隨著以太坊的使用者和交易量增加，區塊鏈網路的擴容問題變得越來越嚴重。目前以太坊的 TPS (每秒交易數) 約為 15，這意味著在高峰期時，交易需要等待很長時間才能完成。因此，為了應對不斷增長的使用者和交易量，以太坊需要擴容。
擴容對於以太坊來說，可以使更多的交易在同一時間內進行，進一步提高網路的效率和穩定性，並為更多的 DApps 提供支持。為了實現擴容，以太坊正在採取多種方法，包括升級到以太坊 2.0 (Eth2) 網路，引入 Layer 2 解決方案，如 Rollup 和 Sidechain，以及提高區塊大小限制等。
剖析｜Layer 2、跨鏈和公鏈三足鼎立，誰將實現區塊鏈「可擴展」理想？ | 動區動趨 — 最具影響力的區塊鏈媒體 (比特幣，加密貨幣)
Ethereum 未來升級的路線圖
在 2022 年 7 月的以太坊社群會議 (ETHCC) 上，以太坊創辦人 Vitalik Buterin (V 神) 和以太坊的開發人員公開介紹了 Ethereum 最新的未來路線圖 (Roadmap)。
未來的發展將分為五個關鍵的部分，它們是同時進行的：The Merge、The Surge、The Verge、The Purge、The Splurge。當五大路線升級完成後，以太坊主鏈將可以達到甚至超越 10 萬 TPS (Transaction Per Second)，同時擁有超過 64 個分片，能夠處理大量交易。現在以太坊的 TPS 只有約 15，因此未來升級後的以太坊將快近 10000 倍。
- The Merge 是指現時的以太坊主鏈和 Beacon Chain 將會合併，原本的 PoW (工作量證明) 共識將會轉成 PoS (權益證明)。
- The Surge 是將區塊鏈的整個網路分成更小的分區，提升整個 Ethereum 網路的效率。
- The Verge 引入 Verkle 樹 (Verkle Trees) 的設計來優化以太坊上的資料儲存。
- The Purge 則是透過剔除歷史資料和消除技術債務，讓驗證者不再需要使用大量硬碟空間去進行驗證工作。
- 最後，The Splurge 是四個不同部分升級後的協調，旨在減少錯誤 (Bugs) 的出現和確保網路能暢順運作。
以太坊發展路線：Merge, Surge, Verge, Purge, Splurge 到底是什麼？
Layer 2 是升級完成前的過渡方案嗎？
完成更新後，Layer 2 依然會繼續存在。以太坊的未來將由 L1 和 L2 互補而成，Layer1（L1）存在是為了確保安全性和可以來性，Layer2（L2）則是為了讓以太坊的運作能更快速順暢。因此 Layer 2 不但不會消失，往後的更新甚至會將 L2 視為擴容的其中一個重點，並透過在以太坊基礎層中增加 L2 技術需要的數據空間，來令 Rollups 成本降低。
Layer 2 懂了，什麼是 Layer 0？
令人混淆的是，市面上還有一個項目叫做 LayerZero，是一個跨鏈基礎設施協議，跟 Layer 0 只是一個抽象定義是不同的，LayerZero 由LayerZero Labs開發，旨在實現不同區塊鏈之間的無縫橋接，讓跨多個鏈的資產、訊息、數據和合約能夠達到全鏈特性。其主打產品是Stargate，一個能夠解決「跨鏈不可能三角」的跨鏈橋，提供即時保證最終性、統一流動性以及原生資產等特點，同時解決安全性、傳輸費用的問題以及提升可擴展性等特點。
五種主流的 L2 方案
以太坊的 Layer 2 擴容方案主要有側鏈、Rollup、狀態通道、Plasma、Validium 五種 ：
Sidechain
- 優點：可以支持更廣泛的智能合約功能，而 zk-rollup 目前僅支持限制比較少的合約功能。
- 缺點：可以更容易地在不同區塊鏈之間進行資產跨鏈轉移和交換，但這也帶來了一定的安全風險和難度。同時，sidechain 還需要進行獨立的安全審計和維護，需要更多的資源和時間投入。
State Channels（狀態通道）
- 優點：省去了一些區塊鏈上的交易成本，可以支持高頻率的小額交易。
- 缺點：只能在通道中進行交易，對交易量和交易參與者的限制較大。
Plasma
- 優點：比狀態通道更強大，可以支持更多交易和更多參與者。
- 缺點：中心化程度更高，對安全性和隱私性的要求更高。
ZK-Rollups
- 優點：具有高可擴展性、低成本和高隱私性。
- 缺點：需要花費更多的計算資源和時間。
Optimistic Rollups
- 優點：在保證主網上的所有交易都是有效的情況下，可以實現高吞吐量。
- 缺點：安全性不如ZK-Rollups高，存在一定程度上的欺詐風險。
Validium
- 優點：將資金提取回以太坊時的延遲低、不易受到高價值應用中詐欺證明系統所面臨的某些經濟攻擊的威脅。
- 缺點：生產驗證證明需要特殊硬件，存在著集中化風險。對一般計算/智能合約的支持有限，需要開發特定的編程語言。
兩種主流 Rollup：Optimistic v.s. ZK
Rollup 協定是基於區塊鏈上的智能合約實現的，它透過將大量的交易打包成一個交易送出到以太坊主網中，以實現高效的交易處理和低廉的交易成本。Optimistic Rollup 和 ZK-Rollup 是目前主流的兩種 Rollup 技術，它們的實現方式和特點有所不同：
- Optimistic Rollup： 採用的是樂觀的驗證方式，即預設所有的交易都是有效的，只有當有人發現交易不合法時才會觸發爭議解決的機制。這種方式的優點是處理交易速度快，因為不需要先進行複雜的驗證，而是在出現問題時再進行修復。同時，Optimistic Rollup 也具有良好的相容性，支持以太坊原生智能合約和以太坊生態中的各種 DApp，因此可以用於更廣泛的應用場景。缺點是爭議解決需要時間，因此存在交易可逆的風險。
- ZK-Rollup 採用的是零知識證明的方式，交易驗證過程在本地進行，驗證結果只送出驗證的結果而不是所有的交易內容，可以保護使用者隱私。這種方式的優點是交易驗證的結果是確定的，不存在爭議解決的過程，因此交易的可逆性更小。同時，ZK-Rollup 的吞吐量比 Optimistic Rollup 更高，因為不需要等待爭議解決的過程。缺點是對於一些複雜的智能合約或 DApp，需要編寫新的零知識證明系統，並且需要較高的計算能力來生成零知識證明。
ZK-Rollup 衍生出來的 Layer 2 相關生態
作為以太坊擴容的普遍共識，採用 Rollup 解決方案的 Layer2 們憑借著極高的估值以及較為確定的發幣預期，一直以來都被空投圈子視為優先級最高的選擇，而伴隨著 Optimistic Rollup 係兩大代表選手 Optimism 和 Arbitrum 先後發幣，羊毛黨們自然就把視線轉移到了相對更早期的 ZK Rollup 之上。
zkSync, ZK-Rollup 以及 zkEVM 的關係
zkEVM 是一個運行智能合約並與零知識證明計算相容的虛擬機器。這個技術是建立與 EVM 相容的 ZK Rollup 的關鍵，同時又保留了在使用 Solidity 進行多年的工作後獲得的經驗和經過驗證的程式碼。
zkEVM 保持了 EVM 的語意，但也友好於 ZK，並採用了傳統的 CPU 架構。在加密貨幣行業中，zkEVM 技術的推出對於實現規模化具有重要意義，並且將為 Solidity 程式員提供使用零知識證明的卓越擴展性、安全性和使用者體驗優勢的一流渠道。
Polygon 的 zkEVM，嚴格來說是一種 zk VM 機制，通過映射的方式在 Layer 2 層面跟以太坊主網保持一致，zk 技術的引入是其稱為 zkEVM 的原因。能夠實現高性能的智能合約執行。zkEVM 支持 Solidity 語言，這意味著開發者可以在 Layer-2 上構建 DApp。
一張Polygon zkEVM上線的海報，引發公鏈創始人們的擴展性大討論 — 區塊客
zkSync 是 Matter Labs 開發的另一個以太坊 ZK Rollup 解決方案，zkEVM 一直是以太坊生態系統相當關注的技術之一。Polygon 於昨日正式宣佈推出 zkEVM，目前程式碼已開源，並將在不久後推出公共測試網。
zkSync、Polygon 相繼宣布 zkEVM 開發進展，但究竟什麼是 zkEVM？ — 桑幣區識 Zombit
ZK 系列的 Layer 2 生態
這些名詞之所以混淆就是因為公司、項目、協議、技術全部都混在了一起，其實關鍵的 ZK L2 項目就是這幾個：
- zkSync 是一個使用 zk-rollup 技術的 Layer-2 協定，能夠實現高性能的交易處理，並且支持以太坊資產的轉移。zkSync 可以達到每秒數千筆的交易量，而且具有可擴展性和安全性。
- StarkNet 是由 StarkWare 開發的 Layer-2 協定，採用了 ZK-STARK 技術，能夠實現高效率和高安全性的交易處理。StarkNet 還支持智能合約，這意味著它可以讓開發者在 Layer-2 上建立 DApp。Arbitrum 宣佈發幣，資料顯示橋接 ETH 至 StarkNet 筆數創單日歷史新高。Layer2》StarkNet Alpha v0.11.0 將上線測試網，網傳「空投已完成快照」
- Scroll 是由 Aztec Network 推出的 Layer2 協定，旨在為以太坊上的 DeFi 應用提供更高的吞吐量和更低的成本。它採用了 Aztec 隱私協定來保護使用者的隱私，並使用零知識證明技術來實現高度擴展性。與其他 Layer2 解決方案不同的是，Scroll 不需要預先部署智能合約，因此具有更高的靈活性和快速性。它還提供了更安全的資金管理機制，使使用者可以在更安全的環境下管理他們的資產。
L2 之間的資產互通性
在區塊鏈生態系統中，為了提高交易速度和減少手續費，很多項目開始採用 Layer 2 解決方案。但是，不同的 Layer 2 方案之間通常存在互通性問題。為了解決這個問題，如：Hop Protocol 推出了一種跨 L2 資產轉移的解決方案。它支援四種 L2 之間的互轉，包括 Polygon、Optimism、Arbitrum 和 Gnosis。
當有資金要在 Layer 2 之間轉移時，會先被蒐集起來，進入以太坊的流動性水池中。等到數量多到可以分攤費用後，才會把這筆金額轉到其他 Layer 2 上。為了解決轉帳速度問題，Hop Protocol 在 L2 之間建立了相應的流動性水池。當有轉帳需求時，就可以從水池中支付轉帳金額，Hop 平台幫助使用者吸收大部分 L2 的 Roll-up 費用，同時具有競爭優勢。這樣，使用者可以快速方便地在不同的 L2 之間進行資產轉移。
Layer2 網路交織出 Ethereum 的未來
在加密貨幣領域，如何在不犧牲交易速度的情況下實現規模化一直是一個重要的挑戰。
為了實現更大規模的應用和更高的交易速度，Ethereum 不斷探索和發展各種擴容方案，如 Layer 2 解決方案和 sharding 技術等。除了現有的擴容方案外，還有許多新技術和項目正在嘗試解決這個挑戰，如 LSD、ZK、模塊化、Move 智能合約、社交和 re-staking 等。為了使 Ethereum 成為更好、更高效和更有用的區塊鏈，我們期待這些擴容技術能夠不斷地發展和完善，並帶來更多的創新和機遇。
ZK 之後還有模塊化、LSD、Move 、社交、re-staking 等潛在熱點，這個行業仍然有許多機會。
