在前文《区块链入门必读：什么是Layer 0、Layer 1和Layer 2》和《破解“不可能三角”：区块链扩容方案都有哪些（Layer 1部分）》中，我们介绍了区块链系统的六层架构，扩容问题中常说的Layer 0~2，接着介绍了历史上出现的重要Layer 1扩容方案。在文本中，我们将继续梳理区块链的Layer 2扩容方案。

Layer 2对应区块链六层结构中的合约层和应用层。在扩容领域，Layer 2扩容又称链下扩容，是指在主链外部进行扩容的性能解决方案。一般而言，Layer 2方案的解决思路是将计算过程移动到链下。相较于具有诸多限制的Layer 1扩容方案，Layer 2扩容方案被广泛认为是大型公链，尤其是以太坊的未来。

Layer 1和Layer 2的关系，可以近似类比为中央银行和其他商业银行。如果所有的交易都需要在中央银行进行确认，那么中央银行的系统势必会不堪重负，乃至发生拥堵。而如果通过设立其他商业银行，帮助“分流”部分的交易确认工作，中央银行只需要进行交易的最终结算，就可以缓解中央银行的运行负担了。在这种关系下，Layer 1扩容方案就类似于改进中央银行，选购新的硬件，提高其本身的运算能力；而Layer 2扩容方案则是如何设立能够高效运作的商业银行体系。

常见的Layer 2解决方案有侧链（Side Chain）、等离子链（Plasma）、状态通道（State Channels）、Rollup等。

01/状态通道

状态通道是一种非常早期便被提出的Layer 2扩容方案。

我们知道整个以太坊网络就是一个基于交易的巨大状态机（transaction-based state machine），这一状态是由诸多账户的状态共同来组成的。每次区块上的交易得到执行后，这个状态机便会被修改为最新状态。同时，由于整个以太坊网络的每个节点都需要更新到最新状态，以太坊的主链处理能力较弱。

图：以太坊状态机模型

在上述模型中，每一步操作都需要改变状态机，产生新的状态。而状态通道的思路则是将这个维护状态机的过程转移到链外进行。状态通道实际上是网络上的一些节点，这些节点构成了不同用户之间、或是用户和服务之间，进行直接连通的通道。具体来说，比特币的闪电网络（Lighting Network）以及以太坊的雷电网络（Raiden Network），就是状态通道技术的具体应用。

其中，比特币闪电网络又可以称为“支付通道”。假定在交易双方之间会频繁发生大量交易（或称“微交易”），如果每笔这样的微交易都需要记录上链，就会带来处理负担。而如果这些微交易都是通过支付通道处理，中间过程存储在链下，只给主网提交最终的交易结果，那么就能大大缓解主网的负担。

因此，状态通道对于主网的运算能力要求不高，可以在某些使用场景内起到压缩交易、提高效率的目的。

02/侧链

侧链严格来说并非是一种扩容方案，而是一种链与链之间的关系，即主链与侧链的对应关系。我们拿以太坊侧链为例，以太坊的每条侧链都是独立的区块链，有着自己各自的基本架构及共识机制，有的还有自己的原生通证。但侧链需要与以太坊兼容，并且可以通过跨链桥安全地实现与主链之间的资产转移。

比如Polygon、Skale等就是以太坊的侧链，而BSC这种支持EVM（以太坊虚拟机），能桥接到以太坊的公链也可认为是以太坊广义上的公链。拿Polygon来说，Polygon网络的gas费率相当低，每笔交易手续费在$0.0001一下。同时，Polygon的TPS可达7000以上，交易也可以在数秒内得到确认。此外，以太坊还有一些专用于某些应用的侧链，如Ronin就是专为链上游戏——Axie Infinity设置的高性能侧链。

由于侧链都是独立区块链，甚至有着自己的基础代币。这使得主链与侧链之间处于一种既是“互补”，有是”竞争“的微妙关系。但同时由于，侧链安全性只依赖于自身的机制设计，而与主链本身无关，不能得到来自主链的任何保证，这又使得侧链作为一种扩容方案并不完备。

03/Plasma

Plasma（等离子链）实际上也是一种特殊的侧链，但由于它能够借用主链区块，故而在安全性上胜于一般侧链。Plasma技术由Joseph Poon和Vitalik Buterin在2017年在一篇名为《Plasma：可扩展自主智能合约》中提出。提出之时人们对他寄予了厚望，甚至认为Plasma有望把以太坊的处理能力提高到于Visa同级。

图：plasma.io/plasma.pdf

相较独立于主链运营的侧链，只返回交易结果同时容易遭到攻击，Plasma实际上会计算包含交易的区块的哈希值，并通过智能合约把这些区块的哈希值也上传到以太坊主链上。一方面，由于只上传区块哈希值，真正上链的数据量很少；另一方面，由于存在连续的哈希值记录，用户可以在怀疑交易遭到篡改时”提出挑战“，验证交易的真实性，具有较好的安全性。在使用时，用户需要将资产锁定在对应的根链的合约中，并提交对应的证明给验证者证明。当出现有参与者无法提供证明时，该Plasma区块将无法被确认，其他用户则可以安全地从链中退出，保护了资产的安全。

然而，在等离子链的运行中，每个子链有自己的机制验证区块和实现防伪证明，若所有用户同时试图退出，所有的有效状态都要被提交验证，一样造成网络堵塞。这也被称为所谓的”批量退出“问题。同时，Plasma只能进行资产交易，并不灵活支持智能合约，这也限制了Plasma作为扩容方案的使用范围。

04/Rollup

Rollup与状态通道技术具有诸多相似之处，但相较于状态通道，改进与Plasma技术的Rollup则更加强大、更为灵活。由于诸多良好特性，2019年诞生的Rollup在一众Layer 2方案中脱颖而出，成为了如今的市场新贵。

Rollup一般译作“卷叠”。Plasma将交易原始数据置于链下，而Rollup方案则将原始数据置于链上，具体来说，是将一批交易信息汇总到一个交易的调用数据内，然后周期性地打包到区块提交至Layer 1完成记录。目前，Rollup技术依次诞生了两个主要方向——ZK-rollup和Optimistic-rollup。

其中ZK-rollup结合了零知识证明（Zero Knowledge Proof）技术，将交易原始数据上传至链上，并同时使用零知识证明自动验证交易的有效性。但所有交易数据都需要证明这一点导致了巨大的计算开销，也使得ZK-rollup的性能表现较差。

而Optimistic-Rollup则使用欺诈证明（Fraud Proof）技术，顾名思义，这一技术的理念较为“乐观”。在交易原始数据确认后，“乐观地”假设所有交易都是有效的，不会对所有信息进行证明，而只会通过欺诈证明找出无效的交易并”惩罚“对应的交易验证者。

结语

目前，分片+Rollup被认为是以太坊扩容的最优解。也许再过不久，这场持续数年的扩容之争便会落下帷幕。解释，包括以太坊在内的区块链终于能够突破性能的瓶颈，获得新的价值。让我们拭目以待。