解決區塊鏈塞車問題！爆發的「Layer2」賽道是什麼？熱門項目有哪些

Layer2 賽道大爆發！為何被視為重大趨勢？

區塊鏈的「Layer2」（第二層）賽道爆發，被幣圈重要投資機構如 a16z、Paradigm，公認為是今年（2023）重大的趨勢之一。

從區塊鏈 Polygon、Optimism、Arbitrum，到最近當紅的 Base 與 Shibarium......等 Layer 2 解決方案，如雨後春筍般冒出。

加上預計今年底，以太坊坎昆升級即將登場，當中被視為最重要的升級提案「EIP - 4844」，更將直接影響 Layer2 發展，也讓更多人普遍看好 Layer2 相關項目的發展。

究竟什麼是 Layer1、Layer2？以及市場究竟怎麽看 Layer2 的發展？一起來認識。

Layer1：區塊鏈架構的地基

Layer1 指的是區塊鏈架構的基礎層，區塊鏈就如同一本巨大的分散式帳本（DLT，Distributed Ledger Technology），由全世界的電腦節點，一起負責所有區塊鏈上的交易記帳工作，這樣可以確保區塊鏈的「去中心化」，藉由分散式記帳同時，也能確保鏈上的「安全性」。

若以道路來做比喻，Layer1 就像是最常見的平面道路，所有的車輛（交易）都可以在上面行駛，且 Layer1 可以在不需依賴其他外部系統、區塊鏈的狀況下，在原生的區塊鏈上完成所有驗證及執行交易。

最著名的 Layer1 區塊鏈，包含區塊鏈始祖比特幣（Bitcoin）、以太坊（Ethereum），以及後來誕生的Solana、「Meta系」公鏈 Aptos、Sui， 以及最近上線主網的 Sei 區塊鏈。

認識Layer2前，必須搞懂的區塊鏈「三難困境」

然而，Layer1 區塊鏈有著名的「區塊鏈不可能三角問題」（ BlockchainTrilemma ），也被稱為「三難困境」或「三難悖論」。

這個問題在 2017 年，由以太坊的創辦人維塔利克·布特林（Vitalik Buterin）提出，他表示對多數區塊鏈來說，很難同時滿足「安全性」（Security）、「去中心化」（Decentralization）和「可擴展性」（Scalability）這三項特徵，頂多只能同時滿足兩項。

在區塊鏈中，「安全性」可透過節點數量多寡保障，只要節點越多，駭客要控制 51% 以上的節點，來達到控制整條區塊鏈的難度就越高，區塊鏈就越「去中心化」（Decentralization）。

一些聯盟區塊鏈則將「安全性」與節點綁定，節點全都是知道身份、且可信賴的驗證者，但這類型的聯盟鏈仍需要信任機制，與主打「去中心化」無需信任機制的區塊鏈背道而馳。

「可擴展性」（Scalability）也可被視為，區塊鏈網路在驗證交易時的「效率」。

區塊鏈網路每個區塊的大小有限，因此交易需要被排列順序，每次可以處理的交易量也有限；此外，區塊鏈也仰賴各個節點間達到共識機制（consensus algorithm），來維持區塊鏈的交易安全性，然而當節點越多，就需要花費越長的時間來達成節點間的共識。

因此要發展「可擴展性」，往往可能需要減少運作節點數量，進而犧牲「去中心化」及「安全性」。

解決「效率」問題！「鏈上擴容」及「鏈下擴容」誕生

在區塊鏈技術發展初期，為保障「去中心化」及「安全性」，「可擴展性」（Scalability）是多數區塊鏈最先取捨的特性。為方便理解，下文將以「效率」代替「可擴展性」進行進一步的討論。

隨著使用區塊鏈的人數越來越多，處理交易速度的「效率」逐漸成為問題。

用以太坊為例，以太坊區塊鏈目前每秒只能處理約 15 筆交易（15 TPS，Transactions per Second），因此當用戶湧入以太坊時，容易造成以太坊「塞車」，過多的交易需要等待被處理，造成處理速度緩慢。

在以太坊上，所有的交易均須支付相對應的手續費（Gas Fee），Gas Fee的高低取決於交易的複雜程度、以及交易的完成速度，若想快點完成交易，就需要額外加付「過路費」，讓交易提前被處理，也導致尖峰時段的手續費價格飆高，這就像是下大雨時叫計程車，可以透過加價讓讓叫車排序往前，可以更快媒合到車輛。

同樣的問題在比特幣也會發生，像是今年年初，在比特幣上發行NFT的Ordinals協議爆紅，讓比特幣出現手續費高漲、交易儲利速度變緩慢的問題。

為了解決Layer1的「效率」不足，出現了「鏈上擴容」及「鏈下擴容」兩種主要解決方案。

• 🔥「鏈上擴容」： 又稱「Layer1擴容」，指的是對Layer1本身進行技術升級，提高Layer1處理交易及數據的能力。如：以太坊基金會對以太坊進行的升級，都屬與Layer1擴容。
• 🔥「鏈下擴容」： 又稱「Layer2擴容」，這類擴容方案主要目的，是在解決Layer1主網（mainnet）的負擔。同樣以以太坊為例，以太坊的Layer2擴容，指的是一套基於以太坊而建立的獨立區塊鏈，依靠以太坊網路來確保安全性。透過將交易移到以太坊外進行處理，再把最後的關鍵結果送回以太坊上進行結算，藉此提高交易速度並降低成本。

由於Layer1擴容通常技術難度高，要對主網進行更動也需要社群共識，因此較為曠日費時，要進行升級的時間較長。

Layer2擴容方案則不需要更動到區塊鏈主網，因此在技術升級上相對較有彈性，同時也受到 Layer1安全性的保障，這些特性也造就了目前Layer2解決方案賽道百花齊放的現況。

Layer2：區塊鏈主網的擴容方案

理論上而言，所有的 Layer1 均可以發展自己的 Layer2 擴容方案，像是「閃電網路」即為比特幣的 Layer2 協議。

但目前除了比特幣外，以太坊主網在「效率」上的問題比起其他 Layer1 區塊鏈更多、使用量也更大， 因此主流敘事所說的 Layer2，多指以太坊的擴容方案。

先前的以太坊Layer2技術發展，大致可分為五個階段。

1. 狀態通道（State Channels）
2. 側鏈（Sidechains）
3. Plasma
4. Rollup（打包）
5. Validium

其中，最早期發展的技術分別為狀態通道（State Channels）、側鏈（Sidechains）、Plasma，三者目前均已沒落，取而代之的是 Layer2 最被看好的新興技術「Rollup」。

「Rollup」指的是將區塊鏈上的數千筆交易數據打包壓縮，再將壓縮後的數據同步到以太坊上，因此有時也被翻譯成「打包」，Rollup 技術主要有兩大特點：

特點一：鏈下執行

和其他 Layer2 解決方案一樣，Rollup 同樣代替以太坊，在另一個區塊鏈上先處理完智慧合約後，再將數據回傳到以太坊區塊鏈上儲存。

由於以太坊只需要做更少的工作，加上 Rollup 技術讓以太坊最後需要儲存的數據容量更小，因此可以加快交易的處理速度、並讓交易的成本更低。

特點二：批量交易

Rollup 還會把處理完的交易，批量打包壓縮成「一筆」數據，再回傳到以太坊上。因此對以太坊而言，在鏈上僅需要處理從 Rollup 區塊鏈回傳的「一筆」交易。

對使用者而言，每筆交易的成本被一起打包處理的其他交易分攤掉。

假設 Rollup 每次可以將 100 筆交易打包成一筆，而原來透過以太坊達成的每筆交易費用（Gas fee）是 100 元，使用 Rollup 後 100 元被平均分攤，所有的使用者只需支付 1 元的交易費用，藉由與其他交易一同攤銷，來降低交易成本。

Rollup 技術被以太坊創辦人布特林，認為是解決以太坊擴容性問題的最佳解方。

今年年底預計發生的以太坊坎昆升級的多個項目中，提案 EIP - 4844（Ethereum Improvement Proposal）也同被視為該次升級最重要的項目，升級過後也將直接利好 Layer 2 Rollup 賽道。

如何驗證交易正確性？認識兩種 Rollup 技術

目前市面上的主流 Rollups 技術有兩種，分別是「Optimistic Rollups」與「Zk-Rollups」，兩種的差異在於使用不同方法來驗證「交易的正確性」。

技術一：Optimistic Rollups

和技術名稱一樣，Optimistic Rollups 使用「樂觀執行」機制，亦即先行假設所有交易結果是正確的，遇到錯誤時再向源頭尋找錯誤交易。

藉由此種方式，可以減少區塊鏈所需要驗證的交易數量，節省大量的計算成本及時間。

Optimistic Rollups 的機制，只負責把交易數據壓縮打包到以太坊上，直到有人對交易產生質疑，才會從以太坊提出數據，從頭回溯是否有交易不誠實的問題，這種驗證方式也被稱為「欺詐證明」（Fraud Proofs）。

目前的項目代表有今年發幣的 Arbitrum、OP Mainnet（前Optimism），以及 Coinbase 使用 OP 技術搭建的最新熱門 Layer2 區塊鏈 Base。

技術二：ZK-Rollups

全名為「Zero Knowledge Rollups」，該項技術和 Optimistic Rollups 相同，會將交易打包處理後，再將結果回傳到以太坊上儲存。

不同的於 Optimistic Rollups 採用的樂觀機制，並透過「欺詐證明」（Fraud Proofs）來驗證交易的正確性。

「Rollup」指的是將區塊鏈上的數千筆交易數據打包壓縮，再將壓縮後的數據同步到以太坊上，因此有時也被翻譯成「打包」。

ZK-Rollups 採用的則是「有效性證明」（Validity Proof），在 ZK-Rollups 的機制中，總是假設所有的交易結果都是錯誤的，所以會需要先進行驗證，驗證結果無誤後，ZK-Rollups 才會先將打包後交易結果，發布到以太坊鏈上。

但ZK-Rollups最不同的是，因為所有的交易都會經過驗證才被發布，因此 ZK-Rollups 發布在以太坊上的並不是交易數據本身，而是透過 ZK-Rollup 利用密碼學打造的「零知識證明」（Zero Knowledge Proof）驗證機制——「SNARKs」或「STARKs」產出證明文件後，再將該證明發布在以太坊上。

目前的項目代表有 zkSync、StarkNet。不過，可以在證明資訊真實性的同時，維護用戶隱私的 ZK-Rollup 雖然被認為是最完整、安全的機制，在技術上要實踐卻十分困難，目前仍在技術開發階段，較少有實際應用。