概述：針對公鏈擴容的解決方案不斷的被提出，Layer2是否能夠成為其最優解，Layer2能提供什麼樣的價值？本報告將從Layer2擴展的起源講起，解析Layer2的發展史，把握其發展方向。報告超過10000字，請合理安排閱讀時間（本報告由 Symbol Capital 出品，轉載請聯繫我們）
報告目錄
一、摘要
二、Layer2擴展的起源
1、Layer2如何登上歷史舞台？
2、Layer2的意義
三、比特幣的Layer2演進路線
1、狀態通道：閃電網絡
2、側鏈：Liquid、RSK
四、以太坊的Layer2發展史
1、狀態通道
2、側鏈
3、Plasma
4、Rollups
5、Validium
五、Layer2的技術對比以及發展格局預判
六、Layer2的格局和投資機會
七、風險提示
八、免責聲明
九、Symbol Capital介紹
01.摘 要
Layer2的演進：
隨着比特幣、以太坊等公鏈被廣泛應用，其自身的性能問題逐漸成為制約其發展的痛點問題，對此一系列圍繞着如何對這些公鏈進行擴容的解決方案被不斷被提出。一個方向是對公鏈本身的擴容即Layer1層的擴容，如ETH2.0；另一個方向是將鏈上需要處理的信息轉移到鏈下處理的解決方案，即Layer2。
2015年，對於如何擴展比特幣性能的問題就已經引起了廣泛討論，隨即提出了像閃電網絡、Liquid Network等比特幣的Layer2的解決方案，Layer2初次登上歷史舞台；2017年開始以太坊的生態逐漸發展，基於以太坊構建的數字資產非常豐富，並且眾多區塊鏈應用，比如各類DeFi項目也在以太坊上如雨後春筍般層出不窮，生態的蓬勃發展直接讓以太坊不堪重負，以太坊上的轉賬費用長期居高不下，轉賬效率也慢到嚴重影響體驗。
儘管，以太坊的創始人V神提出了關於ETH2.0升級的種種規劃，屆時將一舉解決以太坊的性能問題，但對於以太坊的升級遲遲到不了，並且我們也不能保證升級到2.0的以太坊是否真的不會再遇到性能問題。所以，在當下以太坊的Layer1層的擴容方案難以落地的情況下，這反而促進了以太坊上的Layer2解決方案的迅速發展，此時，Layer2逐漸變成了一個需要重點關注的大板塊。
Layer2的價值發現：
Layer2是對Layer1的擴展，可以突破Layer1原有的性能和功能上的限制，這讓Layer2有非常豐富的靈活性，可以像可穿戴設備一樣為Layer1提供更多豐富的功能和對性能的擴展而又不影響Layer1本身的特性。如此一來，在沒有一個所謂的完美公有鏈的情況下，像Layer2這樣的角色就是一定是區塊鏈領域裡十分必要的角色。
投資建議：
當前DeFi的市場逐漸被大家所追捧，Layer2的熱度隨之提升，其中作為Layer2聚合平台的Polygon是當前Layer2絕對的龍頭，無論是從鎖倉資金還是熱度來看都是其中翹楚。另外，Layer2的技術發展還在多方嘗試，互相博弈，以及進入市場驗證階段，以目前的情況來看，ZK Rollup很可能會成為Layer2最終的方案。
但目前Layer2的發展節奏與DeFi高度相關，DeFi偃旗息鼓之時，Layer2的表現也會受到影響。不過，隨着一些DeFi項目正在積極的探索麵向機構的DeFi應用，未來DeFi將吸引更多的資金進場，而屆時Layer2將會迎來真正的考驗，密切關注DeFi的後續發展，以及Layer2的技術演進情況，或可抓住生態發展的紅利。
發展階段：
前Rollup階段：早期的Layer2的思路基本上是狀態通道以及側鏈方向去探索的，但是狀態通道無法做到去中心化和匿名性的隱私保護需求，而側鏈的資產控制權在鏈下，這會動搖主鏈資產的安全，因此他們都不是理想的Layer2解決方案。
后Rollup階段：隨着Rollup技術的出現，啟發了當時陷入瓶頸的Layer2賽道上的團隊，由於Rollup技術會將區塊發布或狀態更新的一些數據發布到主鏈上，提高吞吐量的同時也一併克服了側鏈的數據扣留攻擊問題。於是眾多Layer2圍繞着Rollup的邏輯開始演化出不同的Rollup解決方案。但一些Rollup解決方案本質上依然沒有從根本上解決資產的安全性問題，所以我們認為隨着零知識證明技術的進步，ZK Rollup更有可能成為最終的Layer2方案。
密切關註：
比特幣的Layer2賽道：近期傳統領域對比特幣的共識越來越高，眾多傳統企業紛紛考慮支持比特幣支付，可以關注比特幣Layer2在解決支付問題方面的進展。
以太坊的Layer2賽道：關注以太坊Layer2龍頭Polygon，零知識證明賽道ZK Rollup的Layer2方案，能帶來其極致的用戶體驗和無Gas費的0成本優勢，我們認為ZK Rollup會是一個比較理想的Layer2方案，需要密切關注ZK Rollup的技術改進，以及使用ZK Rollup的應用發展情況。
風險提示：
監管政策不確定性、區塊鏈基礎設施開發不達預期、投機性風險廣泛存在。
02.Layer2擴展的起源
1、Layer2如何登上歷史舞台？
Layer2的解決方案，是一種在原有第一層的基礎之上附加一個第二層的解決方案，在區塊鏈領域是指在原有的區塊鏈（Layer1，也就是第一層，比如比特幣、以太坊等）的基礎之上，在不篡改Layer1上任何去中心化或安全特性的情況下，為其提供了新的功能和性能。
比特幣作為最早且共識度最大的項目，隨着使用它的人越來越多，其轉賬速度太慢，轉賬費用太高的性能問題逐漸成為一大痛點。因此，許多團隊早早地就開始研究對比特幣的擴容方案了，其中有對於比特幣本身參數上或者機制上的改進的方式，比如擴容比特幣的區塊大小等這一類Layer1擴容解決方案，也有考慮將大量的交易放到鏈下來處理的機制，比如在2015年提出的閃電網絡這種側鏈的Layer2解決方案。
於是，Layer2一詞悄然進入區塊鏈領域。雖然，閃電網絡引起了不小的關注，也有像Liquid Network、Rootstock（RSK）這樣新的比特幣Layer2解決方案令人眼前一亮，但在當時，大家並未將Layer2看成是一個巨大的賽道，而是把這些解決方案都被納入到比特幣的擴容方案上，着眼點在於擴容，而非Layer2。
而Layer2像如今這般不斷推出Layer2的解決方案，以及基於不同的Layer2解決方案所推出的應用，能如此登堂入室般的被人們看作是一個巨大的能夠承載生態的賽道，主要是因為以太坊的發展需求所激發的對Layer2探索的緣故。
以太坊自誕生以來，其低下的交易速度就一直被人詬病；從15年到17年的發展，大量的區塊鏈技術項目在以太坊鏈上部署了DApp，導致整個以太坊的交易通道更加擁擠，高額的gas費用使得很多區塊鏈項目的參與者望而卻步。最深刻的記憶是17年NFT的初始項目加密貓出現之後，區塊鏈投資者們開始大量湧入以太坊炒作這款NFT，一時間使得整個以太坊網絡陷入了癱瘓的狀態。
2017年的牛市過後，以太坊一直沒有提出好的解決方案，18年區塊鏈世界交易清淡，對以太坊的需求並沒有這麼旺盛，以至於大家一時間忘記了以太坊的高gas費和擁擠的交易體驗問題。
到了2019年，整個市場又開始慢慢重回熱度，V神開始重點布局ETH2.0解決方案，但是直到2020年整個區塊鏈市場全面火熱起來之後，ETH2.0的解決方案才有了一個相對清晰的規劃和路徑。但即便如此，技術升級的路徑仍然是道阻且長的，開發者們一致認為2.0的升級至少需要2年的時間甚至更長，2.0的升級完成也只解決了交易速度的問題，並沒有解決交易規模的問題，ETH仍需要不斷進行技術升級和擴容才能解決更多的網絡發展需求。
2020年6月開始，DeFi板塊慢慢吸引市場的目光，由於金融衍生品的設計思路賦能到了加密貨幣領域，實現了去中心化金融的交易隱私性，同時打通了加密貨幣和傳統金融的設計思路，使得加密資產領域得以有了更廣闊的發展應用場景，DeFi市場從6月的幾十億美金規模迅速增長到2020年12月的1000億美金規模。極速擴容的應用需求和大量湧入的交易者再度體驗到了以太坊網絡的主網問題，高gas費用一度達到了幾十美金，交易通道擁擠體驗回到了人類的電報時期。
於是BSC、Heco這些偏中心化的DeFi應用公鏈開始應運而生，很快在交易用戶數和交易規模上超過了UNI這種老牌DEX。雖然BSC、Heco這些應用公鏈提供了絲滑的交易體驗和低廉的交易費用，但是卻沒有實現完全去中心化，這是最大的詬病，也是區塊鏈網絡最不允許的最大痛點。
但ETH2.0遲遲不能實現，市場擴容的解決方案又不能放在中心化的公鏈上面，於是V神開始重提以太坊發展早期提出的Layer2解決方案。在主網沒有辦法快速提高交易速度的前提下，將擴容的方案放到鏈下去，這就是Layer2的主要核心技術要點。
於是，Layer2真正開始登堂入室，走進大多數人的視野中。
2、Layer2的意義
2.1 以太坊gas費的構成
以太坊的網絡擁堵問題使得gas費居高不下，特別是越來越多的應用部署在網絡上之後，這成為了制約其發展的重要原因。在市場熱度和波動加大的時候，很多人要被迫承擔更高的gas費，以保證自己的交易能被儘快處理。
那麼高額的gas費用是怎麼構成的呢？只有更深層次地理解高gas費用形成的原因，才能理解Layer2能夠起到的意義和作用是什麼。
根據以太坊白皮書的理解，以太坊上gas費的計算方式為燃料單價(gasPrice) * 燃料開銷(gasUsed)
燃料單價(gasPrice)是一種報價方式，可以自己選擇報價高低，燃料單價(gasPrice)的高低跟交易速度有關。燃料單價(gasPrice)跟交易的優先性呈現正相關關係，當同樣複雜程度的交易需求，更高的燃料單價(gasPrice)，礦工會更傾向優先處理，交易速度就更快；也就是說相同複雜程度的交易需求（在這裡我們必須提醒一下，比如轉賬1個ETH和轉賬10000個ETH，它們的交易複雜程度是相同的，一般這種轉賬難度是按照筆來計算的，而不是按照金額來計算的，這跟記賬有關，跟記賬的金額無關），交易的順序是按照燃料單價(gasPrice)的高低進行排序進行的。
那麼燃料開銷(gasUsed)的高低又和什麼有關係呢？燃料開銷(gasUsed)跟交易的複雜程度呈現正相關關係，交易的複雜程度越高，燃料開銷(gasUsed)就越高；反之，則越低。比如你分別進行轉賬操作和槓桿操作，通常來說前者的開銷會低於後者，因為槓桿操作更加複雜。
因此，要減少以太坊高額的gas費，可以通過兩種方案來完成，一就是降低燃料單價(gasPrice)，二是降低交易的複雜程度以達到降低燃料開銷(gasUsed)的效果。顯然Layer2是將主網上需要計算的交易轉移到了鏈下去，然後再將計算好的結果反饋給主網，以此來降低交易的複雜程度從而降低gas費用；而ETH2.0的解決方案是降低主網的gas燃料單價，從而降低gas費用。
因此，在ETH2.0沒有實現之前，Layer2是一個近乎完美的解決方案。
2.2 Layer2的意義
那麼Layer2在降低了交易複雜程度即燃料開銷(gasUsed)的同時，能夠給以太坊和整個區塊鏈網絡帶來什麼樣的更為重大的意義和作用呢？
為主鏈擴展性能
Layer2的解決方案將複雜的交易運算打包到了鏈下進行運算，然後將運算結果反饋給鏈上；通過在鏈下將複雜交易的計算完成，大大提高了交易速度，同時由於鏈上只運算交易結果，從而實現了低gas費的交易結果。
以太坊中當前Layer2的當紅龍頭花旦Polygon已經將交易速度降低到了幾秒，且成本大概在0.00002美元（雖然價格幣價上漲了些，但這不影響gas費依然很低），在性能上大大實現了對主網的性能擴展。
為主鏈擴展功能（比如智能合約功能）
Layer2由於可以將更多更複雜的需求轉移到鏈下進行，於是由於之前區塊鏈主網發展的限制性，導致主網不能實現的一些功能都可以通過Layer2的方式在鏈下進行功能的擴展，這是Layer2生態位能夠在ETH2.0升級之後能夠存在的核心價值點和競爭力。
例如像比特幣這種沒有智能合約的公鏈，在Layer2技術成熟之後，也可以實現像以太坊一樣的智能合約的功能擴展需求，像我們知道的波卡早期項目ChainX和幾年前大火的RSK（Rootstock）早幾年前就開始了這方面的嘗試工作。
同時在隱私計算方面，Layer1早期的發展是沒有考慮過這方面的問題的，隨着DeFi領域的大火和DEX的發展需求，交易的隱私性問題越來越被大家所重視。而Layer1目前無法很好的解決這樣的問題，但Layer2卻可以將這樣的功能擴展在鏈下來完成。
隨着區塊鏈技術的發展，越來越多的商業應用場景將落地，對區塊鏈的功能需求也將越來越豐富，而主網的擴展性問題難以取得實質性的突破，Layer2作為鏈下功能擴展的技術實現路徑，將承擔著非常重要的生態作用，發揮着對區塊鏈技術發展至關重要的意義。
2.3 Layer2在比特幣和以太坊網絡上的發展之路
造成比特幣和以太坊擁堵的原因，雖然都是由於交易量劇增導致的，但是深究其深層次的原因，比特幣網絡主要是來自於金融屬性的價值交換需求大增導致了通道擁堵的問題；而以太坊網絡擁堵的原因卻實實在在是因為整個網絡上運載的DApp被廣泛調用並導致了交易量劇增導致的結果。這就使得兩者的結果雖然是一樣的，但是Layer2要擴展的路線方向的側重點卻不一樣。
比特幣網絡Layer2擴展的方向主要在於金融屬性的價值交換方向，也就是解決例如小額高頻的支付問題等（這裡指的是主要方向，比特幣也有智能合約Layer2這樣的功能上的探索，但是當前還不多，可以關注比特幣Taproot升級進展），而以太坊Layer2擴展的方向主要是解決性能擴展和功能擴展的問題。
03.比特幣的Layer2演進路線
比特幣的Layer2解決方案主要包括BTC的閃電網絡（Lightning Network）和側鏈技術。
1、狀態通道：閃電網絡
自2015年BTC第一個大牛市以來，關於比特幣網絡的擴展問題就一直困擾着比特幣的交易者和使用者；閃電網絡（Lightning Network）的擴展思路最初是由約瑟夫·龐（Joseph Poon）和薩德斯·德里亞（Thaddeus Dryja）在2015年的白皮書中提出，自提出以來，閃電網絡就一直處於激烈的討論之中，但同時它也是呼聲最高的鏈下擴容方案；由於存在很多爭議性的理論問題，閃電網絡（Lightning Network）的主網一直拖到了其文件提出3年之後即2018年3月才上線。
1.1 什麼是閃電網絡
閃電網絡（Lightning Network）是一種可以提供一系列鏈下雙向支付通道的協議，那如何更加簡單易懂地理解這個概念呢？
這裡我們可以將比特幣網絡比作是以前沒有進行大規模擴建的老城區，老城區的路和交通由於在建設之初並沒有考慮到大量的車流和人流大規模增長的情況下，所以設計都非常的窄，一般老城區的主幹道在一些小縣城也就是只有雙向兩車道的設計，這就像早期的比特幣網絡一樣，區塊的容量大小很難能夠擴展，那麼怎麼解決這個問題呢？
老城區進行道路改善就很難從拓寬道路的寬度來解決交通的問題，那麼怎麼解決呢？做過城市規劃的人都知道，第一步是將人車分流，在道路的上面建一個人行天橋，讓人走上面，車走下面；第二步將機動車和非機動車進行分流，機動車走機動車道，非機動車走非機動車道；第三步將車按照功能和服務類型分流，公交車和緊急用車走公交車道和緊急車道；那這樣分流之後還可能存在大量交通量擁擠的問題，如何解決呢？
在原有的路的上面再修一個高架路，類似於我們現在大部分城市都有的二環高架，再度做分流。
這個類比就相當於閃電網絡，這些分流的功能通道設置就類似於比特幣的閃電網絡。當然這並不能完全解釋清楚閃電網絡的工作原理，因為它涉及金融支付的抵押借貸問題，更像銀行和擔保公司、以及小貸公司的流通問題。但是由於這樣比喻的複雜程度要遠高於上面我們將其比喻為城市道路分流規劃，所以我們沒有做這樣的比擬。而正是因為借貸抵押映射的問題，才導致了閃電網絡目前仍然存在很大的爭議性。
1.2 閃電網絡“硬幣的兩面”
閃電網絡雖然從15年開始提出，但是它目前仍然處於開發階段，將來它是否能像開發者期許那樣實現它的功能，仍然需要時間的檢驗。在《技術的本質》一書中，提到技術的發展是需要理論的完善和豐富進行支撐的，我們相信閃電網絡技術的發展在解決方案和理論越來越豐富的情況下，將極有可能實現，因此閃電網絡可能帶來的優勢不容忽視：
硬幣的正面
（1）交易速度快
閃電網絡如果正式運行成功，其交易速度就正如其名字一樣閃電般地完成。你不必等待幾十分鐘等待多筆交易的完成，交易瞬時就可以完成。就像電話的鏈接對電報機的革命一樣（以前的電報機需要轉到中間站，中間站再轉到下一個地點的中間站，然後再轉接到相應的接報機上）瞬間就可以完成信號的鏈接和信息的交流。閃電網絡的完成將可能徹底挑戰現在Visa、MasterCard和PayPal等傳統支付系統。
（2）交易費用低
由於閃電網絡是鏈下進行的，對主網的負荷壓力並不大，因此可以節約一大筆交易費用，從而使得交易費用可以非常低。如果閃電網絡的交易費用能夠低於現在金融系統的清結算費用，那麼我們可以看到大規模的加密貨幣支付方式將變成現實。
（3）安全性高
我們知道絕大多數加密貨幣都不是完全匿名的，在進行錢包或者交易所註冊時，我們都需要進行KYC認證，因此中心化的交易所和錢包仍可以跟蹤從一個錢包到另一個錢包的交易。但是在閃電網絡中，大部分交易都發生在主網之外，因此幾乎不可能跟蹤到通過閃電通道進行的所有小額支付。
（4）可擴展性強閃電網絡的跨鏈原子交換已經取得了測試成功，用戶可以實現從一個鏈向另一個鏈進行匯款，無需信任第三方中介；而且閃電網絡將促使比特幣和其他加密貨幣的每秒交易數達到前所未有的高度——每秒百萬筆的量級。閃電網絡的擴展性和交易流動性的問題一旦解決，將實現所有加密資產在區塊鏈世界的高效流通，加密資產的網絡價值效應才可能被真正激發出來，這可能是閃電網絡最有吸引力的價值所在。
硬幣的反面
（1）通道複雜性高
要講閃電網絡的通道複雜性，還是需要回到我們最開始將閃電網絡的改造比作是老城區的舊道路規劃改造一樣，舉個例子，你現在要從A點到C點，但是現在所有人都塞在了路上，你只有慢慢排隊、忍受堵車然後才能到達C點，但現在不用了，如果你選擇走路，你就可以走人行天橋到達C點；如果你是開機動車，你就走機動車道開車排隊；如果你是坐公交車，你就走公交車道到達C點；如果你不想等紅綠燈，你就走二環高架到達C點；這些中間的解決方案就是plan B。如果你們是一個團隊要一起到達C點，你們就需要分幾十個通道甚至更多的plan B來到達，所以閃電網絡的通道複雜性是很高的。
（2）渠道的數量與交易效率損耗的正相關性
我們在最開始的概念類比中說過，舊城道路規劃再造是閃電網絡的一種類比，但實際更形象的類別是銀行的借貸抵押關係，比如A要轉一筆錢給E，它不能直接到達，能夠直接到達就不需要閃電網絡了；所以它需要通過B、C、D三個渠道分成三筆小額支付的方式到達E，這個時候就要求B、C、D要同時擁有一筆相同金額以上的款項進行質押才能發起對E的轉賬行為，轉賬行為才可以成功。
例如，現在A要給E轉3枚BTC，通過B、C、D轉給E，假設B、C、D均分此次轉賬行為，那麼B、C、D就需要自身至少擁有1BTC才可以發起對E的轉賬行為，A向E的轉賬行為才可以成功，於是了轉賬效率是3/6=50%，這只是一層渠道的問題，如果是兩層呢？3/3*3=33.3%，顯然我們發現這是一個3/3的N次方的效率等式，當需要通過的渠道層數越多時，交易損耗的效率就越大，這也是閃電網絡被詬病的最大問題之一。
（3）閃電網絡節點中心化的問題嚴重
閃電網絡最大的流動性由LNBIG團隊提供。據2020年數據顯示，LNBIG目前運營着25個公共節點，大致控制着整個LN容量的50%左右。由於運行節點並收取路由費用的商業模式並不能夠盈利，我們對閃電網絡的安全性和中心化問題保持擔憂的態度。
2、側鏈：Liquid、RSK
解決比特幣的擁堵問題，除了閃電網絡這種鏈下解決方案；還有其他的鏈下擴容解決方案，即側鏈。目前的側鏈技術有兩種，一種是Liquid，另一種就是RSK。
2.1 Liquid
Liquid Network是由Blockstream在2018年提出的側鏈解決方案，它和閃電網絡的主要區別在於，Liquid網絡更側重於企業級區塊鏈用戶，而閃電網絡更適合於個體用戶。
Liquid Network的工作原理就相當於在比特幣網絡的外面開了一個央行，這個央行是由Blockstream的聯盟成員組成，目前在這個“央行”的聯盟成員裡面，有44名，而且它的篩選機制是僅有那些非常有名氣的實體（例如Atlantic Financial，Bitbank，Bitfinex，BitMEX，OKCoin，Coinone這些知名的平台方）才能加入。
這個Liquid Network的“央行”功能是怎麼實現的呢 ？就是主鏈上面要進行轉賬，但是由於通道擁堵時間很長，相當於現在主網上要賣一批貨，然後要轉一筆款，但是這筆由於是郵寄的支票，它不能馬上兌現。而現在Liquid Network說你現在沒有錢沒關係，我已經看到了你這個訂單的合同了，我們這個聯盟網絡認可了這筆交易，你把訂單支票抵押到我這個“央行”裡面來，我給你貸出這筆錢，於是開了“L-BTC”出來，你拿去先用。等你拿到這個支票，還了我，我就解鎖你這個訂單支票，這個借貸關係就解決。
這就是Liquid Network的主要工作原理。由於有了一個有足夠公信力的聯盟組成的“央行”來背書。這使得在Liquid Network上的交易在鏈下交易時，更值得信賴，交易也可以更快。類似完成了一種信任轉移機制下的期現配置行為。
即便這是一個很好的擴容解決方案，能夠快速、可信、並且可以匿名隱私地做到BTC的流動問題，但是其發展現狀卻不是很好，根據Liquid的區塊瀏覽器顯示，大部分的側鏈區塊都是空的，或者只有個位數的交易。雖然Liquid的主要重點已經轉移到了通證化證券上，但Liquid上的通證化資產的流通上限很小。所以Liquid Network的解決方案仍然需要時間的驗證和用戶的認可，特別是大機構用戶的認可。
2.2 RSK
RSK曾號稱是“比特幣+以太坊”最完美的結合解決方案。RSK實現了比特幣和以太坊的雙向掛鈎，即將比特幣的資產屬性和以太坊的智能合約屬性結合到了一起，生成了RBTC（智能比特幣）與Liquid類似，RSK也使用了一個聯盟（Federation）來保障雙向掛鈎，只是RSK聯盟成員不公開，且只通過公鑰來識別。
RSK的工作原理和Liquid的工作原理本質上沒有什麼太大的分別，只是在聯盟這個功能上又多了幾個功能的擴展：
（1）允許參建智能合約的圖靈完備性虛擬機（RVM）。
RSK由於融合了以太坊的智能合約功能，在性能擴展上面完成比特幣不可編程的功能延伸。作為一個通用智能合約平台，RSK智能合同用Solidity編寫，RSKVM（簡稱RVM）同時兼容以太坊VM，未來版本將對以太坊的EVM改進。
（2）增加了比特幣的可編程性，拓展了比特幣的支付場景邊際。
由於RSK融合了以太坊的智能合約可編程功能，致使比特幣的支付可以變得更加的多元化，靈活化，比特幣支付場景的柔性擴展功能就能夠被打開，以至於R-BTC能夠滿足更多多元化的支付場景和應用場景。
（3）聯合工作量證明挖礦機制。
聯合挖礦機制，能夠吸引更多的礦工加入到網絡中來，能夠增加網絡的安全性和穩定性，更有利於整個網絡的發展。
04.以太坊的Layer2發展史
2020年6月份以後，DeFi和NFT生態的繁榮，一時間以太坊的日均gas價格曾達到高額的710 Gwei ；但作為以太坊真正的解決方案ETH2.0卻仍然遙遙無期，於是被稱為ETH2.0的替代解決方案的Layer2再度成為市場的主要解決方案。
大家普遍認為，Layer2板塊是被看做是在ETH2.0到來前，最為有效的擴容方案。縱觀目前所有的Layer2解決方案，其擴容手段的主要思路基本都是鏈下擴容，即將以太坊Layer1的計算、功能需求放到鏈下進行，從而減少Layer1的工作壓力，提升主鏈的效率，所以從Layer2整體的思路來看是以間接的形式來提升以太坊自身的效率。
由於將計算和功能擴展放在了鏈下，Layer2從理論上來說可以“無限擴容”，通過鏈下計算的方式使得其處理交易的效率大大提升。
雖然Layer2能夠大大提高交易速度，但弊端卻是數據的安全性、交易的真實性及匿名性的犧牲。用戶想要使用Layer2方案進行交易，需要將資產從Layer1轉移至Layer2；交易結束後用戶想要將資產派做其他用處還需要將資產從Layer2退出（提取）到Layer1。這就犧牲了數據的安全性和交易的真實性，因此Layer2最需要解決的問題是什麼呢？是數據的安全性、交易的真實性以及匿名性，以及資產的退出周期（從Layer2退出到Layer1的時間）。
目前Layer2從方案上可以分為幾大陣營，包括狀態通道、側鏈、Plasma、 Rollups 、Validum。其中目前被業內看好的Rollup方案細化還可分為Optimistic Rollup（多輪交互的Arbitrum Rollup） 、ZK Rollup 、zkPorter 、starknet幾個Layer2方案，下面我們就這幾個Layer2的技術解決方案進行一一地剖析。
在進行這些技術剖析之前，我們需要區分出這些解決方案誰是真正的擴容解決方案方向，而不是臆測擴容的解決方案。那麼我們需要探討Layer2的解決方案的前提是什麼？我們認為區別Layer2的解決方案的前提是資產端的安全性問題，其實歸根結底需要明確是 " 誰控制了資產出口 "。即資產的轉移權控制在了誰的手中，Layer2的目的是為了提高交易速度，擴展功能需求，但Layer1的安全性不能被打破，當Layer1的安全性被打破，就是鏈下控制了資產的所有權，這個時候Layer2的意義就不存在了。所以擴展方案的前提是什麼，是保證了資產控制權的前提下的擴展方案才有意義。
我們將根據這個一個點來對市場擴容方案進行甑別。
1、狀態通道
狀態通道的工作原理是鏈下開闢一個通道，用戶通過在智能合約中鎖定資產的方式，將鏈上資產轉移到通道中，並在通道中進行資產交互。在通道內進行資產交互操作不會佔用主鏈的資源，且無需耗費昂貴的交易費用，適用於一些高頻小額支付場景，比如遊戲場景。用戶在離開通道時進行結算，再資產將轉回主鏈。
狀態通道雖然解決了通道擁擠、交易效率低下、功能擴展等方面的問題，但是存在着明顯的限制。首先，狀態通道的使用範圍僅限於加入通道的用戶，無法向通道外的用戶發送資金；其次，狀態通道內的資產在邏輯層面必須要有owner，也就是說必須要用KYC的認證，無法做到去中心化和匿名性的隱私保護需求；也就是說在Uniswap 上，由於其交易者沒有明確所有者的對象，狀態通道技術就不能適用，而DeFi應用是目前以太坊上最大的應用之一，因為其隱私性的需求，以至於狀態通道解決方案沒有被重點採用。
同時由於鏈下交易的數據並沒有保存在鏈上，而是由鏈下交易完成反饋給鏈上來完成，其資產的控制權出口發生了威脅，所以狀態通道不能算做是Layer2的真正解決方案。
2、側鏈
觀點：嚴格來說，側鏈並不是比較完美的Layer2解決方案。
和比特幣的側鏈工作原理一樣，以太坊的側鏈本質其實也是在主鏈外圍形成一個單獨的結算“央行”聯盟，將鏈上的交易行為映射到鏈下進行計算，然後將計算結果返還到鏈上；細節的描述方式由於比特幣的部分我們已經詳述，在這裡便不再贅述。側鏈的交易數據是不保存在鏈上的，交易結果是由鏈下返還到鏈上的，所以和狀態通道一樣其資本的控制權本質在鏈下，這動搖了Layer1的安全性問題的本質，而這個問題一直是側鏈被人詬病的一大難題，所以嚴格意義來說側鏈並不是Layer2比較完美的解決方案。
3、Plasma
觀點：一種特別的側鏈，但依然不是完美的Layer2解決方案。
2017年以太坊受lC0市場火熱的影響，通道擁堵體驗極差；在一次交流會，V神和Joseph Poon發表了一篇論文介紹了以太坊的一種第二層擴展方案，這就是Plasma。
Plasma曾是以太坊最熱門的側鏈解決方案，現在卻在逐漸走向衰落，其根本原因還是因為其資產的控制權在鏈下，動搖了本身主鏈的資產安全性問題。這一點依然是延續了側鏈的困境，也是我們依然認為Plasma不是完美的Layer2解決方案的原因。下面我就來剖析一下Plasma的工作原理，明確其優缺點：
Plasma的工作原理是在以太坊外先構建一條Plasma鏈，用戶將資產從以太坊上轉移至Plasma鏈，這個過程需要將主鏈資產發送至管理Plasma鏈的智能合約，該資產即可進入Plasma鏈中進行交互。每隔一段時間，Plasma鏈的操作者（驗證者、運營商或節點）就會對該時間段內Plasma鏈的交易進行一次批量處理並生成Merkle樹，相當於生成一個區塊。操作者會將Merkle樹的Merkle根（即計算的結果）返還給主鏈，另外還會將該Merkle樹中涉及某項資產交易的Merkle分支發送給該資產當前的所有者。
根據上面的工作原理，我們可以知道Plasma的幾個問題：
（1）退出周期比較長，因為資產要先從主鏈轉移到Plasma鏈上，Plasma鏈進行交易後生成區塊，然後返還給主鏈；當要推出時，需要先將資產從Plasma鏈上退出，這個過程需要很長的周期；一般是7-14天。
（2）Layer1的安全性問題無法從根本上解決，由於資產從主鏈上先需要轉移到Plasma鏈上，雖然驗證的方法使用了帶有獎勵機制的欺詐證明方式，但仍然不能從根本上解決資產安全性的問題。
（3）並沒有從根本上解決交易效率的問題，因為Plasma的工作機制是每隔一段時間一次批量處理並生成Merkle樹，那麼如果遇到極端的行情或者情況，大量的用戶在這個時間段內發起資產的提取操作，也就意味着大量的結果會發布到主鏈上，主鏈的擁堵問題仍然面臨巨大的壓力。因為從根本上來說Plasma並沒有解決交易效率本質的問題。
4、Rollups
由於Plasma方案存在無法解決資產安全性（數據可用性）等問題，所以逐漸走向沒落，而更具優越性的Rollup方案開始成為當前最受關注、最具落地價值的Layer 2方案。
Rollup的工作原理和Plasma很相似，但是兩者存在根本性的不同，是Plasma沒有解決資產的控制權問題，而Rollup解決了這個根本性的問題：
Plasma本質上是將計算和數據都轉移到鏈下（即將資產從以太坊的主鏈上轉移到了Plasma鏈上），由於Plasma返還給以太坊主鏈的是處理后的結果（即Merkle根），Merkle根是一個計算好的結果，沒有包含每一筆交易的信息。如果Plasma鏈操作者拒絕將底層的交易數據發給用戶，那麼就存在數據不可用的問題，進而影響資產的控制權問題和安全問題。
而Rollup方案是將鏈下大量的交易進行打包壓縮，然後將壓縮的數據發布到主鏈，所有發布到主鏈的壓縮數據中包含了每筆交易的基本信息，這就保證了數據的可用性（可驗證性），進而可以實現對操作者的免信任。實現了資產的可驗證性，進而實現了資產的控制權問題，但依然沒有完全解決資產的安全性問題。
由於Rollup的解決方案是通過返還壓縮數據包（包含每筆交易的基本信息）來驗證其交易的真實性問題，但是我們仍然不能保證每一個筆交易都是真實的，所以其依然存在中有一個核心的安全問題。
因此針對這個核心的問題，出現了三種不同的解決方案，但本質來說其實兩種方案，分別是基於「有效性證明」的ZK Rollup 、基於「欺詐證明」的Optimistic Rollup和基於多輪交互式「欺詐證明」的Arbitrum Rollup。
4.1 ZK Rollup
上文我們解釋了Rollup的工作原理，在這裡我們就不再贅述；我們直接剖析其本質的區別的是什麼？
ZKRollup的證明機制採用的是zk-SNARK或zk-STARK（“zero knowledge” 零知識簡潔無交互證明）技術。零知識證明是指證明者（操作者）能夠在不向驗證者提供任何有用的信息的情況下，使驗證者相信某個論斷是正確的。這種結果是經過數學方法驗證過的，不會出現差錯。即安全性得到了科學的保障，且由於不需要交互式欺詐證明，其轉款時間大大提高了。
但其缺點現在也很明顯，即由於Layer2返還Layer1的結果需要先進行運算證明，其由於zk-SNARK或zk-STARK的運算極其複雜，所以就需要一些運算能力更強的芯片（比如FPGAs或者 ASICs）進行支持。同時由於其技術運算比較複雜，就使得一些功能的擴展可能會受到一些限制，同時導致了成本較高的問題。
所以說ZK Rollup對通用型的智能合約（例如DeFi應用）的支持不友好，當前更適用於普通轉賬交易等應用場景。
4.2 Optimistic Rollup
Optimistic Rollup和ZK Rollup的差別在於，Optimistic Rollup採用的交互式欺詐證明的方式來進行安全性的保障，即當Layer2的計算結果返還Layer1的時候，當驗證者認為這個結果可能存在欺詐的行為時，驗證者發起挑戰，然後主鏈凍結資產，進行交易數據和記錄驗證，最後證明其是真實的交易還是欺詐的交易。而其他時候，當沒有驗證者懷疑這個結果的時候，主鏈默認這些結果都是真實的，所以這個技術被定義為人性本善的“樂觀-Optimistic”Rollup。
該技術優點是：功能擴展很容易；費用比較低。
缺點是：安全性低（沒有從根本保障資產的控制權問題，即資產的安全性受到了威脅）；資產會被凍結；退出周期長。
4.3 Arbitrum Rollup
Arbitrum同樣是採用欺詐證明，與Optimistic Rollup原理大致相同，主要的區別在於解決挑戰期內爭議的方式。
Optimistic Rollup採用單輪欺詐證明，在Rollup運行過程中，如果有人對操作者的批處理操作產生質疑併發起挑戰，那麼就會在主鏈上一次性模擬調用執行整個批處理的數據，以驗證是否存在欺詐。
而Arbitrum採用的是多輪欺詐證明，將規模大的爭議拆分成小的爭議，一步一步找到該項爭議在批處理中的具體位置，然後再通過主鏈上的智能合約執行該部分來確定它是否正確。也就是僅在以太坊主鏈中執行最關鍵的一步，而非執行整個批處理進行驗證。
多輪欺詐證明相比單輪欺詐證明，優點在於能夠減少主鏈上的工作量，消耗gas更低；缺點在於多輪驗證需要耗費更多的時間；兩者的本質可以歸結為解決爭議時的鏈上成本和時間成本之間的權衡。
Arbitrum的另外一個優點是可以完全兼容以太坊EVM，以太坊上的項目可以不修改任何代碼地部署至Arbitrum（遷移至Optimistic Rollup需要更改代碼），同時也可以使用MetaMask、Chainlink、Truffle等成熟的基礎設施服務。
5、Validium
Validium的機制與ZK Rollup非常相似，唯一的區別是ZK Rollup中的數據可用性是在鏈上的，而Validium則將其保持在鏈外。數據可用性存儲在鏈上限制了吞吐量——ZK Rollup在當前以太坊主網上有嚴格的使用上限——每秒2000筆交易（TPS），而使用Validium方案的StarkEx則是每秒9000筆。
優點是Validium獲得了更高的吞吐量，交易時間更快，功能的擴展性更強。
缺點是安全性低（資產的控制權沒有得到保障，資產的安全性問題不能滿足），資產會被凍結。
05.Layer2的技術對比以及發展格局預判
ETH2.0治本，Layer2治標，多技術解決方案融合共生，ZK Rollup是最佳解決方案，根據以上技術的分類剖析，我們對比了Layer2的解決方案。
通過對上面各項Layer2的解決方案剖析，我們發現沒有一個絕對完美的解決方案，因此我們依然認為最佳的解決方案仍然是ETH2.0的主鏈擴容方案，但這個技術升級依然需要很長的時間周期和技術人才的努力。
本質來說ETH2.0是治本的，Layer2是治標的。但是即便ETH2.0完成升級，Layer2也不是沒有空間，Layer2依然有它存在的生態位置，因為以太坊依然有他的功能擴展需求，更安全的資產應用場景需求等等；所以兩者是共生共存、相互補足的關係。
而Layer2的這些方案裡面，由於資產的控制權問題導致的安全性問題，使得很多Layer2的方案已經逐漸被淘汰，比如狀態通道和Plasma；而其他能夠滿足這個問題的方案也漸漸展現出了他們的生命力，比如Rollup的解決方案，其中Optimistic Rollup和Arbitrum是在目前的技術背景下最易實現的方案；但是其本質上依然沒有從根本上解決資產的安全性問題，所以我們認為而隨着零知識證明技術的進步，ZK Rollup則更有可能成為最終的Layer2方案。
當然在技術沒有完成迭代和以及商用成本考慮的多方面因素，我們認為各種Layer2的方案應該在相當長的一段時間內是融合共生存在的，正如當下的情況。
06.Layer2的格局和投資機會
用戶數和功能性能的綜合是市值高低的決定因素，ZK Rollup是未來最重要的發展方向。
從目前來看，主要項目裡面，Polygon是絕對的龍頭，是Layer2聚合平台，融合各家之長提供更加廣闊的使用場景。OMG擁有最多的用戶數據，但是由於其只有一個節點支撐運行，存在嚴重的中心化問題，所以市值也不是很高；同時我們看到ZKSwap雖然目前是用戶數最少的，但是由於其極致的用戶體驗和無Gas費的0成本優勢，使得其市值位居這些項目裡面的第二位。
同時我們也看到Polygon也在積極轉向ZK Rollup方向，說明未來Layer2的投資方向依然最看好ZK Rollup方面的機會。
另外，近期傳統領域對比特幣的共識越來越高，眾多傳統企業紛紛考慮支持比特幣支付，許多定位於加密支付的初創企業紛紛獲得巨額融資，比特幣的支付或許是比特幣進一步發展的一個方向，可以關注比特幣Layer2在解決支付問題方面的進展。
07.風險提示
監管政策不確定性。目前區塊鏈處於發展初期，全球各國對區塊鏈技術、項目融資和代幣的監管都存在一定不確定性，因此行業公司項目發展存在不確定性。
區塊鏈基礎設施開發不達預期。區塊鏈是解決供應鏈金融和數字身份中核心技術，目前區塊鏈基礎設施尚不能支撐高性能網絡部署，去中心化程度和安全都會對高性能存在一定的牽制，區塊鏈基礎設施存在開發不達預期的風險。
投機性風險廣泛存在。Layer2仍然處於發展早期，技術發展方向並沒有確定，同時市場參與者的不理性因素導致投機性的行為廣泛存在。
參考資料：
1、《深度丨曾經那些基於比特幣的“天王級”Layer2項目，現在如何了？》；
2、《通證通研究院_2018-12-07_區塊鏈技術引卷之二：擴容，解決區塊鏈的阿克琉斯之踵》
3、《五分鐘看懂Layer2起源、發展及未來》
4、《什麼是閃電網絡其工作原理是什麼》
5、《什麼是閃電網絡？閃電網絡有什麼意義？》
6、《一文帶你讀懂閃電網絡九大優缺點！》
7、《千層蛋糕：Layer-2 指南》
8、《[幣萌研究院] 主流 Layer 2 擴容方案盤點》
9、《以太坊：Layer2治表 ETH2.0治根》
10、《從Polygon思考Layer2的“未來之路”》
11、《如何使用Polygon進行應用擴展》
12、《波卡生態觀察丨深度探究波卡能給Layer2帶來什麼驚喜？》
13、《關於ETH2.0的思考》
其他參考文獻，列舉不詳，均值得參考和學習
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