截至2021年底，以太坊已经发展到可以支持来自去中心化金融、NFT、游戏等领域的数千个应用程序。整个网络每年结算数万亿美元的交易，超过1700亿美元被锁定在平台上。但与此同时，问题也随之而来。
以太坊的去中心化设计最终将其可以处理的交易量限制为每秒15笔。由于以太坊的受欢迎程度远远超过每秒15笔交易，这就导致以太坊的交易拥堵，以及Gas费的高昂。最终，这也让许多用户望而却步，并限制以太坊目前能够处理的应用程序类型。
如果基于智能合约的区块链想要成长为数十亿用户的金融和Web 3应用程序，就需要可扩展的解决方案。值得庆幸的是，现在的市场上已经出现了很多以太坊解决方案。本文将就目前市场上的以太坊解决方案进行深度分析和探讨。
以太坊解决方案的目标，是增加可公开访问的智能合约平台可处理的交易数量，同时保持足够的去中心化。请记住，通过由单个实体管理的中心化解决方案来扩展智能合约平台是微不足道的（Visa每秒可以处理45,000笔交易），但是我们马上就会回到起点：一个由少数强大的集中参与者拥有的世界。
解决这个问题的方法有两个：
建立与以太坊竞争的全新网络，可以处理更多的活动；
建立可以处理以太坊过剩容量的互补网络。
从广义上讲，它们分为几个类别：
Layer 1区块链（与以太坊竞争）；
侧链（部分与以太坊互补）；
Layer 2网络（完全与以太坊互补）。
虽然每个架构和方法都不同，但目标是相同的：让用户实际使用网络（例如，与DeFi、NFT等交互），而无需支付过高的费用或经历漫长的等待时间。
以太坊被认为是Layer 1区块链，一个独立的网络，可以在一个地方保护用户资金和执行交易。例如，在以太坊中，用户就可以使用Uniswap等DeFi应用程序将100 USDC换成DAI。
竞争的Layer 1可以完成以太坊所做的一切，但在一个全新的网络中却一言难尽。它们的区别在于新的系统设计可以实现更高的吞吐量，从而降低交易费用，但通常要以增加中心化为代价。
在过去的10个月里，新的Layer 1成群结队地上线。在同一时期内，这些网络的总价值从0美元飙升至750亿美元左右。该领域目前由Solana、Avalanche、Terra和Binance Smart Chain领导，每个都拥有不断增长的生态系统，价值已超过100亿美元。
由TVL引领的非以太坊Layer 1
所有Layer 1都在竞争以吸引开发人员和用户。在没有任何以太坊的工具和基础设施的情况下，可以轻松构建和使用应用程序，这是很困难的。为了弥补这一差距，许多Layer 1采用了一种称为EVM兼容性的策略。
EVM代表以太坊虚拟机，它本质上是执行计算以使交易发生的大脑。通过使他们的网络与EVM兼容，以太坊开发人员可以通过基本上复制和粘贴他们的代码，轻松地将他们现有的以太坊应用程序部署到新的Layer 1。用户还可以使用现有的钱包轻松访问与EVM兼容的Layer 1，从而使迁移变得简单。
以BSC为例。通过推出兼容EVM的网络并调整共识设计以实现更高的吞吐量和更便宜的交易，BSC在去年夏天见证了数十个DeFi应用程序的使用量激增，这些应用程序都类似于Uniswap和Curve等流行的以太坊应用程序。Avalanche、Fantom、Tron和Celo也采取了相同的方法。
相反，Terra和Solana目前不支持EVM兼容性。
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EVM兼容与非EVM兼容Layer 1的TVL
通常来说，Layer 1就代表着区块链生态系统，如Cosmos和Polkadot。这些项目不是构建新的独立区块链，而是构建标准，让开发人员创建能够相互通信的特定于应用程序的区块链。例如，这可以允许来自游戏区块链的代币在构建在用于社交网络的单独区块链上的应用程序中使用。
目前，使用Cosmos标准构建的链上有超过1000亿美元，最终可以互操作。与此同时，Polkadot最近也达到了一个里程碑，将同样统一其区块链生态系统。简而言之，现在以太坊的直接竞争对手呈现出多样化的格局，而且未来还会有更多。
侧链
侧链和新的Layer 1之间的区别无疑是一个模糊的区别。侧链与EVM兼容的Layer 1非常相似，不同之处在于它们专门用于处理以太坊的过剩容量，而不是与整个以太坊竞争。这些生态系统与以太坊社区紧密结合，并以互补的方式托管以太坊应用程序。
Axie Infinity的Ronin侧链就是一个很好的例子。Axie Infinity是一款最初建立在以太坊上的NFT游戏。由于以太坊高Gas费使玩游戏变得非常昂贵，因此Ronin侧链旨在允许用户将他们的NFT和代币从以太坊转移到低Gas费用环境。这使得更多用户可以负担得起该游戏，并推动了这款游戏的欢迎程度。
在撰写本文时，用户已经从以太坊转移了超过75亿美元到Ronin侧链来玩Axey Infinity。
Polygon POS
像Ronin这样的侧链是特定于应用程序的，而其他侧链则适用于更通用的应用程序。目前，Polygon的股权证明（POS）侧链是行业领导者，拥有近50亿美元的价值，部署了100多个DeFi和游戏应用程序，其中就包括Aave和Sushiswap，以及名为Uniswap的克隆版本Quickswap。
同样，Polygon POS与EVM兼容的Layer 1看起来确实没有什么不同。但是，它是作为扩展以太坊而不是与之竞争的框架的一部分而构建的。Polygon团队看到了未来，以太坊仍然是高价值交易和价值存储的主导区块链，而日常交易将转移到Polygon的低成本区块链。（Polygon POS 还通过一个称为检查点的过程与以太坊保持着一种特殊的关系）。
由于交易费用不到一分钱，Polygon的未来愿景看起来似乎是合理的。在激励计划的帮助下，用户纷纷涌向Polygon POS，其每日交易量超过了以太坊（尽管其中包括很多垃圾邮件交易）。
Layer 1和侧链都面临着一个明显的挑战，那就是确保其区块链的安全。为此，他们必须向新一批矿工或股权验证者支付费用，以验证和确保交易的安全，通常以基础代币的通货膨胀形式，例如Polygon的$MATIC、Avalanche的$AVAX。
然而，这也带来了显着的缺点：
拥有基础代币使得该生态网络具有了更多竞争力，而不是与以太坊互补；
验证和保护交易是一项复杂且具有挑战性的任务，该生态网络将无限期负责。
如果我们可以借鉴以太坊的安全性来创建可扩展的生态系统，这不是很好吗？
所以，接下来让我们一起进入Layer 2网络。
简而言之，Layer 2是位于以太坊之上的独立生态系统，其安全性依赖于以太坊。至关重要的是，Layer 2不需要具有原生代币，因此它们不仅与以太坊更具互补性，而且本质上是以太坊的一部分。以太坊路线图甚至通过表明以太坊2.0将“以Rollups为中心”来表达对这一想法的敬意。
Rollups的工作原理
Layer 2通常称为Rollups，因为它们在将更新的交易数据发送回以太坊之前，将交易“Rollups”或捆绑在一起并在新环境中执行它们。不是让以太坊网络单独处理1,000个Uniswap交易，而是在将结果提交回以太坊之前在Layer 2 Rollups上卸载计算。
然而，当结果被发布回以太坊时，以太坊如何知道数据是正确和有效的？以太坊如何防止任何人发布不正确的信息？这些关键问题区分了两种类型的Rollups：Optimistic Rollups和零知识Rollups(ZK-Rollups）。
Optimistic Rollups
当向以太坊提交结果时，Optimistic Rollups“乐观地”假设它们是有效的。换句话说，他们让Rollups的运营商发布他们想要的任何数据（包括可能不正确/欺诈的数据），并假设它是正确的，毫无疑问这是一个乐观的前景。
但打击欺诈还是有办法的。作为一种制衡，在任何提款之后都有一个时间窗口，任何人都可以在此指出欺诈（请记住，区块链是透明的，任何人都可以看到正在发生的事情）。如果这些观察者之一可以用数学方法证明欺诈发生（通过提交欺诈证明），Rollups将恢复任何欺诈交易并惩罚坏人并奖励观察者。
缺点是当你在Rollups和以太坊之间转移资金时会出现短暂的延迟，等待观察者是否发现任何欺诈行为。在某些情况下，这可能长达一周，但预计这些延迟会随着时间的推移而减少。
关键是Optimistic Rollups与以太坊有着内在的联系，并准备好帮助以太坊在今天扩展。因此，随着许多领先的DeFi项目转向领先的Optimistic Rollups，例如Arbitrum和Optimistic以太坊，让我们看到了强劲的初期增长。
Arbitrum与Optimistic以太坊
Arbitrum和Optimistic以太坊是当今实现Optimistic Rollups的两个主要项目。值得注意的是，两家公司都仍处于早期阶段，都保持集中控制的水平，但都计划随着时间的推移去中心化。
据估计，一旦成熟，Optimistic的Rollups可以将可扩展性提高10-100倍。即使在早期，Arbitrum和Optimism上的DeFi应用程序已经积累了数十亿的网络价值。
Optimistic主义在其采用曲线上较早，在7个DeFi应用程序中部署了超过3亿美元的TVL ，其中最著名的是Uniswap、Synthetix和1inch。
Arbitrum走得更远，在60多个应用程序（包括熟悉的DeFi协议，如Curve、Sushiswap和 Balancer）中的TVL约为25亿美元。
Arbitrum还被选为Reddit的首选扩展解决方案，因为他们期待已久的努力为社交媒体平台的5亿月活跃用户标记社区积分。
ZK-Rollups
Optimistic Rollups总假设交易是有效的，并为其他人提供了证明欺诈的空间，ZK-Rollups会实际向以太坊网络证明交易有效。
随着捆绑交易的结果，他们向以太坊智能合约提交所谓的有效性证明。顾名思义，有效性证明让以太坊网络验证交易是否有效，从而使中继者无法系统。这消除了对欺诈证明窗口的需要，因此在以太坊和ZK-Rollups之间转移资金是有效的即时操作。
虽然即时结算和无提款时间听起来很棒，但ZK-Rollups并非没有权衡。首先，生成有效性证明需要大量的计算，因此需要高性能的机器来让它们工作。其次，围绕有效性证明的复杂性使得支持EVM兼容性变得更加困难，限制了可以部署到ZK-Rollups的智能合约类型。因此，Optimistic Rollups最先推向市场，并且更有能力解决当今以太坊的扩展问题，但从长远来看，ZK-Rollups可能会成为更好的技术解决方案。
ZK-Rollups采用
ZK-Rollups的情况很深入，在工作和生产中有多个团队和实现。一些著名的参与者包括Starkware、Matter Labs、Hermez和Aztec。如今，ZK-Rollups主要支持相对简单的应用，例如支付或交易所（由于目前ZK-Rollups可以支持的应用类型受到限制）。例如，衍生品交易所 dYdX采用Starkware（StarkEx）的ZK-Rollups解决方案来支持每周近500万笔交易和10亿美元以上的 TVL。
然而，真正值得称赞的是ZK-Rollups解决方案，它与EVM完全兼容，因此能够支持流行的通用应用程序（如全套DeFi应用程序），而不会出现Optimistic Rollups的退出延迟。该领域的主要参与者是MatterLab的zkSync 2.0、Starkware的Starknet、Polygon Hermez的zkEVM和Polygon Miden，它们目前都在致力于主网发布。
许多业内人士（包括Vitalik）都在考虑将ZK-Rollups与以太坊2.0结合起来，作为扩展以太坊的长期解决方案，这主要是因为它们能够在不影响安全性或去中心化的情况下从根本上每秒处理数十万个交易。随着扩展以太坊的进程不断推进，即将推出的完全兼容EVM的ZK-Rollups将成为值得关注的关键问题之一。
从长远来看，如果智能合约平台要扩展到数十亿用户，这些扩展解决方案是必要的。然而，在短期内，这些解决方案可能会给用户和加密运营商带来重大挑战。从以太坊导航到这些网络需要使用跨链桥，这对用户来说很复杂并带有潜在风险。例如，几个跨链桥已经成为1亿美元以上的攻击目标。
更重要的是，多链世界碎片化打破了可组合性和流动性。考虑到Sushiswap目前已在 以太坊、BSC、Avalanche、Polygon和Arbitrum上实施。Sushiswap的流动性曾经集中在一个网络（以太坊）上，现在它分布在五个不同的网络中。
以太坊应用程序长期以来一直受益于可组合性，即以太坊上的Sushiswap与其他以太坊应用程序（如Aave或Compound）即插即用。随着应用程序扩展到新网络，在Layer 1/侧链/Layer2上实现的应用程序不再可与在另一层上实现的应用程序组合，从而限制了可用性并给用户和开发人员带来了挑战。
像Avalanche或Solana这样的新Layer 1会继续增长以与以太坊竞争吗？像Cosmos或Polkadot这样的区块链生态系统会激增吗？侧链会继续与以太坊和谐运行，承担其过剩的产能吗？还是与以太坊2.0相结合的Rollups会胜出？没有人可以肯定地说。
虽然未来充满不确定性，但感到安慰的是，每个人都可以有这么多聪明的团队致力于解决开放的、无许可的网络所面临的最具挑战性的问题。正如宽带最终帮助互联网支持YouTube和Uber 等一系列革命性应用程序一样，我们相信我们最终会以同样的眼光看待这些获胜的扩展解决方案。
来源：Coinbase
作者：Justin Mart、 Connor Dempsey
编译：陈一晚风
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