如果在过去一年左右一直关注区块链行业，我相信曾经听说过以太坊“合并”或L 2解决方案。但是，这些都是相当技术性的概念，因此可能对它们视而不见。在这篇文章中，我希望改变这一点，并提供一个更易于理解的概述，说明这些东西实际上是什么，以及它们在未来如何相互关联。
以太坊的当前结构
就上下文而言，了解以太坊当前结构及其现有扩展问题的一些背景知识会有所帮助。 对于那些不太熟悉的人来说，最简单的以太坊区块链是一个分布式的公共分类账。 将其视为一个大型的开源操作系统（或全球计算机），人们在其中公开构建和交易，而不需要集中的权威。
以太坊区块（和拥塞）解释
以太坊网络上发生的任何交易都通过“区块”记录。例如，如果我想通过以太坊网络向交易对手发送代币，则该交易将被包含在一个区块中，以便在发送之前获得批准。每个区块通常由来自不同人的大量交易组成，例如这样的交易。一旦一个区块被网络接受，它就会链接到先前接受的区块（在数据链中），并且该区块内的所有交易都会通过。 区块确认交易的确切时间和顺序，并安全地链接在一起，以防止任何区块被更改或在两个现有区块之间插入区块——因此“区块链”具有防篡改和不可变的性质。
当我们开始探索区块的审批流程时，事情会变得有点复杂。每个区块都由以太坊网络上的“矿工”拼凑（或开采），交易者向他们支付一定数量的“gas”。将gas视为交易费用或计算交易的成本。出于本文的目的，我不会详细说明为什么以太坊网络当前需要gas，但对于那些好奇的人，这里有一个易于理解的概述。
每个区块的大小最终决定了网络上一次可以发生多少交易，由网络的区块气体限制决定。在撰写本文时，以太坊区块的平均大小为3000万单位gas。换句话说，在撰写本文时，一个区块只有在其中所有交易消耗的总gas少于3000万单位时才有效。 这意味着如果网络繁忙，并非所有待处理的交易都可以在一个块中结束（因为每笔交易都需要gas并且会超过限制），并且网络变得拥塞和备份。
以太坊平均gas限制图表显示了以太坊网络的历史每日平均gas限制（2016年至今）。请注意，与最大区块大小为1MB的比特币不同，以太坊在技术上没有最大区块大小（矿工可以集体增加或减少以太坊的区块gas限制）。然而，限制每个区块消耗的gas有助于管理以太坊区块链的增长以及运营矿工或节点的成本。结果，施加了限制。图片来源：Etherscan
简而言之，这种拥塞是当前以太坊网络如何努力扩展的一个例子。“合并”是以太坊2.0的一部分，旨在提高网络的速度、效率和可扩展性，以便它可以避免瓶颈并同时处理更多交易。当前的网络每秒可以处理大约30笔交易，而以太坊 2.0 承诺每秒最多可以处理100,000笔交易。请参阅关于合并和以太坊2.0的下一部分，了解这种改进是如何实现的。
合并/以太坊2.0
以太坊2.0升级是对以太坊区块链的多阶段升级，旨在通过对网络基础设施的多项更改来提高网络的可扩展性和安全性——最值得注意的是，通过从工作量证明转换（PoW) 共识机制到权益证明 (PoS) 模型。关于模型之间区别的更多细节将很快出现。
首先，值得注意的是，Merge并不是推动以太坊2.0升级的唯一事件。升级由多个部分组成，合并是其中之一（尽管很重要）。请参阅下文，了解三个主要组件的概述——(i) 信标链升级，(ii) 合并，以及 (iii) 分片。从技术上讲，还涉及更多部分，但这些是相对较小的升级，旨在确保网络平稳运行，并将与其他部分并行实施。
推动以太坊2.0升级的三个主要组件。图片来源：Ethereum.org
这些组件中的每一个都是将以太坊网络转换为PoS模型的过程中的一个不同部分。信标链于2020年12月1日首次推出，并向以太坊生态系统引入了权益证明。该链作为单独的区块链存在，目前不处理以太坊主网（“主网络”的缩写）上的交易。 然而，很快信标链将与主网合并，成为所有以太坊网络数据的共识引擎，包括执行层交易。正式转向使用信标链（股权证明）作为以太坊区块生产的引擎就是Merge所代表的。请参阅上图以获得良好的视觉表示。
“让我们考虑一个类比。想象一下以太坊是一艘尚未准备好进行星际航行的宇宙飞船。 通过信标链，社区构建了一个新引擎和一个坚固的外壳。经过大量测试后，几乎是时候为旧的中途热交换新引擎了。这将把新的、更高效的引擎合并到现有的飞船中，准备好投入一些严肃的光年并接管宇宙。”
— Ethereum.org对Merge的类比，其中新引擎是信标链（权益证明），旧引擎是工作量证明，而宇宙飞船是以太坊
以太坊2.0升级的第三个主要组成部分是分片链，它将在扩展以太坊网络中发挥关键作用。许多人普遍存在的一个误解是，以太坊网络将在合并后立即扩展并变得更加高效。 然而，直到引入分片（预计将在2023年的某个时候实施），直到这些缩放效应中的大部分开始发挥作用。
分片基本上将以太坊的整个网络分成更小的部分，称为“分片”，以提高网络的可扩展性。分片链不是在单个区块链上解决所有操作，而是将这些操作横向分布在64个新/迷你区块链上。通过分配负载，每个验证者将不再需要处理整个网络中的所有交易。与现有的工作量证明模型相比，这既可以减少网络拥塞，又可以增加网络每秒的交易量。
以太坊分片版本的众多描述之一（Hsiao-Wei Wang的原始图表，Quantstamp设计）。图片取自Vitalik Buterin网站上的一篇文章。
工作量证明 (PoW) 与权益证明 (PoS)
迄今为止，以太坊网络已通过工作量证明得到保护。该模型较早引入，除其他功能外，还包括用于验证区块的矿工。 然而，在合并之后，挖矿（工作量证明）将不再是在以太坊网络上产生有效区块的手段。相反，信标链的权益证明验证者承担了这个角色，并将负责处理所有交易的有效性并提出向前推进的区块。
PoS模型与PoW模型有何不同？简而言之，以太坊的所有者没有让矿工验证区块，而是将他们的以太币投入到以太坊上的智能合约中。正是这些质押者（也称为验证者）负责检查通过网络传播的新块是否有效。
为什么要转向PoS模型？有几个原因。 其中最主要的是该模型对分片更安全，如上所述，这将在扩展以太坊网络中发挥关键作用。
可能还记得，分片将网络分解为多个部分。尽管这种结构可以提高可扩展性，但它也使网络中的任何特定分片更容易受到攻击（有关更多上下文，请参阅 51% 攻击）。攻击网络中的任何特定分片（类似于迷你区块链）只需要累积一部分哈希率，否则需要控制没有实施分片的整个区块链。此外，通过PoW，矿工可以具体选择要攻击的分片（从技术上讲，他们可以选择哪些分片来贡献他们的哈希算力）。因此，PoW矿工可能会勾结并专注于单个分片以取得控制权。如果矿工要接管分片中的大多数区块生产者，他们就可以操纵它并冒着破坏网络的风险。使用PoS，通过不允许验证者选择他们想要处理的分片的能力来减轻大部分风险。相反，验证者被随机分配到各个分片，这减少了质押者之间勾结的机会。
“值得一提的是，验证者在分片之间非常频繁地重新洗牌（甚至可能每个块一次），因此实际上很难“针对”一个特定的分片进行攻击。这是分片在打破三难困境方面至少在理论上取得成功的很大一部分原因。” ——Vitalik Buterin在2018年谈权益证明如何帮助缓解分片带来的安全漏洞。
与工作量证明共识机制相比，权益证明模型还旨在减少能源密集度、更分散和更安全。
- 能源消耗——PoS有效地替代了计算能力的质押。 不再需要在工作量证明计算上使用大量能量来进行挖掘，这会留下更大的足迹。
- 去中心化——PoS模型通常需要更多的计算机和网络参与者（即节点）来审查和批准交易，使其比PoW模型更加去中心化。
- 安全性——除了PoS通过分片更好地防御51%的攻击（前面解释过）之外，该模型还提供了对验证者攻击的更大抑制。这主要是因为保护PoS网络的验证者必须在协议中投入大量ETH（截至撰写时为32 ETH）。如果这些验证者试图攻击网络或行为不诚实，协议可以自动销毁他们质押的ETH。
以太坊2.0在可扩展性方面有着崇高的目标。但是，距离这些升级完全生效还有一段时间。与此同时，以太坊网络有没有办法扩展？进入L2解决方案，这将在接下来讨论。
L2解决方案简介
扩展区块链的主要目标是在不牺牲去中心化或安全性的情况下提高交易速度（更快的最终确定性）和交易吞吐量（每秒高交易量）。在高层次上，以两种方式考虑扩展是有帮助的——链上扩展和链下扩展。
链上扩展（“L1”）
链上扩展涉及对L1网络的更改或升级。在以太坊的情况下，这将指对以太坊主网的更改，这是在网络上处理和完成交易的地方。还有许多其他的L1，包括Solana、Cardano和Avalanche，每个都有自己独特的特征和目的。
Solana、Cardano和Avalanche是其他流行的L1的示例。图片来源：分析洞察
对L1进行改进可能是一个极其复杂的过程，通常需要大量工作。由于技术限制，某些更改或升级甚至几乎是不可能的。以以太坊升级到PoS为例，它经过了多年的发展，尚未完成。
鉴于这些复杂性，链下扩展已成为扩展网络的另一种方式。
链下扩展（“L2”）
与链上扩展相比，发生在链下的扩展不需要对L1网络进行任何更改。 这些解决方案构建在现有的L1之上或旁边，例如以太坊，并作为交易和流程可以独立于主网络发生的地方。通过将L1的大部分处理负担转移到这些链下网络，主网络可以在不牺牲可扩展性的情况下专注于其他问题，例如安全性。为简单起见，“L2”一词将用于指代本文中所有向前发展的链下扩展解决方案。
但是，请预先警告，因为存在各种类型的L2，并且很快就会变得复杂。了解每个解决方案的细微差别是一个挑战，仅推荐给最狂热的区块链爱好者，这里不会详细讨论。
例如，在以太坊环境中，L2的一个定义特征是这些解决方案如何获得其安全性。一些L2，如乐观汇总、零知识汇总和状态通道，直接从以太坊主网（即L1）获得其安全性。在这一类别中，特别是汇总已成为主要的扩展解决方案，目前Arbitrum和Optimism合计获得了近20亿美元（两者都是乐观汇总）。
还有所谓的侧链、有效链和血浆链。这些L2解决方案涉及创建新的链，这些链的安全性独立于以太坊主网。多边形是该类别中流行的L2示例。 截至撰写本文时，Polygon已锁定总价值近20亿美元，并支持流行的Web3游戏和应用程序，例如Zed Run和Quickswap。它各不相同，但L2可以将以太坊的gas费用降低多达 10-100 倍，并每秒处理数千笔交易（相比之下，目前在以太坊的基础层上每秒处理15-45笔交易）。
虽然很复杂，但拥有各种L2解决方案有助于减少以太坊网络任何部分的整体拥塞，并且还可以防止单点故障。L2还可以针对不同的用例（DeFi、NFT、游戏等）进行优化，因此整个生态系统可以从多样化的设计中受益。为了更深入地了解各种L2解决方案。
以太坊上一些著名的L2方案。图片来源：疯狂的开发者
以太坊 2.0和L2解决方案可以共存吗？
让我们花点时间来思考一下以太坊2.0升级的目的以及建立在以太坊网络上的现有L2解决方案。在它们的核心，每一个都专注于尝试解决相同的问题——可扩展性。
L2解决方案最初的构建主要是为了解决以太坊基础层上出现的瓶颈。然而，一旦以太坊2.0开始运行，如果L2的基础层被构建为可扩展的基础层现在本身效率呈指数级增长，那么L2将发挥什么作用？L2会因此而过时吗？
要回答这个问题，反思一下以太坊的愿景是有帮助的，即将以太坊带入主流并为全人类服务。这是一个宏大的愿景，需要为未来扩大规模，考虑到拥有加密货币的总人口中超过4%。即使以太坊2.0升级能够显着扩大网络的吞吐量，它是否能够支持拥有数十亿潜在每日加密用户的未来世界而不会变得拥挤仍然值得怀疑。
因此，以太坊2.0与其现有的L2解决方案之间的关系很可能是共生的。这意味着一个具有不同扩展解决方案的世界协调工作，从而对未来的交易速度和吞吐量产生指数影响。以太坊正在计划实现其愿景的正是这些综合效应，而不是其中一种。
“[I]不是‘汇总而不是分片’，而是‘分片之上的汇总’。也就是说，即使在分片之前，rollup已经出现或即将推出，而且没有分片的rollup仍然可以将吞吐量提高100倍。所以今天就来汇总一下吧！” — Vitalik Buterin关于以太坊扩展的Twitter线程的摘录
因此，从每秒约15-45个交易 (TPS) 到100,000 TPS的急剧增加，除了分片之外，还考虑了L2解决方案，因为这些是乘法效应。例如，如果L2提供约100倍的吞吐量增加，而分片提供约64倍的增加，则分片之上的L2提供约6400倍的吞吐量增加。这些复合效应可能使网络在未来扩展并满足更高的需求。
以太坊社区中的其他人对以太坊 2.0 与现有L2解决方案之间的未来关系表达了类似的想法。
“随着以太坊L1变得更加高效，L2将变得更加高效，同时保持其当前的附加优势。” —Alan Chiu，Boba Network（Layer 2optimistic rollup）的首席执行官/创始人
“[E]即使在合并之后，要真正获得主流采用，我们将需要尽可能多的扩展解决方案。” — Ahmed Al-Balaghi，Biconomy（一种多链中继协议）的联合创始人
最后，以太坊2.0的升级无疑会对L2解决方案的感知和整体效用产生影响。然而，以太坊正在考虑和扩展一个比现在有更多需求的未来。如果这一愿景得以实现，那么L2扩展解决方案有充分的理由继续在生态系统中长期发挥重要作用。
---煤油灯科技victorlamp.com翻译整理---
