以太坊，作为智能合约和去中心化应用（DApps）的领军平台，其强大的生态系统和创新活力有目共睹，随着用户数量的激增和DApp复杂度的提升，以太坊主网面临着日益严峻的“可扩展性三难困境”——如何在去中心化、安全性和可扩展性之间取得平衡，高昂的 gas 费用和缓慢的交易确认速度，一度成为制约以太坊进一步普及的瓶颈，正是在这一背景下，以太坊二层（Layer 2，简称L2）扩容方案应运而生，基于以太坊主网构建的二层公链（或称Layer 2 Rollup公链）正成为解决以太坊扩容难题的关键力量，引领着一场“扩容革命”。

以太坊的“心病”：可扩展性瓶颈

以太坊主网采用PoW共识机制（未来将转向PoS），其交易处理能力（TPS）相对有限，每秒仅能处理约15笔交易左右，在DeFi热潮、NFT爆发以及日常高频交易场景下，网络拥堵、gas费飙升成为常态，这不仅提升了用户使用DApp的成本，也限制了DApp开发者对复杂应用的创新探索，为了打破这一瓶颈，以太坊社区提出了多种扩容方案，其中二层方案被寄予厚望，因为它在继承以太坊主网安全性的前提下,有望大幅提升交易处理速度并降低成本。

什么是以太坊二层公链？

以太坊二层公链，本质上是在以太坊主网（Layer 1）之上构建的一套独立的区块链网络，它们通过将大量计算和交易处理从主网转移到自身，从而减轻主网的负担，提高整体系统的吞吐量，Layer 1负责最终的安全性、数据可用性和共识，而Layer 2则负责高效地执行交易。

主流的二层技术架构主要包括Optimistic Rollup（乐观汇总）和ZK-Rollup（零知识汇总）。

  1. Optimistic Rollup（乐观汇总）：其核心思想是“假设所有交易都是合法的，除非有人提出欺诈证明”，它将一批交易打包后，将交易数据和状态根提交到以太坊主网，如果在一定时间内没有人提交欺诈证明证明交易有误，则该批交易被最终确认，Optimistic Rollup兼容以太坊虚拟机（EVM），意味着现有的以太坊DApp可以相对容易地迁移过来，代表项目有Arbitrum、Optimism等。
  2. ZK-Rollup（零知识汇总）：它利用零知识证明（ZKP）技术，将一批交易的计算过程压缩成一个证明，并将这个证明以及少量数据提交到以太坊主网，主网通过验证这个证明来确认交易的有效性，而无需重新执行所有交易，ZK-Rollup通常能提供更高的安全性和更快的最终性，但技术实现更复杂，且对EVM的兼容性正在逐步改进中，代表项目有StarkNet、zkSync、Polygon Zero（Hermez）等。

这些基于Rollup技术的二层网络，往往以“公链”的形态独立存在和运行，拥有自己的代币经济学、治理机制和开发者社区，但它们的安全最终锚定在以太坊主网上，因此被称为“以太坊的二层公链”。

二层公链的核心优势

以太坊二层公链之所以备受关注,主要得益于其以下核心优势：

  1. 极高的可扩展性：通过批量处理和交易压缩，二层公链可以将TPS提升数十倍甚至上百倍,有效解决主网的拥堵问题。
  2. 显著降低交易成本：由于大部分计算和存储都在二层进行，仅需将少量数据提交到主网，用户的gas费用可以大幅降低,有时甚至降至主网的百分之一以下。
  3. 保持与以太坊主网的安全性：二层公链的安全性依赖于以太坊主网的算力，即使某个二层网络发生恶意行为，攻击者也需要攻击以太坊主网才能得逞，这在经济上是极其困难的,因此继承了主网的高安全性。
  4. 快速的交易确认：二层公链的交易确认时间可以缩短到几秒钟,极大改善了用户体验。
  5. EVM兼容性与生态延续性：许多二层公链选择兼容EVM，这意味着以太坊上的开发者可以无需修改或只需少量修改代码即可将其DApp部署到二层，用户也可以使用原有的钱包和工具，大大降低了迁移成本,促进了生态的平滑过渡和扩展。

主流二层公链概览与生态发展

以太坊二层公链赛道已经涌现出一批优秀项目，它们在技术路径、性能特点和生态建设上各有千秋：

  • Optimism (OP)：较早推出的Optimistic Rollup，以其简洁的设计和对以太坊生态的友好性著称,在DeFi和基础设施领域布局广泛。
  • Arbitrum (ARB)：同样采用Optimistic Rollup，以其卓越的性能和强大的开发者支持，吸引了大量知名DApp项目部署,生态增长迅速。
  • StarkNet (STRK)：基于ZK-Rollup的先驱，采用STARK证明技术，具有强大的可扩展性和隐私保护潜力,正逐步构建自己的应用生态。
  • zkSync (ZK)：另一款备受瞩目的ZK-Rollup项目，致力于实现EVM的完全兼容，并推出了更高效的zkEVM,吸引了许多开发者的关注。
  • Polygon (MATIC/POL)：虽然Polygon本身是一个多链生态系统，但其Polygon PoS（现转型为Polygon zkEVM等）和专注于二层的解决方案,也为以太坊扩容做出了重要贡献。

这些二层公链正在积极构建自己的生态系统，涵盖DeFi、NFT、GameFi、社交、基础设施等多个领域,形成了与以太坊主网互补且相互促进的繁荣景象。

挑战与未来展望

尽管以太坊二层公链前景广阔,但仍面临一些挑战：

  • 技术复杂性：特别是ZK-Rollup的零知识证明生成和验证仍需消耗较多计算资源,技术门槛较高。
  • 用户体验：跨链交互、钱包支持、错误处理等方面的用户体验仍有提升空间。
  • 代币经济学与治理：各二层公链的代币模型如何与以太坊主网及自身生态形成良性互动，治理结构的有效性等,都是长期课题。
  • 互操作性：未来不同二层网络之间的资产和通信如何高效互通,也是一个需要解决的问题。