什么是 Layer 2 - 不破坏区块链的扩容方案

大多数人并没有意识到区块链扩容的问题所在：问题不在于区块链速度慢，而是因为它们设计上故意不高效。每一个节点都处理每一笔交易，每个验证者都存储所有的状态数据。这种冗余设计使得区块链安全并防止审查，但这也意味着很快就会遇到瓶颈。

Layer 2 是一种突破性的技术，让我们能够在不抛弃区块链价值的前提下扩容。Layer 2 解决方案在主链外处理交易，然后定期将证明或压缩数据提交回 Layer 1 以确保安全。这样可达到 10 到 100 倍的吞吐量提升，交易成本从 50 美元降至 0.10 美元，而且仍然继承了底层区块链的安全性。

快速解答 - 什么是 Layer 2？

Layer 2 指的是构建在现有区块链之上的次级框架，这些框架在链下处理交易，同时继承基础层的安全保证。可以把 Layer 1 想象成基础和结算层，而 Layer 2 则负责快速且廉价地处理数以千计的交易。

主要类别包括 汇总（rollups），它们在链下批处理交易并将压缩数据发布到 Layer 1。乐观汇总（例如 Arbitrum 和 Optimism）在挑战期假定交易合法，除非被证明有欺诈，而零知识汇总（例如 zkSync 和 StarkNet）则使用密码学证明一开始就保证交易有效性。状态通道 如闪电网络（Lightning Network）允许参与者之间进行无限次链下交易，仅在开启或关闭通道时触碰 Layer 1。侧链 如 Polygon PoS 则是具有自身安全模型的独立区块链，通过桥与 Layer 1 连接。

以太坊 Layer 1 能够处理大约 15-30 笔每秒的交易，费用在高峰期范围从 5 美元到 50 美元不等，而 Layer 2 系统每秒可以处理数千笔交易，手续费通常介于 0.01 美元到 2 美元之间。截至 2024 年底，超过 300 亿美元被锁定在以太坊 Layer 2 解决方案中。

为什么 Layer 2 很重要？

根本问题在于区块链三难：你最多只能在去中心化、安全性和可扩展性中优化两者。传统区块链选择了前两者而牺牲速度。简单地增加区块大小并不可行——更大的区块意味着更少的人可以运行节点，导致中心化风险。

在以太坊需求高涨期间，交易费用变得过高。简单的代币转账可能花费 20-50 美元，一次Uniswap 交易 50-150 美元，铸造一个 NFT 需 100-300 美元。你无法建设一个发布动态需花费 50 美元的社交媒体或者装备道具需花费 100 美元的游戏。

Layer 2 改变了这种经济学。同样的代币转账成本降至 0.05-0.50 美元，Uniswap 交易降至 0.50-2 美元，NFT 铸造价格降至 1-5 美元。这个降低 20-100 倍的成本使得一些在 Layer 1 上无法存在的应用成为可能：链上游戏、社交协议、小额支付、频繁交易。

关键创新在于安全继承。先前的扩容尝试需要信任某人，而 Layer 2 解决方案特别是汇总方法，通过密码学机制继承 Layer 1 的安全性。你的资金由以太坊的共识机制和价值数十亿美元的质押 ETH 保障，而不是信任 Layer 2 的运营者。

Layer 2 的运作方式

典型的流程从将资产存入 Layer 2 开始。你将 ETH、代币或 NFT 锁定在 Layer 1 智能合约中，后者在 Layer 2 上给予相应的信用。

接着，你可以在 Layer 2 上以高速和低成本交易。对于汇总，排序器对交易进行排序和执行。对于通道，你与对手方交换签名的状态更新。

Layer 2 操作员定期将状态信息提交到 Layer 1。汇总发布压缩的交易数据和状态根，通道在关闭时发布最终状态。

将资产提现回 Layer 1 所需时间不定：例如通道即时即可，乐观汇总结算需七天（挑战期），而零知识汇总需要数小时（生成证明）。

Layer 2 解决方案的类型

汇总——占据主导的解决方案

汇总是最成功的 Layer 2 方法，且是以太坊官方认可的扩容策略。它们在链下处理交易，但将压缩交易数据发布到Layer 1，使得任何人都可以重构汇总状态。

乐观汇总 例如 Arbitrum、Optimism 和 Base 默认假定交易合法。任何人若在七天的挑战期内检测到无效状态转换，可以提交欺诈证明。其优势是完美的以太坊虚拟机兼容性和成熟的开发者生态。缺点是七天的提现延迟，虽然快速桥接可以以小笔费用提供即时流动性。

零知识汇总 例如 zkSync、StarkNet 和 Polygon zkEVM 使用零知识证明来加密保证交易有效性。其优势是更快的最终确定性无挑战期、更高的数据压缩以及几个小时而非几天的提现。缺点是技术复杂性和以太坊虚拟机兼容性的问题。

从市值来看，目前乐观汇总占据主导地位。Arbitrum 拥有约 35 亿美元的总市值，Optimism 约 20 亿美元，Base 约 15 亿美元。零知识汇总正在迅速增长，StarkNet 约 12 亿美元，zkSync 约 5 亿美元。

状态通道——比特币的闪电网络

状态通道允许参与者之间进行无限次链下交易，只有开通和关闭通道时触碰 Layer 1。比特币的闪电网络是最大实施，容量约为 5000 BTC。交易确认时间为几秒，费用仅几分钱。

其优势是通道伙伴之间的无限次数交易、近零成本、即时确认。缺点是资本锁定、仅限于有开放通道的参与者和不适合智能合约。状态通道最适合已知方之间的频繁支付。

侧链——通过桥接的独立链

侧链是具有自身共识机制的独立区块链，通过桥接与 Layer 1 连接。Polygon PoS 是最大以太坊侧链，总市值约 10 亿美元，每日交易量 300-500 万笔。

重要的区分：侧链常在市场营销中被称为 Layer 2，但技术上它们并不是真正的 Layer 2，因为它们不继承 Layer 1 的安全性。如果 51% 的侧链验证者勾结，他们可以窃取资金。主要财经应用更倾向于选择汇总，因为它们提供更强的安全保证。

现实世界中的 Layer 2 实施

Arbitrum（乐观汇总）领先，拥有 35 亿美元的 TVL 和最完整的 DeFi 生态系统——Uniswap、Aave、Curve、GMX。

Optimism（20 亿美元 TVL）创建了 OP Stack 框架，用于启动汇总。Base（Coinbase）、opBNB（币安）和 Zora 都使用 OP Stack。

Base 来自 Coinbase，拥有 15 亿美元 TVL 和每日 200-300 万笔交易，每笔费用 0.01-0.05 美元。用户可直接从 Coinbase 账户存款。

zkSync Era（5 亿美元 TVL）专注于用户体验创新，例如本地账户抽象以支持社交恢复和用任意代币支付 Gas。

StarkNet（12 亿美元 TVL）使用量子抗性 STARK 证明，并采用定制的 Cairo 语言以实现最优开发。

Layer 2 的优势与妥协

Layer 2 带来了大幅的成本降低——比 Layer 1 便宜 20-500 倍。在以太坊上进行 Uniswap 交易成本为 50-150 美元，而在 Arbitrum 或 Base 上仅需 0.50-2 美元。汇总通过数十亿美元的质押 ETH 和数千个验证者继承了以太坊的安全性。

然而，目前几乎所有主要的汇总都使用集中化的排序器。一个实体控制交易排列，可能导致审查、抢跑和最大可提取价值（MEV）捕获。所有主要汇总计划在 2025-2026 年实现排序器的去中心化，但这仍是最大的问题。

流动性在 Layer 2 之间分散。在它们之间的桥接增加了摩擦。在开发中的解决方案包括链抽象，钱包会自动调度交易。

乐观汇总要求七天的提现等待。解决方法包括如 Hop Protocol 和 Across 的桥接，它们以 0.1-0.3% 的费用提供即时流动性。

Layer 2 的未来

EIP-4844（2024 年 3 月）将汇总成本降低了 5-10 倍。完整的 Danksharding（2025-2026）将启用每秒数百万笔交易，带来接近零的费用。排序器去中心化已在每个主要汇总的 2025-2026 年路线图中。链抽象将使钱包能自动调度跨 Layer 2 的交易。

传统金融正在 Layer 2 上通证化资产——费用足够低，适合频繁交易，并满足机构要求的安全性。未来将包括 Layer 2 上的数万亿传统资产。

Layer 2 是处理真实经济活动的生产基础设施。如果你正在构建需要合理费用和吞吐量的区块链应用程序，那么你就在构建 Layer 2。

参考资料

1. Ethereum Layer 2 Scaling Solutions - 以太坊官方 Layer 2 汇总的文件
2. L2BEAT - Layer 2 Analytics - 实时 Layer 2 网络的总市值和风险分析
3. Vitalik Buterin: An Incomplete Guide to Rollups - 汇总技术的基础解释
4. EIP-4844: Shard Blob Transactions - Proto-Danksharding 的技术规范
5. Arbitrum Documentation - Arbitrum 汇总的技术文档
6. Optimism Docs - 官方 Optimism 文档和 OP Stack 资源
7. zkSync Documentation - zkSync Era 技术文档
8. StarkNet Book - StarkNet 和 Cairo 的综合指南
9. Lightning Network - 比特币闪电网络概述和统计
10. Polygon PoS Documentation - Polygon 侧链的技术文档