万字报告丨全方位拆解Layer2赛道的发展与机遇，谁会成为最后赢家？

概述： 针对公链扩容的解决方案不断的被提出，Layer2是否能够成为其最优解，Layer2能提供什么样的价值？本报告将从Layer2扩展的起源讲起，解析Layer2的发展史，把握其发展方向。报告超过10000字，请合理安排阅读时间（本报告由 Symbol Capital 出品，转载请联系我们）

报告目录

一、摘要

二、Layer2扩展的起源

1、Layer2如何登上历史舞台？

2、Layer2的意义

三、比特币的Layer2演进路线

1、状态通道：闪电网络

2、侧链：Liquid、RSK

四、以太坊的Layer2发展史

1、状态通道

2、侧链

3、Plasma

4、Rollups

5、Validium

五、Layer2的技术对比以及发展格局预判

六、Layer2的格局和投资机会

七、风险提示

八、免责声明

九、Symbol Capital介绍

 

01.摘 要

 

Layer2的演进：

随着比特币、以太坊等公链被广泛应用，其自身的性能问题逐渐成为制约其发展的痛点问题，对此一系列围绕着如何对这些公链进行扩容的解决方案被不断被提出。一个方向是对公链本身的扩容即Layer1层的扩容，如ETH2.0；另一个方向是将链上需要处理的信息转移到链下处理的解决方案，即Layer2。

2015年，对于如何扩展比特币性能的问题就已经引起了广泛讨论，随即提出了像闪电网络、Liquid Network等比特币的Layer2的解决方案，Layer2初次登上历史舞台；2017年开始以太坊的生态逐渐发展，基于以太坊构建的数字资产非常丰富，并且众多区块链应用，比如各类DeFi项目也在以太坊上如雨后春笋般层出不穷，生态的蓬勃发展直接让以太坊不堪重负，以太坊上的转账费用长期居高不下，转账效率也慢到严重影响体验。

尽管，以太坊的创始人V神提出了关于ETH2.0升级的种种规划，届时将一举解决以太坊的性能问题，但对于以太坊的升级迟迟到不了，并且我们也不能保证升级到2.0的以太坊是否真的不会再遇到性能问题。所以， 在当下以太坊的Layer1层的扩容方案难以落地的情况下，这反而促进了以太坊上的Layer2解决方案的迅速发展 ，此时，Layer2逐渐变成了一个需要重点关注的大板块。

Layer2的价值发现：

Layer2是对Layer1的扩展，可以突破Layer1原有的性能和功能上的限制，这让Layer2有非常丰富的灵活性，可以像可穿戴设备一样为Layer1提供更多丰富的功能和对性能的扩展而又不影响Layer1本身的特性。如此一来，在没有一个所谓的完美公有链的情况下，像Layer2这样的角色就是一定是区块链领域里十分必要的角色。

投资建议：

当前DeFi的市场逐渐被大家所追捧，Layer2的热度随之提升， 其中作为Layer2聚合平台的Polygon是当前Layer2绝对的龙头 ，无论是从锁仓资金还是热度来看都是其中翘楚。另外，Layer2的技术发展还在多方尝试，互相博弈，以及进入市场验证阶段，以目前的情况来看，ZK Rollup很可能会成为Layer2最终的方案。

但目前Layer2的发展节奏与DeFi高度相关，DeFi偃旗息鼓之时，Layer2的表现也会受到影响。不过，随着一些DeFi项目正在积极的探索面向机构的DeFi应用，未来DeFi将吸引更多的资金进场，而届时Layer2将会迎来真正的考验，密切关注DeFi的后续发展，以及Layer2的技术演进情况，或可抓住生态发展的红利。

发展阶段：

前Rollup阶段 ：早期的Layer2的思路基本上是状态通道以及侧链方向去探索的，但是状态通道无法做到去中心化和匿名性的隐私保护需求，而侧链的资产控制权在链下，这会动摇主链资产的安全，因此他们都不是理想的Layer2解决方案。

后Rollup阶段 ：随着Rollup技术的出现，启发了当时陷入瓶颈的Layer2赛道上的团队，由于Rollup技术会将区块发布或状态更新的一些数据发布到主链上，提高吞吐量的同时也一并克服了侧链的数据扣留攻击问题。于是众多Layer2围绕着Rollup的逻辑开始演化出不同的Rollup解决方案。但一些Rollup解决方案本质上依然没有从根本上解决资产的安全性问题，所以我们认为 随着零知识证明技术的进步，ZK Rollup更有可能成为最终的Layer2方案 。

密切关注：

比特币的Layer2赛道：近期传统领域对比特币的共识越来越高，众多传统企业纷纷考虑支持比特币支付，可以关注比特币Layer2在解决支付问题方面的进展。

以太坊的Layer2赛道：关注以太坊Layer2龙头Polygon，零知识证明赛道ZK Rollup的Layer2方案，能带来其极致的用户体验和无Gas费的0成本优势，我们认为ZK Rollup会是一个比较理想的Layer2方案，需要密切关注ZK Rollup的技术改进，以及使用ZK Rollup的应用发展情况。

风险提示：

监管政策不确定性、区块链基础设施开发不达预期、投机性风险广泛存在。

 

02.Layer2扩展的起源

 

1、Layer2如何登上历史舞台？

Layer2的解决方案，是一种在原有第一层的基础之上附加一个第二层的解决方案，在区块链领域是指在原有的区块链（Layer1，也就是第一层，比如比特币、以太坊等）的基础之上， 在不篡改Layer1上任何去中心化或安全特性的情况下，为其提供了新的功能和性能 。

比特币作为最早且共识度最大的项目，随着使用它的人越来越多，其转账速度太慢，转账费用太高的性能问题逐渐成为一大痛点。因此，许多团队早早地就开始研究对比特币的扩容方案了，其中有对于比特币本身参数上或者机制上的改进的方式，比如扩容比特币的区块大小等这一类Layer1扩容解决方案，也有考虑将大量的交易放到链下来处理的机制，比如在2015年提出的闪电网络这种侧链的Layer2解决方案。

于是，Layer2一词悄然进入区块链领域。虽然，闪电网络引起了不小的关注，也有像Liquid Network、Rootstock（RSK）这样新的比特币Layer2解决方案令人眼前一亮，但在当时，大家并未将Layer2看成是一个巨大的赛道，而是把这些解决方案都被纳入到比特币的扩容方案上，着眼点在于扩容，而非Layer2。

而Layer2像如今这般不断推出Layer2的解决方案，以及基于不同的Layer2解决方案所推出的应用，能如此登堂入室般的被人们看作是一个巨大的能够承载生态的赛道， 主要是因为以太坊的发展需求所激发的对Layer2探索的缘故 。

以太坊自诞生以来，其低下的交易速度就一直被人诟病；从15年到17年的发展，大量的区块链技术项目在以太坊链上部署了DApp，导致整个以太坊的交易通道更加拥挤，高额的gas费用使得很多区块链项目的参与者望而却步。最深刻的记忆是17年NFT的初始项目加密猫出现之后，区块链投资者们开始大量涌入以太坊炒作这款NFT，一时间使得整个以太坊网络陷入了瘫痪的状态。

2017年的牛市过后，以太坊一直没有提出好的解决方案，18年区块链世界交易清淡，对以太坊的需求并没有这么旺盛，以至于大家一时间忘记了以太坊的高gas费和拥挤的交易体验问题。

到了2019年，整个市场又开始慢慢重回热度，V神开始重点布局ETH2.0解决方案，但是直到2020年整个区块链市场全面火热起来之后，ETH2.0的解决方案才有了一个相对清晰的规划和路径。但即便如此，技术升级的路径仍然是道阻且长的，开发者们一致认为2.0的升级至少需要2年的时间甚至更长，2.0的升级完成也只解决了交易速度的问题，并没有解决交易规模的问题，ETH仍需要不断进行技术升级和扩容才能解决更多的网络发展需求。

2020年6月开始，DeFi板块慢慢吸引市场的目光，由于金融衍生品的设计思路赋能到了加密货币领域，实现了去中心化金融的交易隐私性，同时打通了加密货币和传统金融的设计思路，使得加密资产领域得以有了更广阔的发展应用场景， DeFi市场从6月的几十亿美金规模迅速增长到2020年12月的1000亿美金规模 。极速扩容的应用需求和大量涌入的交易者再度体验到了以太坊网络的主网问题，高gas费用一度达到了几十美金，交易通道拥挤体验回到了人类的电报时期。

于是BSC、Heco这些偏中心化的DeFi应用公链开始应运而生，很快在交易用户数和交易规模上超过了UNI这种老牌DEX。虽然BSC、Heco这些应用公链提供了丝滑的交易体验和低廉的交易费用，但是却没有实现完全去中心化，这是最大的诟病，也是区块链网络最不允许的最大痛点。

但ETH2.0迟迟不能实现，市场扩容的解决方案又不能放在中心化的公链上面，于是V神开始重提以太坊发展早期提出的Layer2解决方案。 在主网没有办法快速提高交易速度的前提下，将扩容的方案放到链下去，这就是Layer2的主要核心技术要点 。

于是，Layer2真正开始登堂入室，走进大多数人的视野中。

2、Layer2的意义

2.1 以太坊gas费的构成

以太坊的网络拥堵问题使得gas费居高不下，特别是越来越多的应用部署在网络上之后，这成为了制约其发展的重要原因。在市场热度和波动加大的时候，很多人要被迫承担更高的gas费，以保证自己的交易能被尽快处理。

那么高额的gas费用是怎么构成的呢？只有更深层次地理解高gas费用形成的原因，才能理解Layer2能够起到的意义和作用是什么。

根据以太坊白皮书的理解，以太坊上gas费的计算方式为燃料单价(gasPrice) * 燃料开销(gasUsed)

燃料单价(gasPrice)是一种报价方式，可以自己选择报价高低，燃料单价(gasPrice)的高低跟交易速度有关。 燃料单价(gasPrice)跟交易的优先性呈现正相关关系，当同样复杂程度的交易需求，更高的燃料单价(gasPrice)，矿工会更倾向优先处理，交易速度就更快 ；也就是说相同复杂程度的交易需求（在这里我们必须提醒一下，比如转账1个ETH和转账10000个ETH，它们的交易复杂程度是相同的，一般这种转账难度是按照笔来计算的，而不是按照金额来计算的，这跟记账有关，跟记账的金额无关），交易的顺序是按照燃料单价(gasPrice)的高低进行排序进行的。

那么燃料开销(gasUsed)的高低又和什么有关系呢？燃料开销(gasUsed)跟交易的复杂程度呈现正相关关系，交易的复杂程度越高，燃料开销(gasUsed)就越高；反之，则越低。比如你分别进行转账操作和杠杆操作，通常来说前者的开销会低于后者，因为杠杆操作更加复杂。

因此，要减少以太坊高额的gas费，可以通过两种方案来完成， 一就是降低燃料单价(gasPrice)，二是降低交易的复杂程度以达到降低燃料开销(gasUsed)的效果 。显然Layer2是将主网上需要计算的交易转移到了链下去，然后再将计算好的结果反馈给主网，以此来降低交易的复杂程度从而降低gas费用；而ETH2.0的解决方案是降低主网的gas燃料单价，从而降低gas费用。

因此，在ETH2.0没有实现之前，Layer2是一个近乎完美的解决方案。

2.2 Layer2的意义

那么Layer2在降低了交易复杂程度即燃料开销(gasUsed)的同时，能够给以太坊和整个区块链网络带来什么样的更为重大的意义和作用呢？

为主链扩展性能

Layer2的解决方案将复杂的交易运算打包到了链下进行运算，然后将运算结果反馈给链上；通过在链下将复杂交易的计算完成，大大提高了交易速度，同时由于链上只运算交易结果，从而实现了低gas费的交易结果。

以太坊中当前Layer2的当红龙头花旦Polygon已经将交易速度降低到了几秒，且成本大概在0.00002美元（虽然价格币价上涨了些，但这不影响gas费依然很低），在性能上大大实现了对主网的性能扩展。

为主链扩展功能 （比如智能合约功能）

Layer2由于可以将更多更复杂的需求转移到链下进行，于是由于之前区块链主网发展的限制性，导致主网不能实现的一些功能都可以通过Layer2的方式在链下进行功能的扩展，这是Layer2生态位能够在ETH2.0升级之后能够存在的核心价值点和竞争力。

例如像比特币这种没有智能合约的公链，在Layer2技术成熟之后，也可以实现像以太坊一样的智能合约的功能扩展需求，像我们知道的波卡早期项目ChainX和几年前大火的RSK（Rootstock）早几年前就开始了这方面的尝试工作。

同时在隐私计算方面，Layer1早期的发展是没有考虑过这方面的问题的，随着DeFi领域的大火和DEX的发展需求，交易的隐私性问题越来越被大家所重视。而Layer1目前无法很好的解决这样的问题，但Layer2却可以将这样的功能扩展在链下来完成。

随着区块链技术的发展，越来越多的商业应用场景将落地，对区块链的功能需求也将越来越丰富，而主网的扩展性问题难以取得实质性的突破， Layer2作为链下功能扩展的技术实现路径，将承担着非常重要的生态作用，发挥着对区块链技术发展至关重要的意义 。

2.3 Layer2在比特币和以太坊网络上的发展之路

造成比特币和以太坊拥堵的原因，虽然都是由于交易量剧增导致的，但是深究其深层次的原因，比特币网络主要是来自于金融属性的价值交换需求大增导致了通道拥堵的问题；而以太坊网络拥堵的原因却实实在在是因为整个网络上运载的DApp被广泛调用并导致了交易量剧增导致的结果。这就使得两者的结果虽然是一样的，但是Layer2要扩展的路线方向的侧重点却不一样。

比特币网络Layer2扩展的方向主要在于金融属性的价值交换方向，也就是解决例如小额高频的支付问题等（这里指的是主要方向，比特币也有智能合约Layer2这样的功能上的探索，但是当前还不多，可以关注比特币Taproot升级进展），而以太坊Layer2扩展的方向主要是解决性能扩展和功能扩展的问题。

 

03.比特币的Layer2演进路线

 

比特币的Layer2解决方案主要包括BTC的闪电网络（Lightning Network）和侧链技术。

1、状态通道：闪电网络

自2015年BTC第一个大牛市以来，关于比特币网络的扩展问题就一直困扰着比特币的交易者和使用者；闪电网络（Lightning Network）的扩展思路最初是由约瑟夫·庞（Joseph Poon）和萨德斯·德里亚（Thaddeus Dryja）在2015年的白皮书中提出，自提出以来，闪电网络就一直处于激烈的讨论之中，但同时它也是呼声最高的链下扩容方案；由于存在很多争议性的理论问题，闪电网络（Lightning Network）的主网一直拖到了其文件提出3年之后即2018年3月才上线。

1.1 什么是闪电网络

闪电网络（Lightning Network）是一种可以提供一系列链下双向支付通道的协议，那如何更加简单易懂地理解这个概念呢？

这里我们可以将比特币网络比作是以前没有进行大规模扩建的老城区，老城区的路和交通由于在建设之初并没有考虑到大量的车流和人流大规模增长的情况下，所以设计都非常的窄，一般老城区的主干道在一些小县城也就是只有双向两车道的设计，这就像早期的比特币网络一样，区块的容量大小很难能够扩展，那么怎么解决这个问题呢？

老城区进行道路改善就很难从拓宽道路的宽度来解决交通的问题，那么怎么解决呢？做过城市规划的人都知道，第一步是将人车分流，在道路的上面建一个人行天桥，让人走上面，车走下面；第二步将机动车和非机动车进行分流，机动车走机动车道，非机动车走非机动车道；第三步将车按照功能和服务类型分流，公交车和紧急用车走公交车道和紧急车道；那这样分流之后还可能存在大量交通量拥挤的问题，如何解决呢？

在原有的路的上面再修一个高架路，类似于我们现在大部分城市都有的二环高架，再度做分流。

这个类比就相当于闪电网络，这些分流的功能通道设置就类似于比特币的闪电网络。当然这并不能完全解释清楚闪电网络的工作原理， 因为它涉及金融支付的抵押借贷问题，更像银行和担保公司、以及小贷公司的流通问题 。但是由于这样比喻的复杂程度要远高于上面我们将其比喻为城市道路分流规划，所以我们没有做这样的比拟。而正是因为借贷抵押映射的问题，才导致了闪电网络目前仍然存在很大的争议性。

1.2 闪电网络“硬币的两面”

闪电网络虽然从15年开始提出，但是它目前仍然处于开发阶段，将来它是否能像开发者期许那样实现它的功能，仍然需要时间的检验。在《技术的本质》一书中，提到技术的发展是需要理论的完善和丰富进行支撑的，我们相信闪电网络技术的发展在解决方案和理论越来越丰富的情况下，将极有可能实现，因此闪电网络可能带来的优势不容忽视：

硬币的正面

（1）交易速度快

闪电网络如果正式运行成功，其交易速度就正如其名字一样闪电般地完成。你不必等待几十分钟等待多笔交易的完成，交易瞬时就可以完成。就像电话的链接对电报机的革命一样（以前的电报机需要转到中间站，中间站再转到下一个地点的中间站，然后再转接到相应的接报机上）瞬间就可以完成信号的链接和信息的交流。闪电网络的完成将可能彻底挑战现在Visa、MasterCard和PayPal等传统支付系统。

（2）交易费用低

由于闪电网络是链下进行的，对主网的负荷压力并不大，因此可以节约一大笔交易费用，从而使得交易费用可以非常低。如果闪电网络的交易费用能够低于现在金融系统的清结算费用，那么我们可以看到大规模的加密货币支付方式将变成现实。

（3）安全性高

我们知道绝大多数加密货币都不是完全匿名的，在进行钱包或者交易所注册时，我们都需要进行KYC认证，因此中心化的交易所和钱包仍可以跟踪从一个钱包到另一个钱包的交易。但是在闪电网络中，大部分交易都发生在主网之外，因此几乎不可能跟踪到通过闪电通道进行的所有小额支付。

（4）可扩展性强闪电网络的跨链原子交换已经取得了测试成功，用户可以实现从一个链向另一个链进行汇款，无需信任第三方中介；而且闪电网络将促使比特币和其他加密货币的每秒交易数达到前所未有的高度——每秒百万笔的量级。 闪电网络的扩展性和交易流动性的问题一旦解决，将实现所有加密资产在区块链世界的高效流通 ，加密资产的网络价值效应才可能被真正激发出来，这可能是闪电网络最有吸引力的价值所在。

硬币的反面

（1）通道复杂性高

要讲闪电网络的通道复杂性，还是需要回到我们最开始将闪电网络的改造比作是老城区的旧道路规划改造一样，举个例子，你现在要从A点到C点，但是现在所有人都塞在了路上，你只有慢慢排队、忍受堵车然后才能到达C点，但现在不用了，如果你选择走路，你就可以走人行天桥到达C点；如果你是开机动车，你就走机动车道开车排队；如果你是坐公交车，你就走公交车道到达C点；如果你不想等红绿灯，你就走二环高架到达C点；这些中间的解决方案就是plan B。如果你们是一个团队要一起到达C点，你们就需要分几十个通道甚至更多的plan B来到达，所以闪电网络的通道复杂性是很高的。

（2）渠道的数量与交易效率损耗的正相关性

我们在最开始的概念类比中说过，旧城道路规划再造是闪电网络的一种类比，但实际更形象的类别是银行的借贷抵押关系，比如A要转一笔钱给E，它不能直接到达，能够直接到达就不需要闪电网络了；所以它需要通过B、C、D三个渠道分成三笔小额支付的方式到达E，这个时候就要求B、C、D要同时拥有一笔相同金额以上的款项进行质押才能发起对E的转账行为，转账行为才可以成功。

例如，现在A要给E转3枚BTC，通过B、C、D转给E，假设B、C、D均分此次转账行为，那么B、C、D就需要自身至少拥有1BTC才可以发起对E的转账行为，A向E的转账行为才可以成功，于是了转账效率是3/6=50%，这只是一层渠道的问题，如果是两层呢？3/3*3=33.3%，显然我们发现这是一个3/3的N次方的效率等式，当需要通过的渠道层数越多时，交易损耗的效率就越大，这也是闪电网络被诟病的最大问题之一。

（3）闪电网络节点中心化的问题严重

闪电网络最大的流动性由LNBIG团队提供。据2020年数据显示，LNBIG目前运营着25个公共节点，大致控制着整个LN容量的50%左右。 由于运行节点并收取路由费用的商业模式并不能够盈利，我们对闪电网络的安全性和中心化问题保持担忧的态度 。

2、侧链：Liquid、RSK

解决比特币的拥堵问题，除了闪电网络这种链下解决方案；还有其他的链下扩容解决方案，即侧链。目前的侧链技术有两种，一种是Liquid，另一种就是RSK。

2.1 Liquid

Liquid Network是由Blockstream在2018年提出的侧链解决方案，它和闪电网络的主要区别在于，Liquid网络更侧重于企业级区块链用户，而闪电网络更适合于个体用户。

Liquid Network的工作原理就相当于在比特币网络的外面开了一个央行，这个央行是由Blockstream的联盟成员组成 ，目前在这个“央行”的联盟成员里面，有44名，而且它的筛选机制是仅有那些非常有名气的实体（例如Atlantic Financial，Bitbank，Bitfinex，BitMEX，OKCoin，Coinone这些知名的平台方）才能加入。

这个Liquid Network的“央行”功能是怎么实现的呢 ？就是主链上面要进行转账，但是由于通道拥堵时间很长，相当于现在主网上要卖一批货，然后要转一笔款，但是这笔由于是邮寄的支票，它不能马上兑现。而现在Liquid Network说你现在没有钱没关系，我已经看到了你这个订单的合同了，我们这个联盟网络认可了这笔交易，你把订单支票抵押到我这个“央行”里面来，我给你贷出这笔钱，于是开了“L-BTC”出来，你拿去先用。等你拿到这个支票，还了我，我就解锁你这个订单支票，这个借贷关系就解决。

这就是Liquid Network的主要工作原理。由于有了一个有足够公信力的联盟组成的“央行”来背书。这使得在Liquid Network上的交易在链下交易时，更值得信赖，交易也可以更快。类似完成了一种信任转移机制下的期现配置行为。

即便这是一个很好的扩容解决方案，能够快速、可信、并且可以匿名隐私地做到BTC的流动问题，但是其发展现状却不是很好，根据Liquid的区块浏览器显示，大部分的侧链区块都是空的，或者只有个位数的交易。虽然Liquid的主要重点已经转移到了通证化证券上，但Liquid上的通证化资产的流通上限很小。 所以Liquid Network的解决方案仍然需要时间的验证和用户的认可，特别是大机构用户的认可 。

2.2 RSK

RSK曾号称是“比特币+以太坊”最完美的结合解决方案。RSK实现了比特币和以太坊的双向挂钩，即将比特币的资产属性和以太坊的智能合约属性结合到了一起，生成了RBTC（智能比特币）与Liquid类似，RSK也使用了一个联盟（Federation）来保障双向挂钩，只是RSK联盟成员不公开，且只通过公钥来识别。

RSK的工作原理和Liquid的工作原理本质上没有什么太大的分别，只是在联盟这个功能上又多了几个功能的扩展：

（1）允许参建智能合约的图灵完备性虚拟机（RVM）。

RSK由于融合了以太坊的智能合约功能，在性能扩展上面完成比特币不可编程的功能延伸。作为一个通用智能合约平台，RSK智能合同用Solidity编写，RSKVM（简称RVM）同时兼容以太坊VM，未来版本将对以太坊的EVM改进。

（2）增加了比特币的可编程性，拓展了比特币的支付场景边际。

由于RSK融合了以太坊的智能合约可编程功能，致使比特币的支付可以变得更加的多元化，灵活化，比特币支付场景的柔性扩展功能就能够被打开，以至于R-BTC能够满足更多多元化的支付场景和应用场景。

（3）联合工作量证明挖矿机制。

联合挖矿机制，能够吸引更多的矿工加入到网络中来，能够增加网络的安全性和稳定性，更有利于整个网络的发展。

 

04. 以太坊的Layer2发展史

 

2020年6月份以后，DeFi和NFT生态的繁荣，一时间以太坊的日均gas价格曾达到高额的710 Gwei ；但作为以太坊真正的解决方案ETH2.0却仍然遥遥无期，于是被称为ETH2.0的替代解决方案的Layer2再度成为市场的主要解决方案。

大家普遍认为， Layer2板块是被看做是在ETH2.0到来前，最为有效的扩容方案 。纵观目前所有的Layer2解决方案，其扩容手段的主要思路基本都是链下扩容，即将以太坊Layer1的计算、功能需求放到链下进行，从而减少Layer1的工作压力，提升主链的效率，所以从Layer2整体的思路来看是以间接的形式来提升以太坊自身的效率。

由于将计算和功能扩展放在了链下，Layer2从理论上来说可以“无限扩容”，通过链下计算的方式使得其处理交易的效率大大提升。

虽然Layer2能够大大提高交易速度，但弊端却是数据的安全性、交易的真实性及匿名性的牺牲。用户想要使用Layer2方案进行交易，需要将资产从Layer1转移至Layer2；交易结束后用户想要将资产派做其他用处还需要将资产从Layer2退出（提取）到Layer1。这就牺牲了数据的安全性和交易的真实性，因此Layer2最需要解决的问题是什么呢？ 是数据的安全性、交易的真实性以及匿名性，以及资产的退出周期 （从Layer2退出到Layer1的时间）。

目前Layer2从方案上可以分为几大阵营，包括状态通道、侧链、Plasma、 Rollups 、Validum。其中目前被业内看好的Rollup方案细化还可分为Optimistic Rollup（多轮交互的Arbitrum Rollup） 、ZK Rollup 、zkPorter 、starknet几个Layer2方案，下面我们就这几个Layer2的技术解决方案进行一一地剖析。

在进行这些技术剖析之前，我们需要区分出这些解决方案谁是真正的扩容解决方案方向，而不是臆测扩容的解决方案。那么我们需要探讨Layer2的解决方案的前提是什么？我们认为区别Layer2的解决方案的前提是资产端的安全性问题，其实归根结底需要明确是 " 谁控制了资产出口 "。即资产的转移权控制在了谁的手中，Layer2的目的是为了提高交易速度，扩展功能需求，但Layer1的安全性不能被打破，当Layer1的安全性被打破，就是链下控制了资产的所有权，这个时候Layer2的意义就不存在了。所以扩展方案的前提是什么，是保证了资产控制权的前提下的扩展方案才有意义。

我们将根据这个一个点来对市场扩容方案进行甑别。

1、状态通道

状态通道的工作原理是链下开辟一个通道，用户通过在智能合约中锁定资产的方式，将链上资产转移到通道中，并在通道中进行资产交互。在通道内进行资产交互操作不会占用主链的资源，且无需耗费昂贵的交易费用， 适用于一些高频小额支付场景 ，比如游戏场景。用户在离开通道时进行结算，再资产将转回主链。

状态通道虽然解决了通道拥挤、交易效率低下、功能扩展等方面的问题，但是存在着明显的限制。首先，状态通道的使用范围仅限于加入通道的用户，无法向通道外的用户发送资金；其次，状态通道内的资产在逻辑层面必须要有owner，也就是说必须要用KYC的认证，无法做到去中心化和匿名性的隐私保护需求；也就是说在Uniswap 上，由于其交易者没有明确所有者的对象，状态通道技术就不能适用，而DeFi应用是目前以太坊上最大的应用之一，因为其隐私性的需求，以至于状态通道解决方案没有被重点采用。

同时由于链下交易的数据并没有保存在链上，而是由链下交易完成反馈给链上来完成，其资产的控制权出口发生了威胁，所以状态通道不能算做是Layer2的真正解决方案。

2、侧链

观点：严格来说，侧链并不是比较完美的Layer2解决方案。

和比特币的侧链工作原理一样，以太坊的侧链本质其实也是在主链外围形成一个单独的结算“央行”联盟，将链上的交易行为映射到链下进行计算，然后将计算结果返还到链上；细节的描述方式由于比特币的部分我们已经详述，在这里便不再赘述。侧链的交易数据是不保存在链上的，交易结果是由链下返还到链上的， 所以和状态通道一样其资本的控制权本质在链下，这动摇了Layer1的安全性问题的本质 ，而这个问题一直是侧链被人诟病的一大难题，所以严格意义来说侧链并不是Layer2比较完美的解决方案。

3、Plasma

观点：一种特别的侧链，但依然不是完美的Layer2解决方案。

2017年以太坊受lC0市场火热的影响，通道拥堵体验极差；在一次交流会，V神和Joseph Poon发表了一篇论文介绍了以太坊的一种第二层扩展方案，这就是Plasma。

Plasma曾是以太坊最热门的侧链解决方案，现在却在逐渐走向衰落， 其根本原因还是因为其资产的控制权在链下，动摇了本身主链的资产安全性问题 。这一点依然是延续了侧链的困境，也是我们依然认为Plasma不是完美的Layer2解决方案的原因。下面我就来剖析一下Plasma的工作原理，明确其优缺点：

Plasma的工作原理是在以太坊外先构建一条Plasma链，用户将资产从以太坊上转移至Plasma链，这个过程需要将主链资产发送至管理Plasma链的智能合约，该资产即可进入Plasma链中进行交互。每隔一段时间，Plasma链的操作者（验证者、运营商或节点）就会对该时间段内Plasma链的交易进行一次批量处理并生成Merkle树，相当于生成一个区块。操作者会将Merkle树的Merkle根（即计算的结果）返还给主链，另外还会将该Merkle树中涉及某项资产交易的Merkle分支发送给该资产当前的所有者。

根据上面的工作原理，我们可以知道Plasma的几个问题：

（1）退出周期比较长，因为资产要先从主链转移到Plasma链上，Plasma链进行交易后生成区块，然后返还给主链；当要推出时，需要先将资产从Plasma链上退出，这个过程需要很长的周期；一般是7-14天。

（2）Layer1的安全性问题无法从根本上解决，由于资产从主链上先需要转移到Plasma链上，虽然验证的方法使用了带有奖励机制的欺诈证明方式，但仍然不能从根本上解决资产安全性的问题。

（3）并没有从根本上解决交易效率的问题，因为Plasma的工作机制是每隔一段时间一次批量处理并生成Merkle树，那么如果遇到极端的行情或者情况，大量的用户在这个时间段内发起资产的提取操作，也就意味着大量的结果会发布到主链上，主链的拥堵问题仍然面临巨大的压力。因为从根本上来说Plasma并没有解决交易效率本质的问题。

4、Rollups

由于Plasma方案存在无法解决资产安全性（数据可用性）等问题，所以逐渐走向没落，而更具优越性的Rollup方案开始成为当前最受关注、最具落地价值的Layer 2方案。

Rollup的工作原理和Plasma很相似，但是两者存在根本性的不同，是Plasma没有解决资产的控制权问题，而Rollup解决了这个根本性的问题：

Plasma本质上是将计算和数据都转移到链下（即将资产从以太坊的主链上转移到了Plasma链上） ，由于Plasma返还给以太坊主链的是处理后的结果（即Merkle根），Merkle根是一个计算好的结果，没有包含每一笔交易的信息。如果Plasma链操作者拒绝将底层的交易数据发给用户，那么就存在数据不可用的问题，进而影响资产的控制权问题和安全问题。

而Rollup方案是将链下大量的交易进行打包压缩，然后将压缩的数据发布到主链，所有发布到主链的压缩数据中包含了每笔交易的基本信息，这就保证了数据的可用性（可验证性），进而可以实现对操作者的免信任。实现了资产的可验证性，进而实现了资产的控制权问题，但依然没有完全解决资产的安全性问题。

由于Rollup的解决方案是通过返还压缩数据包（包含每笔交易的基本信息）来验证其交易的真实性问题，但是我们仍然不能保证每一个笔交易都是真实的，所以其依然存在中有一个核心的安全问题。

因此针对这个核心的问题，出现了三种不同的解决方案，但本质来说其实两种方案，分别是 基于「有效性证明」的ZK Rollup 、基于「欺诈证明」的Optimistic Rollup和基于多轮交互式「欺诈证明」的Arbitrum Rollup 。

4.1 ZK Rollup

上文我们解释了Rollup的工作原理，在这里我们就不再赘述；我们直接剖析其本质的区别的是什么？

ZKRollup的证明机制采用的是zk-SNARK或zk-STARK（“zero knowledge” 零知识简洁无交互证明）技术。零知识证明是指证明者（操作者）能够在不向验证者提供任何有用的信息的情况下，使验证者相信某个论断是正确的。这种结果是经过数学方法验证过的，不会出现差错。即安全性得到了科学的保障，且由于不需要交互式欺诈证明，其转款时间大大提高了。

但其缺点现在也很明显，即由于Layer2返还Layer1的结果需要先进行运算证明，其由于zk-SNARK或zk-STARK的运算极其复杂，所以就需要一些运算能力更强的芯片（比如FPGAs或者 ASICs）进行支持。同时由于其技术运算比较复杂，就使得一些功能的扩展可能会受到一些限制，同时导致了成本较高的问题。

所以说ZK Rollup对通用型的智能合约（例如DeFi应用）的支持不友好，当前 更适用于普通转账交易等应用场景 。

4.2 Optimistic Rollup

Optimistic Rollup和ZK Rollup的差别在于，Optimistic Rollup采用的交互式欺诈证明的方式来进行安全性的保障，即当Layer2的计算结果返还Layer1的时候，当验证者认为这个结果可能存在欺诈的行为时，验证者发起挑战，然后主链冻结资产，进行交易数据和记录验证，最后证明其是真实的交易还是欺诈的交易。而其他时候，当没有验证者怀疑这个结果的时候，主链默认这些结果都是真实的，所以 这个技术被定义为人性本善的“乐观-Optimistic”Rollup 。

该技术优点是：功能扩展很容易；费用比较低。

缺点是：安全性低（没有从根本保障资产的控制权问题，即资产的安全性受到了威胁）；资产会被冻结；退出周期长。

4.3 Arbitrum Rollup

Arbitrum同样是采用欺诈证明，与Optimistic Rollup原理大致相同，主要的区别在于解决挑战期内争议的方式。

Optimistic Rollup采用单轮欺诈证明，在Rollup运行过程中，如果有人对操作者的批处理操作产生质疑并发起挑战，那么就会在主链上一次性模拟调用执行整个批处理的数据，以验证是否存在欺诈。

而 Arbitrum采用的是多轮欺诈证明，将规模大的争议拆分成小的争议，一步一步找到该项争议在批处理中的具体位置，然后再通过主链上的智能合约执行该部分来确定它是否正确 。也就是仅在以太坊主链中执行最关键的一步，而非执行整个批处理进行验证。

多轮欺诈证明相比单轮欺诈证明，优点在于能够减少主链上的工作量，消耗gas更低；缺点在于多轮验证需要耗费更多的时间；两者的本质可以归结为解决争议时的链上成本和时间成本之间的权衡。

Arbitrum的另外一个优点是可以完全兼容以太坊EVM，以太坊上的项目可以不修改任何代码地部署至Arbitrum（迁移至Optimistic Rollup需要更改代码），同时也可以使用MetaMask、Chainlink、Truffle等成熟的基础设施服务。

5、Validium

Validium的机制与ZK Rollup非常相似，唯一的区别是ZK Rollup中的数据可用性是在链上的，而Validium则将其保持在链外。数据可用性存储在链上限制了吞吐量——ZK Rollup在当前以太坊主网上有严格的使用上限——每秒2000笔交易（TPS），而使用Validium方案的StarkEx则是每秒9000笔。

优点是Validium获得了更高的吞吐量，交易时间更快，功能的扩展性更强。

缺点是安全性低（资产的控制权没有得到保障，资产的安全性问题不能满足），资产会被冻结。

 

05. Layer2的技术对比以及发展格局预判

 

ETH2.0治本，Layer2治标，多技术解决方案融合共生，ZK Rollup是最佳解决方案，根据以上技术的分类剖析，我们对比了Layer2的解决方案。

通过对上面各项Layer2的解决方案剖析，我们发现没有一个绝对完美的解决方案，因此我们依然认为最佳的解决方案仍然是ETH2.0的主链扩容方案，但这个技术升级依然需要很长的时间周期和技术人才的努力。

本质来说ETH2.0是治本的，Layer2是治标的 。但是即便ETH2.0完成升级，Layer2也不是没有空间，Layer2依然有它存在的生态位置，因为以太坊依然有他的功能扩展需求，更安全的资产应用场景需求等等；所以两者是共生共存、相互补足的关系。

而Layer2的这些方案里面，由于资产的控制权问题导致的安全性问题，使得很多Layer2的方案已经逐渐被淘汰，比如状态通道和Plasma；而其他能够满足这个问题的方案也渐渐展现出了他们的生命力，比如Rollup的解决方案，其中Optimistic Rollup和Arbitrum是在目前的技术背景下最易实现的方案；但是其本质上依然没有从根本上解决资产的安全性问题，所以我们认为而随着零知识证明技术的进步，ZK Rollup则更有可能成为最终的Layer2方案。

当然在技术没有完成迭代和以及商用成本考虑的多方面因素，我们认为各种Layer2的方案应该在相当长的一段时间内是融合共生存在的，正如当下的情况。

 

06. Layer2的格局和投资机会

 

用户数和功能性能的综合是市值高低的决定因素，ZK Rollup是未来最重要的发展方向。

从目前来看， 主要项目里面，Polygon是绝对的龙头，是Layer2聚合平台，融合各家之长提供更加广阔的使用场景 。OMG拥有最多的用户数据，但是由于其只有一个节点支撑运行，存在严重的中心化问题，所以市值也不是很高；同时我们看到ZKSwap虽然目前是用户数最少的，但是由于其极致的用户体验和无Gas费的0成本优势，使得其市值位居这些项目里面的第二位。

同时我们也看到Polygon也在积极转向ZK Rollup方向，说明未来Layer2的投资方向依然最看好ZK Rollup方面的机会。

另外，近期传统领域对比特币的共识越来越高，众多传统企业纷纷考虑支持比特币支付，许多定位于加密支付的初创企业纷纷获得巨额融资，比特币的支付或许是比特币进一步发展的一个方向，可以关注比特币Layer2在解决支付问题方面的进展。

 

07. 风险提示

 

监管政策不确定性 。目前区块链处于发展初期，全球各国对区块链技术、项目融资和代币的监管都存在一定不确定性，因此行业公司项目发展存在不确定性。

区块链基础设施开发不达预期 。区块链是解决供应链金融和数字身份中核心技术，目前区块链基础设施尚不能支撑高性能网络部署，去中心化程度和安全都会对高性能存在一定的牵制，区块链基础设施存在开发不达预期的风险。

投机性风险广泛存在 。Layer2仍然处于发展早期，技术发展方向并没有确定，同时市场参与者的不理性因素导致投机性的行为广泛存在。

参考资料：

1、《深度丨曾经那些基于比特币的“天王级”Layer2项目，现在如何了？》；

2、《通证通研究院_2018-12-07_区块链技术引卷之二：扩容，解决区块链的阿克琉斯之踵》

3、《五分钟看懂Layer2起源、发展及未来》

4、《什么是闪电网络其工作原理是什么》

5、《什么是闪电网络？闪电网络有什么意义？》

6、《一文带你读懂闪电网络九大优缺点！》

7、《千层蛋糕：Layer-2 指南》

8、《[币萌研究院] 主流 Layer 2 扩容方案盘点》

9、《以太坊：Layer2治表 ETH2.0治根》

10、《从Polygon思考Layer2的“未来之路”》

11、《如何使用Polygon进行应用扩展》

12、《波卡生态观察丨深度探究波卡能给Layer2带来什么惊喜？》

13、《关于ETH2.0的思考》

其他参考文献，列举不详，均值得参考和学习