在過去的文章裡，我們看到了太多關於區塊鏈的內容，卻如水中月鏡中花，讀完依舊迷茫。於是我們本能的反省，是不是區塊鏈真的只有技術人員能懂？其實不然... 除去市面上故弄玄虛的小眾人群，其實區塊鏈涵蓋的加密技術、分散式儲存等，早已經不是什麼新鮮事。有太深入淺出的文章我們沒有讀過，以至於覺得這個領域過於神秘。
今天這篇文章來自Josh Stark雖然有7000字，看似很長，但通篇沒有廢話沒有故作高深，是為數不多能將區塊鏈技術原理講的通俗易懂的文章，如果你能耐心讀完，一定會對以太坊、對layer2有個全新的認識，可能也會重燃起你對以太坊的信仰。
未來我們也將帶來更多此類文章。我們想做的，是讓更多人看到、看懂區塊鏈，更多人轉發此類深入淺出的好文章。只有更多人進入這個領域，所謂的區塊鏈「共識」，才會有未來。
—DapDap全體
2018年是以太坊建設基礎設施的一年。在這一年內，大家對網路侷限性進行了測試，重新把精力集中到擴容技術上。
以太坊仍然是非常稚嫩的，如今還不夠安全，無法擴充套件。這是每個熟悉以太坊的人的共識。但是在過去一年裡，由投機驅動的炒作，過分誇大了區塊鏈的能力。
以太坊與web3——一個安全、易於使用的分散式網路，受一套共識機制約束，併為數十億人使用——仍處於即將到來的狀態，在關鍵基礎設施完善之前，都很難實現。
構建這一基礎設施、擴充套件以太坊容量的專案，都被稱作擴容方案。有許多不同形式的方案，但往往都是相互相容或互補的。
在這篇文章中，我將深入探討一種擴容方案：“鏈下”或者“layer2”。
首先，我將討論以太坊（以及所有區塊鏈）擴容需要面臨的挑戰。
其次，我將談到解決擴容問題的不同方案，並闡述“layer1”和“layer2”的不同之處。
第三，我將介紹layer2，並分析它是如何工作的，特別是狀態通道（state channels）、Plasma、和Truebit。
本文的重點是讓讀者對layer2的工作原理有個全面而詳細的理解。但我不會深入到程式碼研究和特定的使用場景。相反，我們專注於讓讀者理解構建這種系統的經濟機制，以及所有layer2技術的原理。
03
通道狀態特點和限制
首先，必須要有這樣的概念——“擴容”不是單一的、具體的問題，它是一系列問題，如果以太坊想要為全球幾十億使用者提供服務，就必須克服這些阻礙。
最普遍的問題就是交易吞吐量。目前，以太坊每秒可以處理15筆交易，相較而言，Visa處理速度可以達到45000筆/秒。在過去一年裡，因為類似Cryptokitties這樣的應用程式太過流行，導致整個網路執行速度也開始放緩，交易價格增加。
類似以太坊這樣的公鏈，要求網路中每一個節點參與處理每一筆交易，這也正是其主要侷限所在。再以太坊上的每個操作——轉賬，Cryptokitty的誕生，ERC20合約的生成——都必須由網路中的每個節點一起執行。這是設計時決定的，也是公鏈權威的保證。節點不需要從外部得知區塊鏈的狀態，它們自己可以解決。
這意味著以太坊的交易吞吐量存在基本限制：不能高於從單個節點獲得的資料的速度。
我們可以要求每個節點做更多的工作。如果我們將區塊大小加倍（不考慮gas的限制），這將意味著每個節點所做的工作量大約是現在工作量的兩倍。但這是以犧牲去中心化為代價的：需要每個節點完成更多的工作，那麼功能較弱的計算機(如消費者的裝置)就可能會退出網路，而挖礦的權利將集中到強大的運營商手上。
因此我們需要一種方案，既能不增加單個節點的負荷，又能處理更多交易。
從概念上講，我們可以採取兩種方法來解決這個問題：
1） 如果每個節點不必並行處理每個操作呢？
第一種方法，改變前提：我們是否可以構建一個區塊鏈，鏈內節點都不必參與處理每筆交易呢？是否可以將網路分成兩個部分，半獨立地運作呢？
分開後，A部分可以處理一批交易，B部分也可以處理一部分，這樣區塊鏈交易吞吐量就提高一倍，因為我們現在設定每兩個節點可以同時工作。如果我們把區塊鏈分成許許多多不同區域，那吞吐量會提高許多倍。
這就是“分片（sharding）”背後的理念，是由以太坊V神和其他科研人員提出來的。將一個區塊鏈分成許多不同的“片”，每個“片”都可以獨立處理交易。分片一般是指layer1的擴容方案，因為它是在以太坊的基層協議上實現的。
2） 如果為以太坊建立協議層網路呢？
第二種選擇和第一種恰恰相反：與其增加以太坊自身的處理能力，不如在現有的基礎之上採取措施。在以太坊區塊鏈基本層的吞吐量不變的基礎上，嘗試執行更多操作，比如交易、狀態更新或簡單的計算。
這就是“鏈下”技術背後的原理，具體的技術包括狀態通道，Plasma，Truebit。雖然每一種技術旨在解決不同問題，但它們都需要在保證安全性的前提下，進行“鏈下”操作。
這也被稱作layer2，因為它們是建立在以太坊主鏈之上的，不需要在基礎層上進行改變，相反，只是作為與鏈下軟體互動的智慧合約存在的。
02
Layer2是加密經濟學解決方案
在深入解釋layer2解決方案前，我們先來了解一下其背後的原理。
公鏈的基本力量在於加密經濟共識。
透過仔細調整激勵措施，並將其與軟體和密碼學結合，我們能夠透過網路對系統內部達成共識。這也是中本聰白皮書中提到的重點，這點現在已經被應用到許多不同的公鏈中，包括比特幣和以太坊。
加密經濟共識給了我們一個確定性核心——除非發生像51%攻擊這樣極端事件，否則所有操作（包括支付，或者智慧合約）都將按書寫程式執行。
Layer2背後的原理是，我們可以將這個確定性核心作為一個錨——在此基礎之上附加其他經濟機制。Layer2可以將公有鏈的效用擴充套件到鏈外，讓我們在鏈外互動成為可能，在需要的時候，這些互動仍然可以返回到主鏈。
這些layer都是建立在以太坊主鏈之上的，所以它並不能持續保證與鏈上操作同樣的安全性。但是仍然可以確保它們是最終地、安全地、實用地——尤其是隻需要犧牲一點操作許可權，就可以提高運作效率，降低手續費用。
加密經濟學的起源並不是中本聰的白皮書，但這同樣不是終點——這是我們正在嘗試應用的技術。不僅在核心協議的設計上，也體現在旨在擴充套件底層鏈功能的layer2的設計中。
