在探索以太坊乃至更广阔的区块链世界时,你可能会频繁听到“L1”和“L2”这两个术语，它们代表了以太坊扩展性解决方案中的不同层级，对于理解以太坊如何应对日益增长的交易需求和提升用户体验至关重要，L1可以比作区块链世界的“主干高速公路”，而L2则是连接到这条主干道上的“本地道路”或“辅助车道”，旨在提高交通效率（即交易处理能力）。

以太坊L1：第一层，区块链的“主干道”

L1，即第一层（Layer 1），指的是以太坊本身的基础区块链网络。 它是以太坊生态的根基，负责保障整个网络的安全性、去中心化和最终性。

L1的核心特点与挑战：

  1. 安全性： L1通过其共识机制（目前是权益证明PoS，未来可能向分片等演进）来确保网络的安全，所有交易都由全节点验证，并由矿工/验证者打包成区块，这种高强度的安全性是以太坊信任的基石。
  2. 去中心化： 以太坊L1强调去中心化，任何人都可以运行节点、参与验证交易和打包区块，这降低了单点故障和操控的风险。
  3. 最终性： 一旦交易在L1上被确认并打包进区块，经过足够多的区块确认后，它就具有最终性，几乎不可逆转。
  4. 挑战：吞吐量有限和高交易成本。 以太坊L1虽然强大，但其每秒能处理的交易数量（TPS）相对有限（PoS后有所提升，但仍远低于传统支付系统），当网络拥堵时，交易费用（Gas费）会显著升高，这使得小额交易或高频应用变得不切实际。

以太坊L1的例子：

  • 以太坊主网（Mainnet）本身是最典型的L1。
  • 其他一些独立的区块链如比特币（Bitcoin）、波卡（Polkadot）的中继链（Relay Chain）等，也可以视为各自生态的L1。

以太坊L2：第二层，提升效率的“本地道路”

L2，即第二层（Layer 2），是构建在以太坊L1之上的扩展性解决方案。 它们并不试图改变L1的核心共识机制，而是通过将大量的计算和交易处理移至L2进行，从而减轻L1的负担，提高整体网络的吞吐量并降低交易成本。

L2的核心目标：

  1. 提高吞吐量（TPS）： L2可以显著提高每秒处理的交易数量，因为它们可以在自己的链或架构内快速处理交易。
  2. 降低交易成本： 由于大部分交易数据只需“提交”到L1，而非所有细节都在L1上执行，因此L2上的交易费用远低于直接在L1上进行交易。
  3. 保持安全性： L2的安全性最终依赖于下方的以太坊L1，即使L2节点作恶或出现问题，用户的资产和交易数据仍然受到L1的保护。
  4. 兼容性： 许多L2解决方案与以太坊虚拟机（EVM）兼容，这意味着现有的以太坊应用和开发者工具可以相对容易地迁移到L2上。

常见的L2解决方案类型：

  • 状态通道（State Channels）： 如雷电网络（Raiden Network）、Counterfactual，参与者先在L1上开启一个通道，然后在通道内进行高频、低成本的交易，只在通道关闭时将最终结果提交到L1。
  • 侧链（Sidechains）： 如Polygon PoS（虽然现在Polygon更强调多链生态，但其早期PoS链是一种侧链模式），侧链是与以太坊平行的区块链，有自己的共识机制，通过双向锚定与以太坊主网进行资产和通信。
  • Rollups（汇总）： 这是目前最受关注和最具扩展潜力的L2方案，Rollups将一批交易在L2上执行和计算，然后将交易数据和执行结果（“状态根”）压缩后“汇总”提交到L1上。
    • Optimistic Rollups（乐观汇总）： 假设交易是有效的，如果在挑战期内没有人提出异议，则交易被最终确认，如Arbitrum、Optimism。
    • ZK-Rollups（零知识汇总）： 使用零知识证明技术，证明L2上交易的执行是正确的，而不需要将所有交易数据都暴露在L1上，具有更高的安全性和更强的隐私性，如zkSync、StarkNet。

L2的例子：

  • Arbitrum
  • Optimism
  • zkSync
  • StarkNet
  • Polygon zkEVM
  • Base (由Coinbase开发，基于OP Stack)

L1与L2的关系：协同工作，共建以太坊生态

L1和L2并非替代关系,而是互补关系，它们协同工作，共同构建一个更强大、更高效、更易用的以太坊生态系统。

  • L1的角色： 作为最终的安全保障层和结算层，它确保所有L2提交的数据的真实性和不可篡改性，处理L2之间的跨链通信，并维护整个生态的统一状态。
  • L2的角色： 作为性能扩展层，它们专注于提供快速、低成本的交易体验，承载大规模的应用和用户活动，并将必要的最终结算和状态更新锚定到L1。

可以形象地比喻：以太坊L1如同国家的法律体系和主干交通网络（确保安全、制定规则、连接主要城市），而L2则像是各个城市的本地交通系统（地铁、公交），高效地服务于城市内部的日常出行，同时通过主干网络与外界连接。