Coinbase：以太坊需要什麼樣的擴容方案，才能承載數十億用戶

撰文：Justin Mart&Connor Dempsey    

編譯：Alex

原標題：《Coinbase：以太坊擴容方案解析》

截止2021 年底，以太坊已經發展到可以支持來自DeFi、NFT、GameFi等領域的數千個應用程序。整個網絡每年結算數萬億美元的交易，超過1700 億美元被鎖定在平台上。

但俗話說，錢多，問題多。以太坊的去中心化設計最終將其可以處理的交易量限制為每秒 15 筆。由於以太坊的受歡迎程度遠遠超過每秒 15 筆交易，結果是漫長的等待和每筆交易高達 200 美元的費用。最終，這會讓許多用戶望而卻步，並限制了以太坊今天可以處理的應用程序類型。

如果基於智能合約的區塊鏈不斷發展且足夠支持數十億用戶的金融和 Web 3 應用程序，則需要擴展解決方案。值得慶幸的是，“騎兵”已經在路上，許多提議的解決方案最近上線。

競爭還是互補？

目標是增加可公開訪問的智能合約平台可以處理的交易數量，同時保持足夠的去中心化。請記住，通過由單個實體管理的集中式解決方案來擴展智能合約平台是微不足道的（Visa 每秒可以處理 45,000 筆交易），但是我們馬上就會回到我們開始的地方：一個由少數人擁有的世界強大的中心化參與者。

解決這個問題的方法有兩個：（1）建立與以太坊競爭的全新網絡，可以處理更多的活動（2）建立可以處理以太坊過剩容量的互補網絡。

從廣義上講，它們分為幾個類別：

1）第 1 層區塊鏈（與以太坊競爭）

2）側鏈 （與以太坊部分互補）

3）第 2 層網絡（與以太坊互補）

雖然每個架構和方法都不同，但目標是相同的：讓用戶實際使用網絡（例如，與 DeFi、NFT 等交互），而無需支付過高的費用或經歷漫長的等待時間。

Layer 1s

以太坊被認為是第 1 層區塊鏈——一個獨立的網絡，可以在一個地方保護用戶資金和執行交易。想使用 Uniswap 等 DeFi 應用程序將 100 USDC 換成 DAI？以太坊是這一切發生的地方。

競爭的第 1 層可以完成以太坊所做的一切，但在一個全新的網絡中。它們的區別在於新的系統設計可以實現更高的吞吐量，從而降低交易費用，但通常以增加中心化為代價。

在過去的 10 個月里，新的第 1 層成群結隊地上線，這些網絡的總價值在同一時期從0 美元飆升至 75B 美元左右。該領域目前由 Solana、Avalanche、Terra 和 Binance Smart Chain 主導，每個鏈都擁有不斷增長的生態系統，價值已超過100 億美元。

TVL 領先的非 ETH L1

所有第 1 層都在競爭以吸引開發人員和用戶。在沒有任何以太坊的工具和基礎設施的情況下，可以輕鬆構建和使用應用程序，這是很困難的。為了彌補這一差距，許多第 1 層採用了一種稱為EVM 兼容性的策略。

EVM 代表以太坊虛擬機，它本質上是執行計算以使交易發生的大腦。通過使他們的網絡與 EVM 兼容，以太坊開發人員可以通過基本上複製和粘貼他們的代碼，輕鬆地將他們現有的以太坊應用程序部署到新的第 1 層。用戶還可以使用現有的錢包輕鬆訪問與 EVM 兼容的第 1 層，從而使遷移變得簡單。

以幣安智能鏈（BSC）為例。通過推出兼容 EVM 的網絡並調整共識設計以實現更高的吞吐量和更便宜的交易，BSC 在去年夏天見證了數十個 DeFi 應用程序的使用量激增，這些應用程序都類似於 Uniswap 和 Curve 等流行的以太坊應用程序。Avalanche、Fantom、Tron 和 Celo 也採取了相同的方法。相反，Terra 和 Solana 目前不支持 EVM 兼容性。

EVM 兼容與非 EVM 兼容 L1 的 TVL對比

互操作鏈

在略有不同的第 1 層存儲區中是區塊鏈生態系統，如 Cosmos 和 Polkadot。這些項目不是構建新的獨立區塊鏈，而是構建標準，讓開發人員創建能夠相互通信的特定於應用程序的區塊鏈。例如，這可以允許來自遊戲區塊鏈的代幣在構建在用於社交網絡的單獨區塊鏈上的應用程序中使用。

目前，使用 Cosmos 標準構建的鏈上有超過100B美元，最終可以互操作。與此同時，Polkadot 最近達到了一個里程碑，同樣將統一其區塊鏈生態系統。

簡而言之，現在以太坊的直接競爭對手呈現出多樣化的格局，而且未來還會有更多。

側鏈

側鏈和新的第 1 層之間的區別無疑是一個模糊的區別。側鏈與 EVM 兼容的第 1 層非常相似，不同之處在於它們專門用於處理以太坊的過剩容量，而不是與整個以太坊競爭。這些生態系統與以太坊社區緊密結合，並以互補的方式託管以太坊應用程序。

Axie Ifinity的Ronin 側鏈就是一個很好的例子。Axie Infinity 是一款最初建立在以太坊上的 NFT 遊戲。由於以太坊費用使玩遊戲變得非常昂貴，因此 Ronin 側鏈旨在允許用戶將他們的 NFT 和代幣從以太坊轉移到低費用環境。這使得更多用戶可以負擔得起該遊戲，並在遊戲的受歡迎程度爆發之前。

在撰寫本文時，用戶已將超過7.5B美元從以太坊轉移到 Ronin 來玩 Axie Infinity。

Polygon POS

像 Ronin 這樣的側鏈是特定於應用程序的，而其他側鏈則適用於更通用的應用程序。目前，Polygon 的權益證明 (POS) 側鏈是行業領導者，其價值近5B美元，部署了100多個DeFi 和遊戲應用程序，包括熟悉的名稱，如 Aave 和 Sushiswap，以及名為 Quickswap 的 Uniswap 克隆。

同樣，Polygon POS 與 EVM 兼容的第 1 層看起來確實沒有什麼不同。但是，它是作為擴展以太坊而不是與之競爭的框架的一部分而構建的。Polygon 團隊看到了未來，以太坊仍然是高價值交易和價值存儲的主導區塊鏈，而日常交易將轉移到 Polygon 的低成本區塊鏈。（Polygon POS 還通過檢查點點過程與以太坊保持特殊關係）。

由於交易費用不到一分錢，Polygon 的未來願景看起來似乎是合理的。在激勵計劃的幫助下，用戶紛紛湧向 Polygon POS，其每日交易量超過了以太坊（儘管垃圾郵件交易誇大了這個數字）。

Layer 2s (Rollups)

第 1 層和側鏈都有一個明顯的挑戰：保護他們的區塊鏈。為此，他們必須支付一組新的礦工或權益證明驗證器來驗證和保護交易，通常以基礎代幣（例如Polygon$MATIC、Avalanche 的 $AVAX）的通貨膨脹形式進行。

然而，這帶來了顯着的缺點：

1）擁有基礎代幣自然會使您的生態系統更具競爭力，而不是與以太坊互補

2）驗證和保護交易是一項複雜且具有挑戰性的任務，您的網絡將無限期負責

如果我們可以創建借鑒以太坊安全性的可擴展生態系統，這不是很好嗎？進入第 2 層網絡，尤其是“匯總”。簡而言之，第 2 層是位於以太坊之上的獨立生態系統，其安全性依賴於以太坊。

至關重要的是，這意味着第 2 層不需要具有原生代幣——因此它們不僅與以太坊更具互補性，而且本質上是以太坊的一部分。以太坊路線圖甚至通過表明以太坊 2.0 將“以rollups為中心”來表達對這一想法的敬意。

Rollups 的工作原理

第 2 層通常稱為 rollups，因為它們在將更新的交易數據發送回以太坊之前，將交易“匯總”或捆綁在一起並在新環境中執行它們。不是讓以太坊網絡單獨處理 1,000 個 Uniswap 交易（昂貴！），而是在將結果提交回以太坊之前在第 2 層匯總上卸載計算（便宜！）。

然而，當結果發回以太坊時，以太坊如何知道數據是正確和有效的？以太坊如何防止任何人發布錯誤信息？這些是區分兩種類型匯總的關鍵問題：Optimistic rollups和 ZK rollups。

Optimistic rollups

當將結果提交回以太坊時，Optimistic rollups“樂觀地”假設它們是有效的。換句話說，他們讓rollups的運營商發布他們想要的任何數據（包括可能不正確/欺詐的數據），並假設它是正確的——毫無疑問是樂觀的前景！但是有一些方法可以打擊欺詐。作為一種制衡，在任何提款之後都有一個時間窗口，任何人都可以在此指出欺詐（請記住，區塊鏈是透明的，任何人都可以看到正在發生的事情）。如果這些觀察者之一可以用數學方法證明欺詐發生（通過提交欺詐證明），rollups將恢復任何欺詐交易並懲罰壞人並獎勵觀察者（一個聰明的激勵系統！）。

缺點是當你在rollups和以太坊之間轉移資金時會出現短暫的延遲，等待觀察者是否發現任何欺詐行為。在某些情況下，這可能長達一周，但我們預計這些延遲會隨着時間的推移而減少。

關鍵是optimistic rollups與ETH有着內在的聯繫，並準備好幫助以太坊在今天擴展。因此，隨着許多領先的 DeFi 項目轉向領先的optimistic rollups——Arbitrum and Opimistic Ethereum，我們看到了強勁的新生增長。

Arbitrum & Optimistic Ethereum

Arbitrum（由 Off-chain Labs 提供）和 Optimistic Ethereum（由 Optimism 提供）是當今實現optimistic rollups的兩個主要項目。值得注意的是，兩者都仍處於早期階段，兩家公司都保持集中控制的水平，但計劃隨着時間的推移去中心化。

據估計，一旦成熟，Optimistic Rollups可以將可擴展性提高10-100倍。即使在早期，Arbitrum 和 Optimism 上的 DeFi 應用程序已經積累了數十億的網絡價值。

Optimism在其採用曲線上較早，在7個deFi應用程序中部署了超過 3 億美元的 TVL ，其中最著名的是 Uniswap、Synthetix 和 1inch。

Arbitrum 走得更遠，在60多個應用程序（包括熟悉的 DeFi 協議，如 Curve、Sushiswap 和 Balancer）中的 TVL 約為 2.5B 美元。

Arbitrum 還被選為Reddit首選擴展解決方案，因為他們期待已久的努力為社交媒體平台的 5 億月活躍用戶標記社區積分。

ZK Rollups

在optimistic rollups假設交易有效並為其他人證明欺詐留出空間的情況下，ZK rollups會實際向以太坊網絡證明交易有效。

隨着捆綁交易的結果，他們向以太坊智能合約提交所謂的有效性證明。顧名思義，有效性證明讓以太坊網絡驗證交易是否有效，從而使中繼者無法欺騙系統。這消除了對欺詐證明窗口的需要，因此在以太坊和 ZK rollups 之間轉移資金實際上是即時的。

雖然即時結算和無提款時間聽起來很棒，但 ZK rollups並非沒有權衡。首先，生成有效性證明是計算密集型的，因此您需要高性能的機器來使它們工作。其次，圍繞有效性證明的複雜性使得支持 EVM 兼容性變得更加困難，限制了可以部署到 ZK rollups 的智能合約類型。因此，optimistic rollups最先推向市場，並且更有能力解決當今以太坊的擴展問題，但從長遠來看，ZK rollups可能會成為更好的技術解決方案。

ZK Rollups的採用

ZK rollups 環境深入，在工作和生產中有多個團隊和實現。一些著名的參與者包括Starkware、Matter Labs、Hermez和Aztec。如今，ZK rollups 主要支持相對簡單的應用，例如支付或交易所（由於目前 ZK rollups可以支持的應用類型受到限制）。例如，衍生品交易所 dYdX 採用 Starkware (StarkEx) 的 ZK rollups 解決方案來支持每周近500萬筆交易和 1B 美元以上的 TVL。

然而，真正的獎勵是 ZK rollups解決方案，它與 EVM 完全兼容，因此能夠支持流行的通用應用程序（如全套 DeFi 應用程序），而不會出現optimistic rollups的退出延遲。該領域的主要參與者是 MatterLab 的 zkSync 2.0、Starkware 的 Starknet、Polygon Hermez 的 zkEVM 和 Polygon Miden，它們目前都在致力於主網上線。（與此同時，Aztec 專註於將 zk 證明應用於隱私）。

許多業內人士（包括Vitalik）的結合復仇2.0為望着ZK匯總的長期解決方案縮放復仇，主要是從自己的能力所產生，從根本上處理成千上萬的每秒事務不會危及安全或下放.The隨着擴展以太坊的進程不斷推進，即將推出的完全兼容 EVM 的  ZK rollups將成為值得關注的關鍵事項之一。

碎片化的世界

從長遠來看，如果智能合約平台要擴展到數十億用戶，這些擴展解決方案是必要的。然而，在短期內，這些解決方案可能會給用戶和加密運營商帶來重大挑戰。從以太坊導航到這些網絡需要使用跨鏈橋，這對用戶來說很複雜並帶有潛在風險。例如，幾個跨鏈橋已經成為100多萬美元攻擊的目標。

更重要的是，多鏈世界碎片化了可組合性和流動性。考慮到 Sushiswap 目前已在 Ethereum、Binance Smart Chain、Avalanche、Polygon 和 Arbitrum 上實施。Sushiswap 的流動性曾經集中在一個網絡（以太坊）上，現在它分佈在五個不同的網絡中。

以太坊應用程序長期以來一直受益於可組合性——即以太坊上的 Sushiswap 與其他以太坊應用程序（如 Aave 或 Compound）即插即用。隨着應用程序擴展到新網絡，在第 1 層/側鏈/第 2 層上實現的應用程序不再可與在另一層上實現的應用程序組合，從而限制了可用性並給用戶和開發人員帶來了挑戰。

不確定的未來

像 Avalanche 或 Solana 這樣的新第一層會繼續增長以與以太坊競爭嗎？像 Cosmos 或 Polkadot 這樣的區塊鏈生態系統會激增嗎？側鏈會繼續與以太坊和諧運行，承擔其過剩的產能嗎？還是與以太坊 2.0 相結合的rollups會勝出？沒有人可以肯定地說。

雖然未來充滿不確定性，但每個人都可以從有這麼多智能團隊致力於解決開放、無許可網絡面臨的最具挑戰性的問題的知識中獲得安慰。正如寬帶最終幫助互聯網支持 YouTube 和 Uber 等一系列革命性應用程序一樣，我們相信我們最終會以同樣的眼光看待獲勝的擴展解決方案。