本文為為區塊鏈擴容上篇，將針對過去數年間區塊鏈網路對擴容需求的演變來探討以太坊layer2、競爭公鏈的出現和不斷成熟的過程，無意對比優劣，中間會穿插相關概念的科普與概念例項應用的探討。下篇將探討區塊鏈擴容另一重要概念——跨鏈橋，敬請期待。
目錄
- 擴容問題的現狀
- 從不可能三角說起
- layer2的格局演變
- 公鏈的市場搶奪1）新公鏈的「異軍突起」2）舊公鏈的「自我革命」
擴容問題的現狀2020年的「defi summer」徹底點燃了以太坊的熱度。根據defillama的資料，從2020年6月以來，以太坊上的tvl 增長了百倍，從區區十億美元一路攀升到現在的一千多萬美元。與此相伴的是以太坊鏈上活躍度的激增、eth價值的大幅增長，以太坊網路的擁堵和昂貴問題徹底暴露。
而在defi之後，又相繼出現去中心化期貨市場、gamefi、nft、元宇宙一眾鏈上熱點，以太坊因其網路的安全性往往成為概念先發地，但是進一步的發展和市場的擴張卻又都因以太坊layer1的諸多限制無法真正做到大範圍可用，更快/更便宜的交易已經成為市場剛需。
以衍生品交易為例，由於自帶槓桿，對市場的波動性承受能力非常差。當市場波動劇烈的時候，以太坊網路的延遲對交易者來說是致命的，所以dydx（頭部去中心化衍生品平臺）積極選擇layer2 解決方案starkware，單月交易量增長了四十倍，總交易額突破100億美元，二層網路上的交易額佔比過半。
axie infinity 是一款現象級的鏈上游戲，但是遊戲交易的高頻次讓以太坊動輒過百的手續費變得不現實，大大限制了使用者數量的裂變，好在axie infinity 選擇製作以太坊側鏈 ronin 並進行遷移，大大弱化了遊戲寵物 axie 的價格與 gas 高低之間的聯絡。加密市場除了對layer2 的認可度不斷提高，以期解決當前區塊鏈應用的燃眉之急，而底層公鏈的價值也決定公鏈熱不會成為過去式，新公鏈的異軍突起，老公鏈的積極應對、自我革命，都給擴容市場的未來帶來很大的不確定性。
從不可能三角說起區塊鏈行業一直存在“不可能三角”問題，即安全、可擴充套件性、去中心化三者不可能全部實現。在中心化平臺中，資料由獨家寫入，我們不需要考慮加密、共識等問題，但我們透過區塊鏈解決問題的時候需要所有的節點達成共識，保證去中心化應用能夠在穩定、安全、去中心化的信任環境下實現效率。
區塊鏈是我們解決資料寫入存在的信任問題而產生的，而由它產生的效能瓶頸問題卻是需要我們解決的。擴容方案不是近兩年才出現的，早在2015年jeff coleman 就為了解決比特幣的網路擁堵問題提出狀態通道，這裡提一下，當時的比特幣網路擁堵不像以太坊因為鏈上應用的發展（比特幣網路沒有智慧合約設計，是不能在上面搭建應用的，不過近期似乎有些變化，這是後話），而只是單純轉賬數量多導致的。為了降低比特幣網路的小額轉賬所需花費的手續費，2015年，對於如何擴充套件比特幣效能的問題就已經引起了廣泛討論，隨即提出了像閃電網路、liquid network等比特幣的layer2的解決方案。閃電網路是一種支付通道系統，所謂開啟通道，就是參與方建立一個多籤錢包，並向該錢包充入資金。這個錢包接收到的資金數量就成為這個通道的餘額。再然後，參與方之間的後續交易就全部在區塊鏈以外的環境中發生了。任一參與方都能隨時關閉這個通道，這時候，最後一筆鏈下的交易（決定著該通道各參與方的餘額）會被髮送到區塊鏈上，中間所有的交易是不必記錄在鏈上的，所以所有的交易都是即時收發，而且僅需要非常少量的手續費。
這個設計在當時頗具影響力，甚至一度用比特幣透過閃電網路買咖啡是潮流，當然也受到過很多質疑，比如鏈下交易的安全性問題，通道建設成本等。不過根據1ml資料，目前閃電網路資料還是在穩步增長中，比特幣閃電網路（lightning network）中鎖定的比特幣數量2649.95 枚，節點數量為26,740個，支付通道數量72,196個
來源：https://1ml.com/到了2017年，基於以太坊鏈上發行的豐富的數字資產，讓以太坊也不堪重負，加密貓（17年的nft）直接將這個矛盾推到頂點，以太坊官方開始策劃eth 2.0的升級以期解決以太坊的效能問題。但由於升級過程比較複雜，一拖再拖，讓layer2解決方案有機會得到迅速發展。layer2可以將公鏈的效用擴充套件到鏈外，讓我們在鏈外高效互動，互動結束後仍然可以返回到主鏈，如何保證鏈外交易的安全性，就是不同設計的關鍵所在。以太坊的創始人vitalik也曾在公開場合多次支援過layer2專案的發展，畢竟把使用者留在以太坊鏈上才是最重要的。layer2的格局演變2017年到今年，經過幾年的發展，layer2的解決方案越來越多，讓人眼花繚亂，接下來我們將按照layer2 的實現方式以及應用例項帶大家瞭解這個賽道。
來源：coin98
簡單來說，layer1到layer2 除了轉入轉出資金需要在layer1上執行，其他的交易都要在layer2上實現，交易資料需要安全儲存同步到layer1上。根據layer2的狀態同步方式，layer2分為兩類：一類是側鏈、一類是rollup；而rollup又分為optimistic rollup和zkrollup。側鏈實現方式的layer2就是透過在主鏈上在搭建一條側鏈，而這條側鏈所有的交易是根據側鏈的共識機制來實現的，然後再同步到主鏈上，比如layer2的頭部專案polygon（原matic）就是這種實現方式。2021年6月份，polygon斥巨資吸引以太坊生態專案，tvl一路飆升破百億美元，不過目前在arbitrum等二層網路專案的上線以及一眾新公鏈的生態逐漸完善後，tvl已經摺半。rollup 是將大部分計算轉移到鏈下，然後定期將批次交易資料和由此產生的狀態根推送到layer1區塊鏈上。透過在主網之外執行操作，但在layer1記錄交易資料。
rollup又分為兩種：一種是zkrollup，一種是optimistic rollup。
zk rollups將計算轉移到layer2，並定期對主鏈外進行的交易資料進行批處理和壓縮，生成其完整性的有效性證明，並將其釋出到ethereum主網。透過釋出每個狀態轉換的正確性證明，zk-rollups保證了鏈上狀態的有效性，並允許使用者立即提款。但是這些證明的計算很複雜，也很耗時。代表專案：路印loopring、zksync、starkex.optimistic rollups依賴各方驗證layer2提交的資料,假設交易是有效的（所以是說積極、樂觀的），只有在出現挑戰的情況下執行欺詐證明，計算效率比zk rollups要高，但使用者在訪問資金需要等待一段時間。代表專案：optimism、arbitrum。optimistic rollups是最近大火的二層網路專案應用驗證方式，它可以將以太坊的gas降低一百倍，而吞吐量卻是以太坊主網的上百倍。arbitrum 一上線，鎖倉額就大幅增加，根據l2beat 資料顯示，目前總鎖倉額已經超過25億美元，市場佔比超過70%，穩居二層網路專案鎖倉額排名第一。
資料來源：https://l2beat.com/
各個layer2 專案也在不停探索自己的自留地，polygon目前的總鎖倉額為46億美元，相較於頂點已經降低一半，但是依然穩居公鏈鎖倉前五的位置，透過鏈上資料可以看到polygon上的鎖倉量大的專案基本都是來源於其他鏈，透過大資金的激勵拉來合作是polygon發展的秘訣。
資料來源：https://defillama.com/arbitrum 不僅積極引入以太坊上的頭部專案——banlacer、uniswap、sushiswap、uniswap 等，還吸引了不少的土狗專案，比如上線一天就破1億美元的arbinyan。不過成也土狗，敗也土狗，據defillama資料顯示，9月16日，arbitrum上的defi專案總鎖倉量驟降，從9月13日的峰值18億美元降至目前的5.2億美元。其中，曾經鎖倉量最大“土礦”arbinyan的tvl只剩下1.8億美元。該專案巔峰時期鎖倉超過15億美元，一度佔據了arbitrum近70%的鎖倉量。如何在無激勵前提下吸引更多使用者參與二層網路的使用目前還是個問題，畢竟現在的layer2還處於發展初期，使用門檻還是有的。
另外，網路擁堵的情況下，將資金轉入轉出二層需要花費不少的費用，如果網路不擁堵，直接用layer1就好，似乎layer2也沒什麼存在的必要性。不過layer2確實給區塊鏈擴容提供了個很不錯的解決方案，至少現在是這樣的。
公鏈的市場搶奪「公鏈熱」從來沒有消除，2017年、2018年出現了一波公鏈熱潮，當時的公鏈更多的在做應用鏈，侷限於將某個應用搬到區塊鏈上，這些公鏈的技術都是五花八門，當然存活至今也不多見。現在的公鏈更多的是想要做底層，目的也很簡單，解決以太坊的問題，吸引以太坊上的資金和應用。
1）新公鏈的「異軍突起」
8月18日，avalanche基金會宣佈推出1.8億美元的流動性挖礦獎勵計劃avalanche rush，鼓勵更多應用和資產加入avalanche defi生態。根據計劃，avalanche將首先整合aave和curve這兩項總鎖倉價值較高的defi協議，併為它們的使用者提供3個月的網路原生代幣avax獎勵。而另外一個嶄露頭角的公鏈——solana，雖沒有釋出明確的激勵計劃，但憑藉ftx創始人sbf的「強力推薦」和幣價一路上漲獲得了幣圈的目光聚集，生態規模不斷的擴大，生態專案發展的有聲有色。
資料來源：qkl123下面以為avalanche、solana為例介紹新公鏈是如何講故事的。avalanche 共識協議結合了中本聰共識協議與經典共識協議的優點——借鑑了中本聰協議概率性安全保障的設計，同時又加入了bft屬性，增加了系統的效率和安全性，模組化的分層讓公鏈的開發更加標準化。相比於以太坊的速度，基於 avalanche 的區塊鏈採用的 snow 系列協議，經過 4 個協議層次遞進、逐步改善，可實現每秒處理數千筆交易，達到輕量級、可擴充套件、低延遲的目標。avalanche 的共識機制在驗證資訊的過程不需要和全網節點比對，只要隨機選擇 n 個節點中的多數人即可，在提高驗證效率的同時保證了交易安全。即使網路中有超過 50%的節點是拜占庭節點，網路依然是安全的。
資料來源：https://cchain.explorer.avax.network/
solana網路選擇poh（proof of history）共識機制，將基於雜湊值的時間序列和區塊鏈狀態更新分離，引入了「編碼時間」的時間戳，提供無需許可、全域性可用的時鐘體系，不僅加快交易驗證時間，更是降低了交易手續費，基於solana公鏈的去中心化交易平臺serum每交易一筆，手續費僅為0.000005 sol。但是solana的宕機事件讓solana的故事有點難繼續，也給其他公鏈提了個警醒，「欲速不達」，一個平臺如果無法保證安全，穩定，再高的效能也是沒有用的，公鏈太多，相互之間的護城河沒有那麼高，很容易被取代。所以，做公鏈先保證安全穩定。
資料來源：https://solanabeach.io/
2）舊公鏈的「自我革命」
除了新興公鏈，一些2017年或者更以前的公鏈的故事還在繼續，只不過他們根據自己的實際情況和區塊鏈的歷史變革做了一些革命和創新。這裡我將以cardano和gxchain 為例給大家介紹老公鏈的故事如何繼續。曾經被加密社羣一度認為是以太坊最有力競爭者的老牌公鏈，也曾被吐槽智慧合約開發進展緩慢的 cardano 在今年終於加快了開發速度，並於 9 月 13 日正式完成阿朗佐硬分叉升級，正式進入“智慧合約時代”，生態專案和使用者終於可以在 cardano 上實現和執行智慧合約。目前生態增至130+，鎖倉額超554 億美元。cardano 使用 eutxo 模型，將狀態插入到鏈上的每一個 utxo 中，而不是像以太坊那樣的全域性狀態，所以減少了明顯的gas費。每個區塊可以執行數百筆交易，增加了區塊鏈的效率。
資料來源：cardians
gxchain 1.0於2017年正式上線，打造過很多現象級應用，其中最有名的為國內第一個過百萬使用者的幣浪app（以前的布洛克城）但是應對區塊鏈世界的變化，gxchain 根據實際情形做了相關調整。於2020年8月26日，公信寶正式啟動2.0計劃，目的是為了打造一條綠色免費、簡單輕量，能夠承接以太坊上的defi「溢位價值」。2020年9月，gxchain推出gxc-relay 跨鏈中繼 , gxc通證可以無縫跨鏈到以太坊，gxc持有者可以在以太坊上體驗defi；2021年6月，目前gxchain 2.0的測試網已經上線，已經支援evm，相信後面正式網上線會進一步打通與以太坊網路之間的價值流動，而後進一步推動鏈上生態包括元宇宙、nft、defi相關應用的研發。
metamask錢包支援gxchain錢包
結語
以太坊網路擁堵讓gas費居高不下，這是制約其發展的重要原因，但也給layer2和layer1競爭對手的發展機會。相容以太坊，去劣保優，讓使用者在不用切換工具就能完成資金流轉。讓資金流轉另一個必不可少的一部分「橋」將在下篇詳細介紹。不管是公鏈格局還是layer2的格局，現在已經拼的火熱，大家不再只是彼此的對手，更是透過戰略佈局融入大環境，如何再用特色優勢走出自己的獨立行情，大浪淘沙，方見勝負。
