本文作者Hunter Hillman是 Connext公司的增長主管。Steven McKie是Amentum Capital的聯合創始人。Eric Olszewski是以太坊開發人員和Committed的聯合創始人。
在過去的幾個月裡，我們注意到大量的文章宣稱以太坊平臺即將失敗和崩潰，原因是它無法進行擴充套件，並且缺乏使用者吸引力。這並不奇怪；對於許多新興技術，我們看到了類似的炒作週期。在Gartner著名的模型中，“過高預期的頂峰”之後很快就會出現“幻滅的低谷”。
在以太坊的例子中，我們已經透過了前者（過高預期的頂峰），並且正在透過後者（幻滅的低谷）。
這些批判性的文章中提出的問題是合理的，但是通常忽略了以太坊每天在擴充套件性方面取得的驚人進展。不過，以太坊領域在目前的狀態下無法擴充套件成為一臺世界計算機，它現狀吞吐量低，成本高。然而，這些問題早在以太坊作為區塊鏈釋出之前就已經預料到並得到了很好的理解。在本文中，我們將討論過去幾年以太坊社羣為解決這些限制而建立的各種解決方案。
在ICO泡沫期間，大量的交易量充斥著整個以太坊網路，並推高了gas的價格，而gas是推動交易所需的少量ETH。這引來了擴充套件性挑戰，以太坊的開發人員很清楚這一點，並且已經開始著手解決，儘管媒體的關注會讓你有不同的想法。
雖然以太坊擴充套件對於某些人來說可能是一個美好的新世界，但開發人員多年來一直在開發解決吞吐量問題的選項：
1. 對以太坊本身進行擴充套件，使其能夠處理更多交易負載（如透過著名的Serenity和Casper升級）。
2. 透過將大量交易移動到Layer Two(僅在交易結算期間使用基層網路)來減少主鏈上的負載（如支付通道，狀態通道，Plasma和側鏈）
“Layer One”解決方案，如分片（sharding）和Casper，已經在以太坊路線圖中數年，但是，由於受到多重挫折的困擾，未能在執行和發展方面取得重大進展。即使在這些改進之後，仍然需要“Layer Two”擴充套件機制，它提供更高的吞吐量、私有交易和更低的交易手續費。
在深入研究不同的Layer Two解決方案之前，我們要求您將以太坊視為一個全域性解決方案層，而不是一個整體的世界計算機。這意味著以太坊服務於結算任何和所有在主鏈之外進行的交易，並相應地強制執行價值轉移。它是區塊鏈作為一個公正的第三方進行仲裁的用例，所有的第二層解決方案都在其上執行。
在高水平上，任何第二層的解都遵循這個公式，或者它的一些變化體：
1. 兩個或多個參與方同意一組規則，根據這些規則，它們將加入並退出二層解決方案。
2. 然後，這些當事人將這些規則編碼成一份智慧合約，要求每一方繳納保證金。
3. 在交付安全保證金後，各方可以在鏈外彼此操作，同時對鏈上智慧合約進行不間斷更新。
4. 當一個或多個參與方希望退出第二層解決方案時，他們通常會提供一些加密證明，準確代表每個參與方剩餘安全保證金。
5. 在一個具有挑戰性的時期，這些證明可以被爭論和拋棄。如果挑戰週期結束，那麼參與方將帶著更新後的餘額退出二層解決方案。
Layer Two創新，如Plasma和支付通道/狀態通道，其中一些已經在生產中處理真實的支付，將促進以太坊的大量交易。當然，擴充套件公共區塊鏈(特別是具有如此健壯的共識的區塊鏈)是困難的。但這絕不是不可能的;事實上，智慧合約支援和以太坊虛擬機器(EVM)提供了新穎的擴充套件解決方案，比其他試圖透過二層(嚴格基於未使用事務輸出(UTXOs)的指令碼)進行擴充套件的鏈具有更強的可擴充套件性。
分散式應用(Dapps)之間正在進行的使用者鬥爭廣為人知。但是，多年的擴充套件研究與實現使使用者體驗和低延遲成為可能，從而支援每月活躍使用者(MAU)數量較高的Dapps。
簡而言之，以太坊的二層解決方案几乎已準備就緒，即將進入黃金時段——Cent和Spankchain等公司已經在區塊鏈上為使用者提供服務——並準備顛覆以太坊無法擴充套件這種說法。下面幾節我們將討論那些受到高度吹捧的傳統擴充套件性方法的侷限性，並說明以太坊擁有一套健壯的、可通用的解決方案。
傳統擴充套件方式
大多數傳統的擴充套件方法都可以歸結為這樣，即許多互動並不需要經過嚴格的共識才能被相關各方認為是最終的。例如，如果零售商和客戶同意提供的服務令人滿意，就可以換取指定的報酬，那麼就沒有理由進行第三方、第四方和第五方的確認。
重要的是兩個因素：(i)付款人肯定會履行他們的協議，(ii)付款人和收款人都不需要去相信一個第三方會忠實地執行交易。
這個框架允許我們考慮鏈外擴充套件，其中交易在主區塊鏈之外進行，然後在鏈上進行結算。要確保這個過程(i)，付款人必須以加密的方式並不可撤銷地承諾轉移資金；(ii)，這些資金必須以一種無需信任的方式轉移，如果需要，交易必須在鏈上強制執行。
這些標準支撐著比特幣的閃電網路(lightning network)，它一直是媒體廣泛報道的物件。把它想象成一個酒吧賬單：參與者同意支付少量費用，但只在晚上結束時付清。這當然是對閃電網路的過度簡化；在這裡可以找到更詳細的解釋。
閃電網路不可否認對比特幣有好處，並且對Layer Two比特幣擴容具有巨大的潛力。部分由於媒體的廣泛報道，閃電通常被視為解決比特幣規模問題的靈丹妙藥。與此同時，也有大量文章稱讚“以太坊殺手區塊鏈”，認為以太空間無法擴充套件。簡而言之，這是錯誤的。
首先，以太坊非常有能力以非常類似於閃電網路的方式擴充套件支付量。基於雜湊時間鎖合約Hashed time-lock contract (HTLC)的支付渠道在以太坊和比特幣上都是可行的，而且以太坊的多跳策略比比特幣更具創新性和使用者友好度，部署起來也容易得多。
由於比特幣使用UTXO模型，資金實際上必須透過使用傳統加密訊息傳遞方法來進行交易(即使是那些離線交易)。相比之下，以太坊的賬戶餘額系統允許更簡單和更低成本的離線餘額更新。
例如，Connext的支付通道實現(它已經為Spankchain處理支付近幾個月了)使用了“執行緒”，這是一種多跳實現，允許各方直接在他們之間傳遞餘額更新，而不是依賴雜湊鎖定的支付路由。這是一種計算上更便宜、同樣快速、同樣安全的方法，可能比閃電網路更適合於許多交易模式。
此外，由於比特幣指令碼的侷限性，部署複雜的合約互動的開銷更大。UTXO模型雖然是在基於區塊鏈的網路上驗證的傳送和接收簽名交易的優秀方法，但這意味著您必須為更新穎的用例(如託管)增加指令碼。
由於以太坊的可通用性，以及建立代幣、註冊中心、不可替代資產(如加密貓或奢侈品的數字標識)和其他社羣接受的智慧合約標準的能力，構建針對EVM的模組化和互操作合約變得更加無縫。
廣義狀態通道
以太坊對智慧合約和虛擬機器（EVM）支援各種各樣的應用，這在比特幣等非圖靈完備平臺上目前是不可行的，由於它的架構和設計決策——這降低了它的整體攻擊面，這反過來又把更多的注意力放在它最受吹捧的無許可P2P支付用例上。
然而，由於圖靈完備的指令碼比簡單的交易執行起來更復雜，這些功能增加了以太坊上的總體擁塞(並導致狀態的大小以更快的速度增長)。
我們已經討論了支付通道如何減少p2p支付的手續費和延遲，但是以太坊可以支援支付通道無法處理的更復雜的交易邏輯。
然而，廣義狀態通道為複雜合約互動的可擴充套件性問題提出了一種解決方案。現在，支援已知以太坊用例的狀態性合約互動必須在區塊鏈上執行。許多以太坊看衰者的想法是，隨著越來越多的合約被部署，函式呼叫將慢慢壓倒網路，推動gas價格飆升。
絕大多數媒體報道的Layer One擴容要求我們回答如何能夠在主網上容納更多複雜交易的問題；Layer Two解決方案，如廣義狀態通道和Plasma，要我們回答的是怎樣才能使更多的函式脫離區塊鏈，同時保持主網提供的安全性和完整性。
支付通道的安全依賴於各方“鏈上”的能力，並使用智慧合約來裁決和糾正糾紛。也就是說，支付通道讓雙方表現得好像他們是在進行鏈上交易，即使他們不是。
因為它們可以在任何時候進行鏈上操作(因為它們來回傳送的餘額更新承載了鏈上交易的重量），因此在有爭議的情況下，合約僅透過輪詢主鏈來決定誰的餘額更新更近。然而，就時間和精力而言，解決鏈上爭議的成本很高，因此理性的參與者會避免這種情況。而且，如果大多數狀態通道使用安全的和經過審計的標準，我們可以建立具有快速最終性的可互作業系統，這些系統與主網互動受到相同的加密保證的約束，並且極大地降低gas成本，使其幾乎為零。
反事實的例項化
這種方法提出了一個問題：如果我們能夠激勵各方表現得就像鏈上存在一個簡單的合約，那麼對於更復雜的邏輯，我們能否做到同樣的事情?其中一種策略就是反事實例項化。
這裡有一些不同的實現，但是它們都圍繞著相同的原則：狀態在開始時被傳遞到通用框架中，並且可以在通道開啟時根據指定的合約（但不是部署的）進行操作。爭議案件也由合同裁決。但是，由於參與者有能力進行鏈上操作並呼叫合約，所有人都被激勵去表現得好像合約存在一樣。
利用反事實例項化的通用狀態通道的影響將是雙重的：
1. 現在可以反事實例項化的涉及合約的操作都將在鏈外發生；相對於現狀，已部署合同的數量將會減少。這將減少網路擁塞，有利於必須在鏈上部署的合約。
2. 在廣義狀態通道中發生鏈下操作不會產生確認時間或gas費；這將從根本上改善使用者體驗，並允許以太坊(作為一個整體)適應更大交易量的訂單。
Connext、Counterfact、Perun和其他人正積極致力於開發通用狀態通道框架，該框架將直接解決網路擁塞、使用者體驗和成本問題，許多人將這些問題稱為以太坊的致命弱點。這些解決方案由智慧合約功能支援，比基於UTXO的擴充套件解決方案具有更強的可擴充套件性，保持底層區塊鏈的安全性，並有潛力開啟以太坊承諾的新市場和商業機會。我們相信廣義狀態通道有可能會像Serenity一樣改變以太坊；無論是由於資訊獲取能力差，還是宣傳力度不夠，廣義狀態通道都還沒有得到應有的重視。
閃電網路
閃電網路是基於UTXO的支付通道、原子互換等等的起點。Olaoluwa Osuntokun、Joseph Poon以及整個閃電研究人員和工程師生態系統所做的工作令人印象深刻。
閃電網路協議和規範已經有了一些工作實現，包括LND專案(由Lighting Labs領導，其首席科學家Olaoluwa用Go程式語言編寫)和C-lighting專案(用C語言編寫)。
在那些最令人興奮的補充中，如“Watchtowers”（這些服務監視您的支付渠道以防止欺詐，並保持線上狀態，這樣您的節點就不必時刻線上——作為回報，您需要為這些服務付費），Neutrino錢包（Lighting Labs的試驗性輕客戶端，同樣適用GO編寫），隨著閃電網路規範和開發者社羣的成熟與發展，一些其他的改進即將到來。
目前一些較困難的研究集中在：Splicing（部分存取款和並行通道部署）；Wumbo(取消閃電通道容量限制)；多路徑支付(將一個支付分成若干個，允許它在多個路由上路由——參照分片sharding）；世界各地的會議和獨立團隊都在反覆地做著Hidden Destinations（向私人通道支付的公共路線)和更多的艱苦工作。
閃電網路團隊和擴充套件UTXO鏈的工作——利用一些最前沿的加密實現——是一個不小的壯舉，不容小覷。通常，問題是人們尋求直接對比閃電網路和使用類似方法的以太坊Layer Two擴容措施，卻不考慮權衡這兩種不同的解決方案提供和獨特的功能，而它們的底層根鏈擁有獨特的架構（例如UTXO模型vs.以太坊帳戶模型)。
Plasma
廣義狀態通道並非實現以太坊擴容的唯一選擇。Plasma是一個Layer Two擴容解決方案，它與狀態通道一起尋求提供額外的吞吐量和最終性，但是需要進行一些額外的權衡。
你可以把Plasma想象成一種“原型-鏈”，它試圖儘可能多地模仿根鏈的完整性和安全性，只是使用了不同的成本元件，它通常比狀態通道的成本要高(由於將更多的主鏈函式複製到它上面的新基質上)。
Plasma獲取整個鏈下狀態，並保持其完整狀態，並將其雜湊到根主網鏈(根主網鏈有自己的一組風險權衡，不過透過額外的研究，這種權衡正在不斷改進)。
雖然吞吐量可能比主鏈的吞吐量大，但與沒有正式共識演算法的狀態通道不同，Plasma鏈也可以帶來自己獨特的共識演算法，包括自定義區塊時間(具有自己的一系列權衡)。儘管吞吐量和最終性沒有那麼快，但與狀態通道相比，它們更容易訪問，因為任何人都可以訪問被廣播和加入根鏈的狀態——而狀態通道僅對其商定的對手方可用(在當前的大多數實現中)。而且，在通道關閉之後，狀態通道不再可用，這使得它們成為具有有限壽命的經濟機器，因為它們被有意構建為更半永久的。
然而，在Plasma中，由於必須將每個狀態互動儲存到根鏈中，因此根據選擇實現哪個版本的Plasma，這些成本更高。隨著在如何最好地實現Plasma方面的突破在全球範圍內的許多團隊中不斷出現，我們確信一個通用的標準將會出現，其中包含一組合理的權衡，這些權衡可以應用到大量的用例中。
互操作標準的威力
非託管流動性——以及如何在涉及多個參與者的多個不同場景中最有效、最安全地傳遞流動性——是一項正在進行的發現，它將繼續擴充套件新興的密碼經濟學，以及各種機制如何在敵對條件下運作。
像ERC-20(用於代幣)和ERC-721(用於不可替代資產)這樣的標準使以太坊的Layer Two擴容技術和Dapps在社會上更加安全，因為有社羣公認的規範和最佳實踐，圍繞這些規範和最佳實踐可以為特定的用例實現標準。當這些不同的標準能夠以最小的摩擦和成本、以互操作的方式交流時，這一點尤其重要。
代幣、不可替代資產和Layer Two擴充套件性之間的新型互操作性所產生的無摩擦互動和經濟為更大的以太坊網路創造了進一步的安全性，因為所有參與者現在都交織在附加層的複雜經濟活動中;所有這些都建立在安全的標準之上，這些標準都經過了更大的技術團體的稽覈和接受。
不可低估的是非託管體系結構的重要性，以及對最可擴充套件和可概括的功能的阻力最小的路徑。這些都是將新的經濟機器變成現實的關鍵元件和基本要素，由於費用、規則和計算限制，它們一度被認為是不可能在現實世界中實現的。
是時候開始新的敘述了
區塊鏈的擴充套件很困難，以太坊也不例外。但是，推崇“以太坊殺手”區塊鏈，或者它已經存在的替代品，都是因為以太坊可能無法擴充套件，從而將以太坊社羣在Layer Two技術上所做的卓越工作降到了最低。Layer One的解決方案正在進行中，可能會在未來的道路上為網路帶來變革，但Layer Two的解決方案現在正在進入市場。
以太坊不能擴容這種敘述和Layer One解決方案是唯一擴容途徑的觀點已經讓人厭煩，並且每天在生產環境中都被積極地否定。今天，以太坊是一個緩慢而無法停止的可程式設計貨幣平臺；這種系統的潛力是不言而喻的。一個全新的金融體系可以建立在以太坊的基礎上，而Layer Two解決方案將為利用這種去中心化的金融體系的全新市場鋪平道路。
價值轉移、治理、新型市場和激勵結構、社羣協調、甚至稅收政策的適當實施在以太坊上都是可能的。以太坊的開發人員看到了這一前景，正在開發dapps來實現這一目標。其他以太坊開發人員正在構建協議，使網路在足夠大的範圍內可用，以迎接未來。
本文並不是要抨擊其他可供選擇的區塊鏈實現，如前所述，許多區塊鏈實現正在推進密碼研究的前沿。也不是為了ICO、誤導炒作。相反，本文是為了以太坊擴容，為了一個去中心化的經濟未來，使用以太坊區塊鏈作為結算層，並透過Layer Two技術促進大量交易。
這是我們所看到的以太坊網路的情況，我們希望它能在公眾的眼中得到應有的重視，並看到光明的未來。
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