以太坊扩容竞赛正日趋激烈。随着加密市场的发展，Layer 2解决方案已经克服了重大技术障碍，可用方案数量呈现爆发式增长。曾经局限于状态通道、等离子链和应用特定Rollup的领域，如今已被Arbitrum、Optimism和zkSync等通用Rollup主导。最近，Coinbase也推出了Base加入竞争，更多参与者预计将入场，包括Polygon的多项努力和Scroll的zkEVM。低调但技术实力雄厚的StarkWare也在以惊人速度推进技术升级。
用户持续涌入Layer 2，动机包括更低交易费用、更快速度、繁荣的去中心化应用生态系统以及潜在空投奖励。在不到一年时间里，Layer 2处理的交易量从低于以太坊主网发展到其五倍之多。
为什么需要Layer 2解决方案？
早期区块链网络如比特币和以太坊在交易吞吐量上存在限制，这是出于安全性和去中心化的设计考量。同时实现可扩展性、安全性和去中心化这三项核心目标，被称为“区块链三难困境”，是公认的工程难题。
可扩展性、安全性与去中心化的权衡
近期高吞吐量区块链如Solana需要强大硬件支持，这可能导致节点运行者减少，权力集中，网络更容易受到操纵和多数攻击。相反，以太坊节点硬件要求相对较低，鼓励更广泛的参与，增强了去中心化和安全性。
然而，以太坊的设计选择导致了可扩展性妥协。它每秒只能处理约30笔交易，远低于Solana理论上的65,000笔。随着区块链用例和用户群扩大，这一限制带来显著挑战。
Layer 2必要性的早期迹象
随着区块链技术成熟和用例多样化，以太坊的可扩展性限制更加明显。2017年，以太坊上热门游戏CryptoKitties走红时，交易费用和等待时间大幅上升。这给行业敲响了警钟：要支持大量用户和复杂去中心化应用，区块链必须能够更快处理交易并提供更低费用。2021年牛市后，这一需求更加迫切，以太坊交易费曾飙升至200美元以上。
这种需求催生了Layer 2解决方案，旨在解决可扩展性挑战同时保持高安全性。
什么是Layer 2解决方案？
Layer 2解决方案是构建在现有Layer 1（如以太坊）之上的框架，旨在以某种形式增强区块链。当前Layer 2通过在主链外处理交易来提高吞吐量和速度，从而卸载计算工作并扩展网络。
Layer 2提供的扩展能力显著，提供更快更便宜的交易费用，使数百万原本因费用过高而却步的用户能够使用区块链技术。例如，通过Optimism发送ETH的费用为0.09美元，而在以太坊网络上则需要1.24美元。
关键区别：为什么Polygon权益证明不是Layer 2
Polygon的权益证明（PoS）链常因高吞吐量和与以太坊桥接便捷而被关联到Layer 2，但由于其安全模型，它在技术上不是Layer 2。与直接从以太坊共识协议获得安全性的Layer 2不同，Polygon PoS链运行自己的共识机制和验证器集合，这使其成为侧链——一条与主链并行运行的独立区块链，拥有自己的安全假设和规则。
当前以Rollup为核心的Layer 2格局
当前Layer 2格局日益聚焦于称为“Rollup”的解决方案，因其成为解决可扩展性挑战最具吸引力的方案。工程师开发Rollup以支持以太坊去中心化应用，几乎无需代码更改，这是支付通道等其他Layer 2解决方案无法实现的。
Rollup如何扩展以太坊？
Rollup通过将计算移出链外来扩展以太坊。在Rollup中，交易在链外处理，然后数据被压缩并以批次形式上传到以太坊，包含必要交易数据和新的Rollup状态。
最后且复杂的部分是向以太坊证明新状态有效。这通过欺诈证明或有效性证明完成，具体取决于Rollup是乐观类型还是零知识类型。为多个链外交易上传必要数据并验证任一类证明的燃气费用，比在以太坊网络上进行原始计算便宜得多，因此最终系统显著提高了交易吞吐量并降低了成本。
结果是这一系统以坚实的安全保证解决了以太坊的可扩展性问题。安全性得以保持，因为Rollup状态在以太坊网络中可用，意味着用户始终拥有验证交易所需的信息。
主流Layer 2解决方案解析
Arbitrum、Optimism、zkSync和Base等参与者主导了以Rollup为核心的格局。按总锁定价值排名，领先的Rollup如下所示。
Arbitrum：最成熟的Rollup
Arbitrum于2021年8月31日公开推出，成为首个支持无需许可部署智能合约的Rollup。作为第一个几乎无需编码工作就能支持以太坊去中心化应用的乐观Rollup，Arbitrum上的DeFi迅速扩张，如今是按总锁定价值计算的领先Layer 2，也是整个加密领域最卓越的DeFi生态系统之一。
Arbitrum生态系统的增长自2023年3月23日ARB代币分发后，由Arbitrum去中心化自治组织（DAO）协调。Arbitrum基金会（开曼群岛基金会公司）负责管理ArbitrumDAO，区块链开发公司Offchain Labs负责网络升级。
Arbitrum治理模型
Arbitrum采用链上治理模型，赋予DAO链的所有权以发展生态系统，并设有具有否决权的“安全委员会”。ARB代币持有者对DAO治理提案进行投票，个人投票权与持有代币数量成正比。
DAO无法立即进行协议更改，但在安全漏洞等紧急情况下可能需要快速行动。这时安全委员会发挥作用。该委员会由12位受尊敬的社区代表组成，负责维护链安全并在安全紧急情况下快速行动。Arbitrum DAO管理安全委员会，每半年举行一次选举。
ARB代币经济
目前ARB纯粹是治理代币。初始供应上限为100亿枚代币，分配包括：11.6%通过空投奖励早期用户，1.1%通过空投奖励生态内DAO，42.8%分配给Arbitrum DAO国库，26.9%分配给核心贡献者，17.5%分配给Offchain Labs投资者。
Optimism：超级链愿景
Optimism是首个向公众提供的Rollup，于2021年1月16日推出，但智能合约部署直到2021年12月16日才向少数白名单开发者开放。自2023年3月23日OP代币分发后，网络的持续开发由创新治理系统Optimism Collective协调。
该集体的愿景独特而雄心勃勃，其架构为多个Layer 2和Layer 3解决方案在创新治理模型协调下协同工作奠定基础。用他们自己的话说：“Optimism不是在构建一条区块链——而是在构建一个数字社会。”
OP Stack：超级链的软件基础
Optimism的开创性架构由其开源软件包“OP Stack”实现，这是其关键特性。OP Stack允许兼容的L2和L3（称为“op-chain”）通过共享消息传递格式进行通信。这组集成链将形成Optimism团队所称的“超级链”，旨在提供并行链的可扩展性和单一区块链的可组合性。
最著名的参与者是Coinbase。该交易所宣布推出新的Layer 2解决方案Base，这将是OP Stack上的第二个Rollup。
Optimism Collective治理体系
Optimism Collective是两院制治理系统，分为Token House和Citizens’ House。Token House类似于Arbitrum DAO，OP代币持有者对协议升级和治理基金分配等事项拥有投票权。Citizens’ House负责促进和管理追溯性公共物品资金分配过程。
OP代币经济与激励机制
OP是Optimism Collective愿景的核心，作为Token House治理代币和激励系统的货币。初始供应上限为2^32（约42.9亿）枚代币。集体认为多次分批空比比单次空投更有利于创建持久的激励系统。
追溯性公共物品资金奖励已为Optimism生态系统证明价值的项目或贡献，识别可能 otherwise 得不到奖励的积极影响，激励网络增长。资金将来自初始OP代币供应量的20%以及Optimism和其他OP链的网络交易费。
Base：面向十亿用户的链
Base于2023年8月9日推出，是最新加入的乐观Rollup。Coinbase推出Base作为增加全球经济自由的下一步，为用户提供进入链上经济的便捷方式。
Base将与Coinbase钱包（以及其他以太坊钱包）集成，在监管允许的司法管辖区还与Coinbase应用集成，旨在让更多人使用web3。重要的是，Coinbase的1.1亿验证用户可能受益于便捷的上链途径，这在链上世界是前所未有的数字。
超级链的第二位成员
Base加入Optimism超级链，Coinbase的资源和人力资本与OP Labs一起为Optimism Collective的使命做出贡献。这种互利关系通过为Base提供强大、可互操作、可扩展的架构来帮助Coinbase，同时也通过为超级链增加价值、加速去中心化道路和积累资金收入来帮助Optimism。
现实世界资产代币化的主要平台
Base在Layer 2格局中定位独特，可能成为部署现实世界区块链资产的主要平台。每个Coinbase用户都通过了KYC/AML检查才能交易，意味着其1.1亿验证用户在交易需要KYC/AML检查的资产（如证券）时可能面临更少摩擦。
是否有Base代币？
Coinbase多次宣布Base不会有原生代币，可能永远不会有。请警惕冒充Base的骗局！
zkSync Era：黑马选手
zkSync Era（也称为Era或zkSync）是首个向公众提供的EVM兼容zk Rollup（zkEVM），于2023年3月24日推出。包括Vitalik Buterin在内的许多人称zkEVM为扩展的“圣杯”，因为在所有以太坊扩展解决方案中，zkEVM是唯一提供高可扩展性、EVM兼容性和无信任特性的方案。
目前，zkSync Era在Layer 2中按总锁定价值排名第三，交易活动常居首位。尽管指标可能因代币空投预期而膨胀，但它是所有zk Rollup中的明确领导者，拥有最先进的技术。
zkSync代币何时推出？
zkSync代币即将到来——甚至在文档中被视为既定事实。但没有具体日期，团队模糊表示代币将在“时机成熟时”推出。去中心化Rollup是主要目标，代币对此至关重要。然而网络仍处于早期阶段，团队认为在出现错误或攻击需要快速行动时，控制可升级性和序列器对所有用户有利。
去中心化的下一步将是转向社区选举的安全委员会模型，在此阶段代币将更合理。在此之前，请警惕任何zkSync冒充者和骗子！
Layer 2解决方案综合对比
Layer 2生态系统内的竞争激烈。Rollup的设计空间广阔，每个解决方案都在不懈努力，推进他们认为扩展以太坊的最佳方法。
乐观Rollup和零知识Rollup之间的选择是影响性能的主要区别因素。要了解哪种Rollup可能胜出，值得了解一些技术细节。
乐观Rollup与zk Rollup的技术差异
乐观Rollup使用欺诈证明确保新Rollup状态有效，任何验证者检测到状态数据无效时可以挑战。必须从乐观Rollup发布足够交易数据到底层区块链以允许挑战状态。还有大约七天窗口期发布欺诈证明，允许足够时间进行挑战。
zk Rollup使用有效性证明确保新Rollup状态有效。有效性证明是一种密码学证明，允许证明数据而不揭示数据本身（zkSync使用的证明类型称为ZK-STARK，零知识可扩展透明知识论证）。有效性证明比欺诈证明计算成本更高，但具有关键优势。
核心优势对比
zk Rollup依赖数学而非经济游戏和第三方确保有效性，使其完全无信任。有效性证明验证快速，使zk Rollup比必须经过七天争议解决期的乐观Rollup具有更快的交易最终确定时间。因此，桥接回以太坊在zk Rollup中更快。
最后，由于zk Rollup是无信任的，可以有些设计只向主链上传状态根变化，如zkSync。相反，乐观Rollup需要交易数据以及状态根变化上传到主链，以使挑战状态成为可能。
分片链：更多数据可用性如何影响Rollup？
分片链的第一次迭代EIP-4844（即proto-danksharding）将使向以太坊上传数据便宜得多。proto-danksharding尚无设定日期，有消息称可能早在2023年底发生。乐观和zk Rollup都将大幅受益，交易成本将显著降低。
值得指出的是，由于证明zk证明成本高昂，zk Rollup在上传数据所占燃气消耗份额比乐观Rollup小。因此，分片链对乐观Rollup的影响比zk更明显。
领先Rollup的当前发展阶段
除了影响性能的设计选择外，评估Rollup时查看其开发阶段也至关重要，因为这会影响链的安全性。
目前，Arbitrum是最发达的Rollup，具有使其成为“阶段1”Rollup的所需功能，这是Vitalik Buterin推广的描述训练轮阶段的术语。zkSync是“阶段0”Rollup，缺少一些增加风险的功能。L2beat很好地展示了Rollup训练轮阶段和相关风险。
关于Optimism和Base，了解他们的欺诈证明目前正在开发中至关重要，因为这带来尚未完全理解的重大风险。
综合评估：谁将胜出？
纵观当前格局，显然Arbitrum领先Layer 2竞赛。Offchain Labs快速推出技术，使Arbitrum在DeFi和Rollup安全功能上领先。随着proto-danksharding将乐观Rollup交易成本降低5-10倍，Arbitrum有望在短期内保持在Layer 2竞赛的顶部。
Arbitrum最直接的挑战者是另外两个覆盖的乐观Rollup：Optimism和Base。创新的追溯性公共物品资金和资助系统可能为超级链的飞轮增添能量，两条链可能最终爆炸性增长。关注Coinbase如何将Base集成到产品中，因为这可能使大量用户上链。
最后，zkSync是重大的长期威胁，因为zk Rollup具有最高的以太坊扩展效率潜力。虽然短期内它们仍比乐观Rollup更昂贵，但zk技术处于初期。预期改变游戏规则的技术进步将使zk Rollup成为几乎所有应用扩展以太坊的首选方式。
进一步展望，预期会出现不兼容EVM但具有专业化环境以提高效率的zk Rollup。该领域的领导者是Starkware，他们正在对技术栈进行重大升级。
常见问题
Layer 2解决方案的主要优势是什么？
Layer 2解决方案通过将交易处理移至主链外来显著提高交易吞吐量，同时大幅降低费用。它们保持与以太坊相当的安全级别，使用户能够以低成本享受快速交易，并参与繁荣的去中心化应用生态系统。
乐观Rollup与zk Rollup的核心区别是什么？
主要区别在于验证交易的方式。乐观Rollup采用欺诈证明，假设交易有效除非在挑战期内被质疑；zk Rollup使用零知识证明，数学上验证每批交易的正确性。zk Rollup提供更快最终性和更强安全性，但技术更复杂；乐观Rollup更易于实现，但需要更长的资金退出期。
如何选择适合的Layer 2网络？
选择取决于具体需求：如果优先考虑成熟生态和DeFi选择，Arbitrum是首选；如果重视创新治理和超级链愿景，Optimism和Base值得关注；如果追求最先进技术和长期潜力，zkSync具有优势。还应考虑交易成本、出金时间和生态系统活跃度。
Layer 2解决方案是否安全？
主流Layer 2方案通常具有高水平安全性，因为它们最终依赖于以太坊主网的安全性。然而，不同方案处于不同的去中心化阶段，有些仍保留升级权限或多签控制。用户应了解所选网络的具体安全假设和风险状况。
为什么Base不发行原生代币？
Coinbase表示Base专注于为用户提供无缝的链上体验，而非通过代币激励。这种无代币模式可能简化监管合规，并允许团队专注于技术开发和用户体验，而不是代币经济学设计。用户应警惕任何声称是Base代币的骗局。
proto-danksharding将如何影响Layer 2？
EIP-4844（proto-danksharding）将通过创建专门用于Rollup数据存储的 blob 空间来显著降低Layer 2数据发布成本。这将直接降低用户交易费用，特别是对乐观Rollup影响更大，因为它们的数据发布成本占总成本比例更高。预计这将使Layer 2交易成本降低数倍。