截止至2021年末，以太坊（Ethereum）已经发展成为支撑成千上万个应用的生态系统，涵盖了去中心化金融（DeFi）、非同质化代币（NFT）、游戏等多个领域。整个网络每年处理的交易额高达数兆美元，且锁定在平台上的资金超过1700亿美元。
然而，正如俗语所说，“钱多事多”，以太坊的去中心化架构最终限制了其处理交易的能力，每秒大约只能处理15笔交易。由于以太坊的受欢迎程度远超其每秒15笔交易的处理能力，导致等待时间漫长，交易费用高达每笔200美元，这使得许多用户放弃使用以太坊，并限制了该网络目前能处理的应用类型。
若要使基于智能合约的区块链能够支持数十亿用户的金融和Web 3应用，就需要有扩展的解决方案。值得庆幸的是，近期有许多提议的解决方案正在陆续上线。
竞争还是互补？
这些解决方案的目标是帮助开放的智能合约平台增加可处理的交易数量，同时保留充分的去中心化。请注意，通过单一实体管理的中心化解决方案来扩大智能合约平台的规模是容易实现的（Visa 每秒可处理45,000笔交易），但这样就会让我们回到最初的状态：一个由少数强大的中心化参与者所拥有的世界。
为了解决这个问题，我们采取了两种方法：一是建立全新网络与以太坊竞争，二是建立可以处理以太坊过量产能的补充网络。大致上，它们可以分为几类：
第1层区块链（Layer 1 blockchains）：与以太坊竞争
侧链（Sidechains）：对以太坊有一定的互补性
第二层网络（Layer 2 networks）：对以太坊的补足
虽然每一种在架构和方法上有所不同，但目标都是让用户在使用网络时，例如：与DeFi、NFT互动，无需支付高昂的费用或经历漫长的等待时间。
第一层区块链（Layer 1）
以太坊被认为是第一层区块链，一个独立的网络，确保用户资金安全，并在一个地方执行交易。如果您想使用Uniswap（UNI）等DeFi应用程序将1000颗USDC换成另一种稳定币DAI，以太坊是能够实现这一切的地方。
其他竞争的第一层区块链以全新的网络实现了以太坊所能做到的一切，与以太坊的区别在于新的系统设计，能够实现更高的吞吐量，从而降低交易费用，但通常代价会是中心化程度的提高。
在过去的10个月里，新的Layer 1纷纷上线，这些网络的总价值在同一时期内从0美元飙升至约750亿美元，这个领域目前由Solana（SOL）、Avalanche（AVAX）、Terra（LUNA）和Binance Smart Chain（币安智能链）领先，每个生态系统都在不断增长，其价值已经达到100亿美元以上。
领先的非以太坊Layer 1项目的总锁仓价值（TVL）
所有的Layer 1都在竞争，如果没有任何以太坊的工具和基础架构让开发者和用户轻松地建立和使用应用程序，发展上是很困难的。为了弥补这个差距，许多第一层区块链采用了一种称为“EVM 兼容”的策略。
EVM是以太坊虚拟机（Ethereum Virtual Machine）的缩写，它基本上是一种执行计算以达成交易的大脑。通过使他们的网络与EVM兼容，以太坊开发者基本上可以轻松地将他们现有的以太坊应用程序部署到新的第一层网络，用户也可以用他们现有的钱包轻松访问EVM兼容的第一层网络，使他们的迁移变得简单。
以币安智能链（BSC）为例，通过推出EVM兼容网络和调整共识设计，以实现更高的吞吐量和更便宜的交易，去年夏天，BSC因为几十个DeFi应用的使用量产生了爆炸性增长，这些应用都类似于Uniswap和Curve（CRV）等流行的以太坊应用，Avalanche、Fantom（FTM）、Tron（TRX）和Celo（CELO）也采取了同样的方法，相反的，Terra和Solana目前不支持EVM兼容性。
EVM兼容Layer1区块链与非EVM兼容Layer1区块链之TVL比较
互操作性的区块链
在稍微不同的Layer 1中，有像Cosmos（ATOM）和Polkadot（DOT）这样的区块链生态系统，这些项目没有建立新的独立区块链，而是建立了标准，让开发者能创建互相通讯的特定应用区块链，例如：允许一个游戏区块链的代币在另一个独立的社交网络区块链上的应用中使用。
目前，使用Cosmos标准构建的区块链已有超过1000亿美元的资金，这些资金最终可以交互操作，同时，Polkadot最近达到了一个里程碑，将类似地集结其区块链的生态系统。
简而言之，现在有各式各样的以太坊直接竞争者，未来会有更多。
侧链
侧链和新的Layer 1之间的区别被公认是模糊的，侧链与EVM兼容的Layer 1非常相似，只是侧链是为了处理以太坊的过量产能而建立的，而不是与整个以太坊竞争，这些生态系统与以太坊社群紧密结合，以互补的方式承载以太坊应用程序。
Axie Infinity（AXS）的Ronin侧链就是一个典型的例子，Axie Infinity是一个最初建立在以太坊上的NFT游戏，由于以太坊的费用让玩家望而却步，Ronin侧链的建立是为了让用户将他们的NFT和代币从以太坊转移到一个低费用的环境，让更多的用户能够负担得起这个游戏，并让该游戏大受欢迎。
在截稿前，用户已经从以太坊转移了超过75亿美元到Ronin侧链游玩Axie Infinity。
Polygon POS侧链
像Ronin这样的侧链是特定的应用，而其他侧链则适用于更多的通用应用。目前，Polygon（MATIC）的权益证明（POS）侧链是行业的领导者，在100多个DeFi和游戏应用中部署了近50亿美元的价值，包括Aave（AAVE）和Sushiswap（SUSHI）等熟悉的名字，以及一个与Uniswap类似的Quickswap（QUICK）。
同样地，Polygon POS看起来与EVM兼容的Layer 1没有什么不同，然而，它是作为以太坊扩展框架的一部分，而不是与以太坊竞争。Polygon团队认为，以太坊在未来仍会是高价值交易和价值存储的主导区块链，而日常交易则转移到Polygon的低成本区块链上。（Polygon POS还通过一个被称为“检查点（Checkpointing）”的过程与以太坊维持特别的关联）。
由于交易费用低于1分钱，Polygon对未来的愿景看起来是可行的，在激励计划的帮助下，用户已经涌向Polygon POS，每日交易量超过了以太坊（尽管一些无意义的交易膨胀了这个数字）。
第二层网络（Layer 2）
Layer 1和侧链都有一个明显的挑战：确保其区块链的安全。为了做到这一点，他们必须支付新一批矿工或权益证明验证人，以验证和保护交易，通常是以基础代币（如Polygon的MATIC和Avalanche的AVAX）通货膨胀的形式。
然而，这带来了明显的缺点：
拥有一个基础代币自然会使你的生态系统更具竞争力，而不是仅作为对以太坊的补充。验证和保障交易是一项复杂而具有挑战性的任务，你的网络要无限期地负责这项任务。
如果我们可以借助以太坊的安全性创建可扩展的生态系统，那不是很好吗？加入第二层网络，特别是“Rollup”。简而言之，Layer 2是一种在以太坊上构建的独立生态系统，依靠以太坊网络确保安全性。
而关键点在于，这意味着Layer 2扩展方案不需要有原生代币，所以它们不仅是对以太坊的补充，本质上是以太坊的一部分，以太坊路线图甚至表示以太坊2.0将“以Rollup为中心”，表达对这个方案的致敬。
Rollup如何运作
Layer 2通常被称为Rollup，因为它们将交易“滚动”或捆绑在一起，并在新的环境中执行，然后将最新的交易数据发回以太坊。与其让以太坊网络单独处理1,000笔Uniswap交易（昂贵！），不如在提交结果回以太坊之前先在第2层Rollup上卸载计算（便宜！）。
然而，当结果被发布回以太坊时，以太坊如何知道数据是正确和有效的？以及以太坊如何防止任何人发布不正确的信息？这些都是区分两种Rollup的关键问题：Optimistic rollups和Zero Knowledge rollups（ZK rollups）。
Optimistic rollups
当提交结果回以太坊时，Optimistic rollups“乐观地”假设结果是有效的，换句话说，他们让Rollup的操作者发布他们想要的任何数据（包括潜在的不正确/欺诈性数据），并假设它是正确的——毫无疑问，这是一个乐观的前景！但是，有一些方法可以打击欺诈，作为一种检查和制衡，在任何提款后都有一个时间窗口，任何观察者都可以在此查看欺诈行为（记住，区块链是透明的，任何人都可以观察正在发生的事情）。如果其中一位观察者能够以数学方法证明发生了欺诈行为（通过提交欺诈证明），那么Rollup就会恢复任何欺诈性交易，惩罚不良行为者并奖励观察者（一个聪明的激励系统！）。
缺点是当你在Rollup和以太坊之间移动资金时，会有一个短暂的延迟，等待查看是否有观察者发现任何欺诈行为。在某些情况下，这可能长达一个星期，但我们预期这些延迟会随着时间的推移而减少。
关键的一点是，Optimistic rollups与以太坊有内在的联系，现今已准备帮助以太坊进行扩展，因此，我们已经看到了强劲的新生增长，许多领先的DeFi项目都已转移到领先的Optimistic rollups项目——Arbitrum和Optimistic Ethereum。
Arbitrum和Optimistic Ethereum
由Off-chain Labs负责的Arbitrum和由Optimism负责的Optimistic Ethereum是目前实施Optimistic rollups的两个主要项目，值得注意的是，这两个项目仍处于早期阶段，两家公司都保持着中心化控制的水平，但都计划随着时间的推移进行去中心化。
根据估计，一旦项目成熟，Optimistic rollups可以提供10到100倍的可扩展性改进，即使在早期，Arbitrum和Optimism上的DeFi应用就已经积累了数十亿的网络价值。
Optimism的采用曲线较早，在7个DeFi应用中部署了超过3亿美元的TVL（总锁仓价值），其中最引人注目的是Uniswap、Synthetix（SNX）和1inch（1INCH）。
Arbitrum则更进一步，在60多个应用中拥有大约25亿美元的TVL，包括熟悉的DeFi协议，如Curve、Sushiswap和Balancer（BAL）。
Arbitrum也被选为社交媒体平台Reddit的扩展解决方案，用于他们期待已久的代币化社区积分的行动，该平台的月活跃用户有5亿个。
ZK Rollups
Optimistic rollups假设交易是有效的，并为其他人留下欺诈证明的空间，而ZK Rollups则实际向以太坊网络证明交易是有效的。
随着捆绑交易的结果，他们向以太坊智能合约提交所谓的有效性证明（validity proof），顾名思义，有效性证明让以太坊网络验证交易是有效的，使中继者无法欺骗系统，这消除了对欺诈证明窗口的需求，因此在以太坊和ZK-rollups之间移动资金是有效的即时操作。
虽然即时结算和没有提款时间听起来很好，但ZK Rollups也不是没有代价的。首先，生成有效性证明需要密集的计算，所以你需要高效能的机制来使其运行，其次，围绕有效性证明的复杂性使得支持EVM兼容性更加困难，限制了可以部署到ZK-rollups的智能合约类型。因此，Optimistic rollups已经率先进入市场，并且更有能力解决以太坊今天的扩展问题，但从长远来看，ZK Rollups可能成为一个更好的技术解决方案。
ZK Rollup的采用
ZK rollup的应用范围很广，有多个团队和实施方案正在进行和开发当中，一些著名的参与者包括Starkware、Matter Labs、Hermez和Aztec。今天，ZK-rollup主要支持相对简单的应用，如支付或交易（由于ZK-rollup现今能支持的应用类型限制），例如：衍生品交易所dYdX采用了Starkware（StarkEx）的ZK Rollup解决方案，支持每周近500万笔交易和10多亿美元的TVL。
然而，真正值得争取的是与EVM完全兼容的ZK Rollup解决方案，这种方案能够支持热门的通用应用程序（如DeFi的全套应用），而没有Optimistic rollups的提款延迟，这一领域的主要参与者是MatterLab的zkSync 2.0、Starkware的Starknet、Polygon Hermez的zkEVM和Polygon Miden，它们目前都在努力实现主网的启动。（同时，Aztec专注于将零知识证明应用于隐私）。
业内许多人都把ZK rollups与Ethereum 2.0结合起来作为扩展以太坊的长期解决方案，包括Vitalik，主要是由于它们能够在不影响安全或去中心化的情况下从根本上处理每秒数十万笔的交易。随着寻求以太坊扩展方案的进展，即将推出完全兼容EVM的ZK Rollup项目将是值得关注的关键事项之一。
一个分裂的世界
从长远来看，如果智能合约平台要扩展到数十亿用户，这些扩展解决方案是必要的。然而，从近期来看，这些解决方案可能会给用户和加密货币运营商带来重大挑战，从以太坊航向这些网络需要使用跨链桥，这对用户来说很复杂，而且有潜在的风险。例如：几个跨链桥已经成为价值超过1亿美元漏洞的目标。
更重要的是，多链的世界分割了可组合性和流动性，考虑Sushiswap目前在以太坊、币安智能链、Avalanche、Polygon和Arbitrum上实施，Sushiswap的流动性曾经集中在一个网络上（以太坊），现在却分散在五个不同的网络上。
以太坊应用长期以来一直受益于可组合性，即以太坊上的Sushiswap与其他以太坊应用随插即用，像是Aave或Compound（COMP）。随着应用程序扩展到新的网络，在Layer 1、侧链和Layer 2上实现的应用程序不再与另一层网络上实现的应用程序兼容，限制了可用性并为用户和开发人员带来挑战。
一个不确定的未来
像Avalanche或Solana这样与以太坊竞争的新Layer 1区块链会不会继续发展？像Cosmos或Polkadot这样的区块链生态系统会不会激增？侧链是否会继续与以太坊和谐地运行，承担其多余的产能？还是与以太坊2.0结合的Rollup会胜出？没有人可以肯定地说。
虽然未来是不确定的，但每个人都可以感到欣慰，因为有这么多聪明的团队致力于解决开放、无需许可的网络所面临最具挑战性的问题，正如宽带最终帮助互联网支持了YouTube和Uber等一系列突破性应用一样，我们相信，我们最终会以同样的眼光看待获胜的扩展解决方案。
标签: 区块链
