干货！以太坊有未来吗？

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对于以太坊来说，2018 年是专注于基础设施的一年。 在这一年里，我们测试了网络的局限性，并将精力重新集中在扩展技术上。

以太坊仍处于起步阶段。 如今，它不够健壮，也无法扩展。 任何了解这项技术的人都清楚这一点。 但在过去的一年里，投机炒作大大夸大了区块链的能力。 以太坊距离 Web 3.0（一种安全、易用的分布式网络，由一套共识机制管理，并被数十亿人使用）还有很长的路要走，而且要等到关键基础设施完成后才能实现。

构建此基础架构并扩展以太坊功能的项目称为扩展解决方案。 它们有许多不同的形式，并且通常都相互兼容或互补。

在这篇文章中，我将深入探讨其中一种扩容方案：“链下”或“Layer 2”扩容，希望能让大家全面详细地了解Layer 2是如何工作的。

1 公链的扩容挑战

“缩放”不是一个单一的、具体的问题。 这是以太坊必须解决的问题，才能服务全球数十亿用户。

首先，在交易吞吐量方面。 目前，以太坊每秒可以处理 15 笔交易，而 Visa 每秒可以处理 45,000 笔交易。

像以太坊这样的公链要求网络中的每个节点都参与处理每一笔交易，这是它的主要局限性。 以太坊上的每一个操作都必须由网络中的每个节点执行以太坊未来前景，确保公链有足够的权限。

这限制了以太坊的交易吞吐量：它不能比单个节点处理数据的速度更快。

如果我们将块大小加倍，这意味着在相同的块时间内每个节点的工作量大约是现在的两倍。 但这是以去中心化为代价的：节点需要做更多的工作，较弱的节点可能会退出网络，挖矿权将集中在强大的矿场手中。

2个解决方案

我们需要一个可以处理更多事务而不增加单个节点负载的解决方案。

理论上，我们可以采取两种方法来解决这个问题：

1. 如果每个节点不必并行处理每个操作怎么办？

如果我们可以构建一个区块链以太坊未来前景，其中节点不必参与处理每笔交易，并且网络分为可以半独立运行的两个部分怎么办？

分开后，A区可以处理一批交易，B区也可以处理一部分，可以使区块链的交易吞吐量翻倍。 如果我们把区块链分成很多很多不同的区域，吞吐量可以提高很多倍。

这就是以太坊 Vitalik 和其他研究人员提出的“Sharding”背后的想法。 一条区块链被分成许多不同的“切片”，每个切片都可以独立处理交易。 分片一般是指“Layer 1”扩容方案，因为它是在以太坊底层协议上实现的。

2.如果为以太坊搭建一个协议层网络呢？

第二种选择与第一种完全相反：与其增加以太坊自身的能力，不如在此基础上进行构建。 在以太坊区块链基础层吞吐量相同的情况下，可以进行更多的操作，例如交易、状态更新或简单的计算。

这是“链下”技术背后的原理，包括状态通道、Plasma、Truebit 等。 虽然每种技术都旨在解决不同的问题，但它们都需要在不影响安全性的情况下“脱链”运行。

这也被称为“第 2 层”，因为它建立在以太坊主链之上，不需要在基础层进行更改，而是仅作为与链下软件交互的智能合约存在。

3Layer 2 是数字经济解决方案

在详细介绍Layer 2方案之前，我们先来了解一下其背后的原理。

公链的权威来自共识。 通过激励并将它们与密码学相结合，从系统内部达成共识。

数字经济共识给了我们确定性——除非出现51%攻击这样的极端事件，否则所有操作（包括支付和智能合约）都将按照之前设计好的程序执行。

Layer 2 背后的原理是我们可以使用这种确定性作为锚点，并在其之上附加其他机制。 Layer 2 可以将公链的效用扩展到链外，让我们在链外进行交互成为可能，而且这些交互在需要的时候仍然可以返回主链。

因为这些层是建立在以太坊主链上的，所以安全性不如在主链上运行，但是还是可以保证安全实用，特别是牺牲一点操作权限，可以提高运行效率并降低处理成本。

这是我尝试应用的技术的介绍：

1. 状态通道

状态通道是指一种处理交易和其他“链下”操作的技术，具有很高的安全性：如果出现问题，我们仍然可以选择回到链上交易。

许多读者都知道支付渠道，这些渠道已经存在多年，最近通过闪电网络在比特币上实现。 状态通道是一种比支付通道更通用的形式——它们不仅可以处理支付，还可以处理对区块链的“状态更新”，例如智能合约的更改。

2015 年，Jeff Coleman 首次提出状态通道。 让我们先来看一个例子，以便更好地解释状态通道是如何工作的。

想象一下，张三和李四连下三局，获胜者可以获得1 ETH作为奖励。 最简单的方法就是在以太坊上创建智能合约，将三连棋的规则写入智能合约，跟踪张三和李四的选择。 每次玩家做出选择时发送到合同。 当玩家获胜时，根据规则，智能合约将向获胜者支付 1 ETH。

这可行，但效率低且速度慢。 因为博弈的每一步都需要得到所有节点的确认，造成了资源的浪费。 他们每玩一局都要交手续费，要等矿工完成验证才能进行下一局。

这时候我们可以设计一个系统，让张三和李四的交互尽可能在链下完成。 他们可以在链下更新状态，并在需要时返回链上交易。 我们称这个系统为“状态通道”。

首先，我们在以太坊主链上创建一个作为“裁判”的智能合约，将游戏规则写入合约，识别出张三和李四是本次游戏的两个玩家，然后在ETH中设置一个Rewards。

紧接着，张三和李四开始互动。 张三开始迈出第一步，签了名发给李斯，李斯也签了名，把签完字的发回去，自己留一份。 接着李四又走了一步，签了名发给了张三，张三也签了名发了回去，自己留了一份。 每次，他们都会更新自己的状态。 每个交互都包含一个“随机数”，它允许对每个交互进行计时。

到目前为止，所有的操作都没有发生在链上。 如果游戏结束，假设 Johnny 赢了，他们可以上传最终状态（交易列表）并关闭通道。 这样，您只需支付一次交易费用。 合约可以确保“最终状态”由双方签署，并等待一段时间以确保结果可靠，最后将 1 ETH 的奖金支付给张三。

为什么需要这段等待时间？

假设李斯上传的不是最终版，而是自己和张三打赢的那个版本，但是契约只会执行指令，无法知道哪个是最终版。 这时候设置一个等待期可以让张三提供证据证明他提供的是最终版本。

张三提交了一份双方签署的交易副本，合约通过交易的随机数确定张三提交的为最终版本，拒绝了李四的请求。

状态通道适用于许多应用程序，并为传统的链上操作提供了许多升级。

2.等离子

2017年8月11日，V神和Joseph Poon发表了一篇题为“Plasma: Autonomous Smart Contracts”的论文。 这篇文章介绍了一种全新的技术，可以提高以太坊的处理效率。

与状态通道一样，Plasma 也是一种处理链下交易的技术，需要依赖以太坊底层技术来保证其安全性。 但是 Plasma 的切入点不同。 它可以允许在以太坊主链上创建“子链”。 这些“子链”又可以创建自己的“子链”，等等。

因此，我们可以在子链上执行许多复杂的操作，运行具有数千个用户的应用程序，并且只需要与以太坊主链进行最少的交互。 Plasma 运行速度快，交易费用低，因为整个过程不需要在以太坊主链上发生。

让我们先看一个例子来理解 Plasma 是如何工作的。

想象一下，您正在以太坊上创建一个集换式纸牌游戏。 这些卡是 ERC-721 代币（例如以太猫），但它们具有某些允许用户玩游戏的特性和属性。 在链上执行这些复杂的操作非常昂贵，因此使用 Plasma 是一个不错的选择。

首先，我们在以太坊主链上创建一套智能合约作为“根”服务于我们的 Plasma 子链。 Plasma Root 包含我们子链的“状态转换规则”（如“无双花”），记录子链状态的哈希值，作为一种“桥梁”，让用户可以在以太坊主链和以太坊主链之间进行交互。子链。

然后，我们创建我们的子链，它可以有自己的一套共识机制。 在这种情况下，授权证明 (PoA) 是一种依赖于受信任的区块生产者的共识机制。

一旦子链被创建或激活，区块生产者对 Root 合约做出承诺，相当于“我证明子链中的最新区块是 X”。 这些承诺将被记录在 Plasma Root 中，以证明在 .

一旦子链准备就绪，我们就可以创建集换式纸牌游戏的基本构建块。 该卡基于以太坊主链的ERC-721，通过Plasma Root转移到子链。 这就提出了一个关键点：Plasma 允许我们与基于以太坊的数字资产进行大规模交互。

然后，我们在子链上部署游戏应用的智能合约，将游戏逻辑和规则写入合约。 游戏用户，其实只是和我们的子链进行交互。 他们可以持有资产（ERC-721 代币）与其他用户一起玩游戏，而无需直接与主链交互。 因为只有少数节点需要处理交易，所以交易费用会低很多，操作也会更快。

3. 真比特

与状态通道和 Plasma 扩大吞吐量不同，Truebit 是一种链下技术，可以帮助以太坊完成繁重的计算。 Truebit 不会增加交易吞吐量，但会允许基于以太坊的应用程序做更复杂的事情。

有些操作的计算成本太高，无法在链上执行。 例如，验证来自其他区块链的“简单支付验证（SPV）”证明，允许以太坊智能合约“检查”交易是否发生在另一条链（例如比特币网络）上。

所有在以太坊上完成的计算都是昂贵的，因为所有节点总是需要参与计算。

但是，您可以向某人（求解器）支付少量费用来进行链下计算。

首先，解决者将费用存入智能合约，然后您将要求告知解决者。 他进行计算并将结果反馈给您。 如果计算正确，则退还他的保证金； 如果计算错误（他犯了错误或作弊），他将失去存款。

那么我们怎么知道结果是正确的呢？

Truebit 使用一种称为“验证游戏”的经济机制。 从本质上讲，我们创建了一种激励机制，鼓励“挑战者”验证解决者提交的结果。 如果挑战者能够验证游戏，证明解决者提交了错误的结果，他们将获得奖励，而解决者将失去押金。

4。结论

“状态通道”和 Plasma，这将增加平台的吞吐量； Truebit，将更难的计算作为智能合约的一部分，从而开辟新的应用范例。

这三个示例仅代表缩放场景的一小部分。

在以太坊上构建 Layer 2 可以在访问速度、安全性和成本之间取得平衡。 对于大额交易，推荐使用主链； 对于数字收藏品交易，速度更为重要，而 Plasma 是一个很好的解决方案。

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