实现可扩展性。

Layer 2也可以称为链下（off-chain）解决方案，因为Layer 2提供一个独立于基础区块链的交易处理框架。Arbitrum、Polygon和Optimism就是以太坊区块链的Layer 2扩展解决方案，能够处理以太坊交易并将交易数据发送回主链。与Layer 1相比，Layer 2处理交易更便宜、更快。例如，Polygon上的区块时间约为2秒，而在以太坊上则约为10秒；Polygon的交易手续费从0.0005美元到0.2美元不等，而在以太坊上的Gas费则高达10美元，甚至更多。

Layer 2解决方案为何至关重要？

区块链需要同时具备快速、安全和去中心化的特性，然而，按照区块链不可能三角理论，区块链只能同时满足上述三种特性中的两个。随着比特币和以太坊等Layer 1区块链上的用户量和交易量激增，在维持区块链安全和去中心化特性的前提下，还需要区块链具有更高的吞吐性能。因此，Layer 2解决方案应运而生。

Layer 2协议的工作原理

Layer 2可以在不影响基础区块链的安全性和去中心化的情况下提高交易处理的速度。通过把Layer 1上的交易转移到Layer 2进行处理，减轻Layer 1的工作负担。

Layer 2处理完交易后会将交易返回给基础层。Layer 2和基础层之间定期通信，就是为了保证Layer 2的去中心化和安全性。随着交易处理任务的减少，基础层也不会再那么拥挤。

Layer 2解决方案的类型

接下来让我们看看有哪些不同的Layer2解决方案以及它们的原理。

Rollup

Rollup能够将一堆交易综合成一份单一的交易数据，并将其推送到主区块链，从而为主链节省大量空间，也让交易更迅速、更便宜。Rollup有两种类型：零知识（Zero Knowledge）和Optimistic。

零知识Rollup：

也称为ZK Rollup，在链下进行计算并将结果提交给主链，该结果被称为有效性证明（Validity Proof）。有效性证明意味着所有交易都已经过检查，可以安全地被提交到基础区块链。零知识Rollup是在链下进行的工作证明(PoW)，这减少了主区块链上的工作量，因此交易处理速度更快。

Optimistic Rollup：

默认交易都是有效的，并将交易推送到主链。仅当系统遇到欺诈行为时才进行检查，任何查出的欺诈交易都会被撤销，并且该区块的验证者也会受到惩罚。相比ZK Rollup，Optimistic Rollup的处理速度相对更慢，但是却更能保证安全性和去中心化。

侧链（Sidechain）

侧链是与主区块链一起运行的独立区块链，它们使用侧链资源来减少主链的工作量。侧链使用来自基础链的信息与他们的虚拟机（Virtual Machine）相结合来执行智能合约以及验证交易，然后将最终结果发送回主链。侧链独立于主链，并拥有自己的验证者，能够提供更便宜、更快的交易。侧链最典型的例子是Polygon，以太坊区块链的扩展解决方案之一。与主链以太坊相比，Polygon上的交易更快、更便宜。

状态通道（State Channel）

顾名思义，状态通道是两个交易方之间的链接。状态通道允许用户将资金锁定，然后在更快、更便宜的链下网络进行交易，交易最后被发送到主区块链。该解决方案可以用智能合约或多重签名实现，跟刷Visa卡的流程差不多。比特币闪电网络（Bitcoin Lightning Network）就是该扩展方案的一个例子。您的BTC被一名连接到主区块链的人锁定，然后您就可以更便宜、更快地进行正常交易，最后交易数据会被转发到主链。闪电网络已被用于扩展比特币区块链以避免高昂的交易成本。

嵌套区块链

嵌套区块链是位于主链之上的二级区块链。主区块链不参与处理交易，而是将工作和条件委托给嵌套区块链，嵌套区块链在完成工作后向主链返回结果。主链的任务是确保整个系统的安全性。这种方式能够减轻主链的负担，改善区块链的运行。

比特币Layer 2解决方案——比特币闪电网络

闪电网络能够有效地扩展比特币网络，并且与其他扩展解决方案一样，会将交易在链下进行处理，随后返回到主链，从而减少了基础链的交易负担。比特币网络上的平均交易时间约为10分钟，但在闪电网络仅需几毫秒，可以让用户体验到低成本、低延时的支付。

以太坊Layer 2解决方案

因为以太坊支持智能合约，所以许多项目选择建立在以太坊区块链之上。随着以太坊网络变得越来越拥挤，交易费用变得愈加高昂，交易处理的速度也慢了下来，因此，以太坊急需扩展解决方案。许多不同的扩展解决方案如雨后春笋般出现，但总体分为两大类：通用解决方案（Generalized）和特定应用程序解决方案（Application-specific）。

通用扩展解决方案一般是一条类似于主链的区块链，其上的交易更便宜、更快，也拥有主链上可用的所有功能，甚至包括DApp。Arbitrum One、Optimism、Boba Network、StarkNet等都属于通用解决方案。

顾名思义，特定应用程序扩展解决方案是为某一应用程序专门设计的，帮助优化程序和提高性能。去中心化交易所dYdX就是一个很好的范例，还有Loopring、zKSync、ZKSpace、Aztec等都属于特定应用程序的扩展解决方案。

结论

区块链不可能三角一直是加密货币发展和推广所面临的主要问题。Layer 1区块链在处理交易方面通常很慢，只能通过改变“三角”之一来提速，因此需要Layer 2扩展解决方案。这些Layer 2协议能够让Layer 1区块链不至于过度繁琐和拥挤，也让交易处理更快、更便宜。构建Layer 2解决方案不需要对主链进行任何改动，因而也不会损害主链的安全性。