区块链的Layer2赛道爆发，被公认为是重大的趋势。为何区块链需要分这么多层？用意有哪些？以及市场究竟怎么看Layer2的发展？本文有深度分析。
Layer2赛道大爆发！为何被视为重大趋势？
区块链的「Layer2」（第二层）赛道爆发，被币圈重要投资机构如a16z、Paradigm，公认为是今年（2023）重大的趋势之一。
从区块链Polygon、Optimism、Arbitrum，到最近当红的Base与Shibarium......等Layer 2解决方案，如雨后春笋般冒出。
加上预计今年底，以太坊坎昆升级即将登场，当中被视为最重要的升级提案「EIP - 4844」，更将直接影响Layer2发展，也让更多人普遍看好Layer2相关项目的发展。
究竟什么是Layer1、Layer2？以及市场究竟怎么看Layer2的发展？一起来认识。
Layer1：区块链架构的地基
Layer1指的是区块链架构的基础层，区块链就如同一本巨大的分散式帐本（DLT，Distributed Ledger Technology），由全世界的电脑节点，一起负责所有区块链上的交易记帐工作，这样可以确保区块链的「去中心化」，藉由分散式记帐同时，也能确保链上的「安全性」。
若以道路来做比喻，Layer1就像是最常见的平面道路，所有的车辆（交易）都可以在上面行驶，且Layer1可以在不需依赖其他外部系统、区块链的状况下，在原生的区块链上完成所有验证及执行交易。
最著名的Layer1区块链，包含区块链始祖比特币（Bitcoin）、以太坊（Ethereum），以及后来诞生的Solana、「Meta系」公链Aptos、Sui， 以及最近上线主网的Sei区块链。
认识Layer2前，必须搞懂的区块链「三难困境」
然而，Layer1区块链有著名的「区块链不可能三角问题」（ BlockchainTrilemma ），也被称为「三难困境」或「三难悖论」。
这个问题在2017年，由以太坊的创办人维塔利克·布特林（Vitalik Buterin）提出，他表示对多数区块链来说，很难同时满足「安全性」（Security）、「去中心化」（Decentralization）和「可扩展性」（Scalability）这三项特征，顶多只能同时满足两项。
在区块链中，「安全性」可透过节点数量多寡保障，只要节点越多，骇客要控制51%以上的节点，来达到控制整条区块链的难度就越高，区块链就越「去中心化」（Decentralization）。
一些联盟区块链则将「安全性」与节点绑定，节点全都是知道身份、且可信赖的验证者，但这类型的联盟链仍需要信任机制，与主打「去中心化」无需信任机制的区块链背道而驰。
「可扩展性」（Scalability）也可被视为，区块链网络在验证交易时的「效率」。
区块链网络每个区块的大小有限，因此交易需要被排列顺序，每次可以处理的交易量也有限；此外，区块链也仰赖各个节点间达到共识机制（consensus algorithm），来维持区块链的交易安全性，然而当节点越多，就需要花费越长的时间来达成节点间的共识。
因此要发展「可扩展性」，往往可能需要减少运作节点数量，进而牺牲「去中心化」及「安全性」。
解决「效率」问题！「链上扩容」及「链下扩容」诞生
在区块链技术发展初期，为保障「去中心化」及「安全性」，「可扩展性」（Scalability）是多数区块链最先取舍的特性。为方便理解，下文将以「效率」代替「可扩展性」进行进一步的讨论。
随着使用区块链的人数越来越多，处理交易速度的「效率」逐渐成为问题。
用以太坊为例，以太坊区块链目前每秒只能处理约15笔交易（15 TPS，Transactions per Second），因此当用户涌入以太坊时，容易造成以太坊「塞车」，过多的交易需要等待被处理，造成处理速度缓慢。
在以太坊上，所有的交易均须支付相对应的手续费（Gas Fee），Gas Fee的高低取决于交易的复杂程度、以及交易的完成速度，若想快点完成交易，就需要额外加付「过路费」，让交易提前被处理，也导致尖峰时段的手续费价格飙高，这就像是下大雨时叫计程车，可以透过加价让让叫车排序往前，可以更快媒合到车辆。
同样的问题在比特币也会发生，像是今年年初，在比特币上发行NFT的Ordinals协议爆红，让比特币出现手续费高涨、交易储利速度变缓慢的问题。
为了解决Layer1的「效率」不足，出现了「链上扩容」及「链下扩容」两种主要解决方案。
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「链上扩容」：又称「Layer1扩容」，指的是对Layer1本身进行技术升级，提高Layer1处理交易及数据的能力。如：以太坊基金会对以太坊进行的升级，都属与Layer1扩容。
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「链下扩容」：又称「Layer2扩容」，这类扩容方案主要目的，是在解决Layer1主网（mainnet）的负担。同样以以太坊为例，以太坊的Layer2扩容，指的是一套基于以太坊而建立的独立区块链，依靠以太坊网络来确保安全性。透过将交易移到以太坊外进行处理，再把最后的关键结果送回以太坊上进行结算，借此提高交易速度并降低成本。
由于Layer1扩容通常技术难度高，要对主网进行更动也需要社群共识，因此较为旷日费时，要进行升级的时间较长。
Layer2扩容方案则不需要更动到区块链主网，因此在技术升级上相对较有弹性，同时也受到Layer1安全性的保障，这些特性也造就了目前Layer2解决方案赛道百花齐放的现况。
Layer2：区块链主网的扩容方案
理论上而言，所有的Layer1均可以发展自己的Layer2扩容方案，像是「闪电网络」即为比特币的Layer2协议。
但目前除了比特币外，以太坊主网在「效率」上的问题比起其他Layer1区块链更多、使用量也更大，因此主流叙事所说的Layer2，多指以太坊的扩容方案。
先前的以太坊Layer2技术发展，大致可分为五个阶段。
- 状态通道（State Channels）
- 侧链（Sidechains）
- Plasma
- Rollup（打包）
- Validium
其中，最早期发展的技术分别为状态通道（State Channels）、侧链（Sidechains）、Plasma，三者目前均已没落，取而代之的是Layer2最被看好的新兴技术「Rollup」。
「Rollup」指的是将区块链上的数千笔交易数据打包压缩，再将压缩后的数据同步到以太坊上，因此有时也被翻译成「打包」，Rollup 技术主要有两大特点：
特点一：链下执行
和其他Layer2解决方案一样，Rollup同样代替以太坊，在另一个区块链上先处理完智慧合约后，再将数据回传到以太坊区块链上储存。
由于以太坊只需要做更少的工作，加上Rollup技术让以太坊最后需要储存的数据容量更小，因此可以加快交易的处理速度、并让交易的成本更低。
特点二：批量交易
Rollup还会把处理完的交易，批量打包压缩成「一笔」数据，再回传到以太坊上。因此对以太坊而言，在链上仅需要处理从Rollup区块链回传的「一笔」交易。
对使用者而言，每笔交易的成本被一起打包处理的其他交易分摊掉。
假设Rollup每次可以将100笔交易打包成一笔，而原来透过以太坊达成的每笔交易费用（Gas fee）是100元，使用Rollup后100元被平均分摊，所有的使用者只需支付1元的交易费用，藉由与其他交易一同摊销，来降低交易成本。
Rollup技术被以太坊创办人布特林，认为是解决以太坊扩容性问题的最佳解方。
今年年底预计发生的以太坊坎昆升级的多个项目中，提案EIP - 4844（Ethereum Improvement Proposal）也同被视为该次升级最重要的项目，升级过后也将直接利好Layer 2 Rollup赛道。
如何验证交易正确性？认识两种Rollup技术
目前市面上的主流Rollups技术有两种，分别是「Optimistic Rollups」与「Zk-Rollups」，两种的差异在于使用不同方法来验证「交易的正确性」。
技术一：Optimistic Rollups
和技术名称一样，Optimistic Rollups使用「乐观执行」机制，亦即先行假设所有交易结果是正确的，遇到错误时再向源头寻找错误交易。
藉由此种方式，可以减少区块链所需要验证的交易数量，节省大量的计算成本及时间。
Optimistic Rollups的机制，只负责把交易数据压缩打包到以太坊上，直到有人对交易产生质疑，才会从以太坊提出数据，从头回溯是否有交易不诚实的问题，这种验证方式也被称为「欺诈证明」（Fraud Proofs）。
目前的项目代表有今年发币的Arbitrum、OP Mainnet（前Optimism），以及Coinbase使用OP技术搭建的最新热门Layer2区块链Base。
技术二：ZK-Rollups
全名为「Zero Knowledge Rollups」，该项技术和Optimistic Rollups相同，会将交易打包处理后，再将结果回传到以太坊上储存。
不同的于Optimistic Rollups采用的乐观机制，并透过「欺诈证明」（Fraud Proofs）来验证交易的正确性。
ZK-Rollups 采用的则是「有效性证明」（Validity Proof），在ZK-Rollups的机制中，总是假设所有的交易结果都是错误的，所以会需要先进行验证，验证结果无误后，ZK -Rollups 才会先将打包后交易结果，发布到以太坊链上。
但ZK-Rollups最不同的是，因为所有的交易都会经过验证才被发布，因此ZK-Rollups发布在以太坊上的并不是交易数据本身，而是透过ZK-Rollup利用密码学打造的「零知识证明」（Zero Knowledge Proof）验证机制——「SNARKs」或「STARKs」产出证明文件后，再将该证明发布在以太坊上。
目前的项目代表有zkSync、StarkNet。不过，可以在证明资讯真实性的同时，维护用户隐私的ZK-Rollup虽然被认为是最完整、安全的机制，在技术上要实践却十分困难，目前仍在技术开发阶段，较少有实际应用。
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