区块链扩容简史：从比特币到Layer2

可扩展性一直是区块链世界的一大问题。随着这项技术变得越来越主流，网络迅速挤满数百万用户，以后究竟会发生什么呢?

区块链——一项最初只是发烧友之间的利基项目——能成功地扩展到全球水平吗?这是个大问题。现在，答案是否定的，但这种情况正在迅速改变。

在本文中，我们将探讨有关区块链扩展的一些挑战、一些拟议的解决方案以及未来的发展趋势。

比特币网络扩展

要真正理解区块链的规模问题，不妨回顾一下比特币的早期。比特币是一个非常简单的区块链，有一个简单的用例：发送和接收数字货币。

从一开始，比特币用户就注意到了一个可扩展性问题。如何确保这个去中心化的网络能够处理大量(并不断增长)的用户？

这是一个基本的计算机网络问题。只有这么多带宽可用来处理发生的交易。最重要的是，用户需要通过检查记录来验证每个交易，这需要一定数量的存储空间。

最终，不可避免的事情发生了——比特币协议被填满了。其结果是处理更多交易时会出现问题，这会减慢一切速度。为了解决这个问题，出现了许多新项目，它们实际上只是比特币代码的新副本。

但这并不是一个真正的解决方案，因为这些新链是比特币独立的网络，两个链之间不可能通信。最重要的是，随着时间的推移，这些新的区块链注定会遇到同样的问题，因为它们塞满了越来越多的用户。

我们需要一个更好的解决方案。但在此之前，让我们快速了解一下以太坊是如何处理这个问题的。

智能合约网络扩展（如以太坊）

以太坊的兴起扩展了我们可以用区块链做的事情。它允许智能合约，这使得它可以有比比特币更复杂的用例，以及在区块链上构建计算机程序。

其中一个问题就是所谓的中止问题。这实际上是在程序中创建一个无限循环，导致它永远运行。如果这种情况在以太坊区块链上发生得太多，就会堵塞整个网络并毁掉它。

解决方案是一种叫做gas的东西。这允许用户在以太坊上运行程序，只要他们支付了足够的gas费用。当gas耗尽时，程序停止运行。这是一种巧妙的解决方案，可以让玩家在不产生无限费用的情况下运行无限循环。

这样可以保持网络运行，避免阻塞和减速，这使得ETH区块链可以运行计算机程序而不会被淹没。

了解区块链的可扩展性问题

为了探索区块链的可扩展性挑战的一些解决方案，我们更容易回到比特币的例子。

如果太多的人开始互相发送比特币要怎么办?在给定的时间内只能发生这么多的交易，那么当需求超过这一数量时，会发生什么呢?

结果是，有大量的交易，但区块链上没有足够的空间，这导致了漫长的等待时间和每笔交易的高额费用。

最初的解决方案是简单地增加区块链可以存储的信息量。提高区块大小限制，使用户可以运行的交易数量翻倍。

这是一个简单的解决方案，有一个小缺陷——当它被填满时，用户必须再做一次。如果继续这样做，那么保存区块链螺旋所需的存储空间就会失去控制，使得普通用户不可能在自己家里运行比特币软件。

另一种解决方案是缩短创建新区块所需的时间。这样做的问题是需要一个确认期来确认新区块的有效性。在更短的时间内，用户甚至可以在意识到问题之前创建100个新区块。

我们称这些为“Layer1解决方案”，它们都不能作为长期解决方案。那么我们该怎么做呢?

针对区块链扩展性的解决方案

下一组可扩展性解决方案可以称为“Layer 2解决方案”。

一个例子是State Channel。它的工作原理是，用户可以通过简单地将类似的交易分组在一起，减少交易的总数量，从而大大减少区块链的压力。

例如，如果我想和你进行多次交易，我们可以等到所有的交易都堆积起来，然后运行一个大的交易，将它们合并在一起。通过跟踪经常一起交易的人们之间的关系，可以用这种方式对他们的交易进行分组，从而允许在同一个区块链上进行更多的整体交易。

而目前Layer 2扩容的主流方案是rollups，其本质是将原本分布在区块中的大量交易数据，打包成一笔集合的交易，发布到链上。为确保其中每笔交易的有效性，各种 Rollup 方案设计了不同的机制以确保整个过程的安全性与 Layer 1 保持一致。这个解决方案又可进一步细分为：ZK Rollups、Optimistic Rollups（最近上线主网的Arbitrum使用的就是Optimistic Rollup）。

ZK Rollup：以零知识证明 zk-SNARKs 的密码学技术确保安全性

Optimistic Rollup：继承了 Plasma 的惩罚机制，以确保节点如果作恶将付出很大的代价。

但是，不同rollups之间并不能直接交互，资产和数据的转移需要回到主网，而这依然需要漫长的等待。

区块链可扩展性的未来

在过去的十年中，可扩展性的情况有了很大的改善。我们可以把它比作互联网的早期，当时这项技术正在努力应对急剧增长的用户群，以及与之相关的挑战和放缓。

为了应对这种爆发式的增长，已经有开发者在准备跨rollups之间的交互方案，Vitalik也提出了跨rolluops DEX的技术设想，并由Orbiter Finance落实。

我们今天的解决方案——特别是L2解决方案——都是相当好，但它们不足以在全球范围内支持区块链。然而，情况正在改善。

答案最终将需要许多不同的解决方案的组合。我们的首席执行官马修·古尔德预测，未来将有100倍的改进——足以让区块链在全球范围内成功运行。