本週三（24）鏈上數據分析網站 Nansen 宣布即將整合以太坊第二層擴容方案 Arbitrum 網路，使他們的全球零售和機構級用戶能夠識別去中心化金融 (DeFi) 市場的新興趨勢。 Nansen 將深度探討為何 Arbitrum 將在不遠的未來引領以太坊的擴展，並對目前以太坊擴容解決方案進行全面科普。本文原文來自 Nansen，由動區專欄作者 深潮 TechFlow 進行編譯和整理。
（前情提要： 以太坊未來 | 相比其他 Layer2 Rollup 方案，Arbitrum 好在哪裡？）
在加密貨幣的歷史上，有三次以太坊網路的 gas 費飆升到天文數字的情況：2017 年的牛市，以及 2020 年夏季的 DeFi 和 2021 年夏季的 NFT 熱潮。
每當 gas 費再次暴漲時，一場關於以太坊區塊鏈的可擴展性的討論便又再次回到了舞台中央，同時許多人還競相尋找下一個具有競爭性的區塊鏈來投資。
實際上，我們不得不面對 gas 費只是冰山一角。 gas 費如此之高的原因是當前的以太坊還沒有能夠擴大規模，也就是說，對交易的需求仍然多於以太坊區塊鏈每次實際能夠承擔的數量。
你可能有這樣的印象，關於可擴展性的辯論是由加密貨幣的策劃者和開發人員主導的，他們讓人很難理解到底為什麼以太坊面臨擴展問題，擴展究竟意味著什麼，以及這種擴展性競賽對你自己和加密貨幣領域的利害關係一開始是怎樣的。下面便是對當前情況的解讀。
關於擴展問題討論的新手科普
區塊鏈是一種處理交易並將其記錄在區塊中的模式，區塊鏈的創建不需要可信的權威機構，並且可以避免重複消費。早期的區塊鏈，如比特幣和以太坊，基於他們的共識模型來處理和記錄這些交易的工作量證明。
在工作量證明模式中，當你發起一筆交易後，它會被放在一個待處理交易池中，並被傳播到網路的所有節點。雖然它被傳播到所有節點，但只會有一個礦工來對這項交易進行計算，並透過將它與其他交易一起添加到一個區塊中來進行驗證，以此獲得採礦的 gas 費獎勵。
首先，交易在驗證之前和之後都要傳播到網路上，這使得交易的處理時間很長。其次，數字計算所需的計算能力消耗了大量的電力。最後，一個區塊可以包含的交易量是有限的，這使得用戶之間產生了競爭，同時也使得 gas 費 —— 礦工願意接受的處理交易的最低價格 —— 提高了，並且它的價格有時超過正在交易的價值。
隨著更多利用區塊鏈技術處理和儲存交易的 dApps 在主網上建立（目前約有 3,000 個），這正日益成為一個問題。
由此可見，為了解決這些問題，以太坊必須進行擴展，這可以透過增加網路可以處理的交易數量（以 TPS，每秒交易量衡量）以及交易速度來實現。為此，一些擴展方案已經在開發中，其中主要是以太坊 2.0，對標 第 1 層擴展方案、側鏈和第 2 層擴展方案。
以太坊 2.0、Polkadot 和 Solana 等第 1 層擴展方案在結構上改變了以太坊的底層共識和鏈模式，而第 2 層擴展方案則是建立在以太坊主網及其協議之上的。
賭注很高，風險很大。在這場競賽中脫穎而出的少數區塊鏈將為整個 DeFi 空間和 NFT 提供動力，維持 DAO 和虛擬世界，同時也為整個創造者經濟和元宇宙提供支持。
我將在下面詳細說明為什麼我相信像 Arbitrum（Marc Cuban、Polychain Capital 和 Pantera Capital 投資的公司）這樣的第 2 層擴展方案將在未來至少五年內引領以太坊的擴展性。
以太坊可擴展性解決方案的簡要概況
如上所述，擴展是指增加交易吞吐量（可處理的交易數量）和提高交易速度。下面簡要介紹一下目前旨在實現這一目標的現有方案：
有兩種擴展區塊鏈生態系統方式。
第 1 層擴展方案
第 1 層方案處理底層協議，也就是主網區塊鏈本身的程式碼，以此來提高區塊鏈的交易能力。它們可以進一步劃分為：
協議改進
協議改進是對底層協議所做的改變，以擴大交易吞吐量，具體而言是透過增加一個區塊中可放置的交易數量（僅在短期內可持續），減少區塊創建之間的時間差，或透過從工作量證明共識模式到權益證明的結構性轉變來實現。
與「工作量證明」模式不同，「權益證明」根據他們在協議中投入的代幣數量來選擇驗證者。由於驗證者是在此基礎上選擇的，因此不再需要大量的計算能力，也不存在讓 gas 費達到天文數字的礦工競爭。交易的驗證時間要短得多，因為單個節點不必像基於 PoS 的區塊鏈 Solana 30,000 TPS 和 Polkadot 1,000 TPS 那樣投入那麼多處理能力。作為比較，以太坊只能處理 16 個TPS。
分片
分片將一個區塊鏈的計算任務和數據空間劃分為多個鏈（以太坊 2.0 有 63 個以上）。分片區塊鏈協議自然意味著將初始網路的節點分為更小的組，每個組負責批准待定交易的獨特子集並儲存全局狀態的子集。
透過可驗證的隨機函數實現的加密排序機制，節點被分配到分片，以避免分片由大多數惡意節點組成時的分片接管攻擊。由於特定於一個節點的交易是由它而不是由整個區塊鏈來驗證的，因此沒有導致高費用的競爭，交易也更快，這反過來又增加了一秒鐘內可以處理的交易數量。根據 Vitalik Buterin 的說法，分片以及 PoS 共識模型應該能夠在以太坊 2.0 上實現 100,000 TPS。
第2層擴展方案
第 1 層擴展方案改變了區塊鏈的協議，第 2 層擴展方案是由鏈上構建的智能合約實現的對第 1 層擴展方案的擴展。透過在向第 1 層擴展方案報告之前將交易的執行外包出去的方式，第 2 層擴展方案為交易的處理創造了額外的空間。有很多種方法可以實現這一點。
側鏈
首先，你可以將資產轉移到交易費用和速度更理想的側鏈上（例如，xDai 使用的委託權益證明共識機制允許在 0.000021 美元的情況下實現 5 秒的TPS）。資產的跨鏈轉移是透過雙向錨定（2WP）協議實現的，該協議在第一條鏈上鎖定資產，然後在第二條區塊鏈上創建一個交易，其輸入的信息包含加密證明，證明鎖定是正確的。這方面的一個完美例子是Polygon。
Plasma
其次，Plasma（參見 Joseph Poon 和 Vitalik Buterin 的白皮書）是區塊鏈系統中的區塊鏈構造。資產被發送到管理 Plasma 鏈的智能合約中，由該合約執行交易。除非有詐欺的證據，只有區塊頭的算力才會在根鏈上提交，當詐欺發生時，區塊會被回滾，區塊創建者會受到懲罰。這種「只有當」的方案帶來了巨大的可擴展性，因為使根區塊鏈的狀態更新最小化會讓交易更快。
狀態通道
狀態通道是指允許參與者在鏈外進行 x 次交易但只向以太坊網路提交兩次鏈上交易的開源協議和智能合約。用戶在第一次打開通道時，必須創建並支付一筆以太坊交易。而當其準備要關閉通道時，用戶又必須支付費用來處理以太坊區塊鏈上的交易。
這減少了必須處理和儲存的交易數量，並將 gas 費用減少到只打開和關閉一個通道所需要的花費。在以太坊上利用狀態通道的主要項目有 State Channels、Celer、Perun 和 Raiden。
Rollups
Rollups 透過在單個「批次」中進行匯總交易，使用壓縮工具（例如，減少價值長度的科學符號，以字節為單位）以及在鏈外驗證它們，然後將狀態數據儲存在第 1 層擴展方案上，從而來擴大主網。壓縮和批處理帶來了更高的吞吐量，使得每個交易的速度加快以及成本最小化。
其次，根據驗證方式不同，rollups 有兩種不同的類型。我們驗證的方式是在交易被分批處理後，檢查後狀態的根（即帳戶餘額、合約程式碼等，這些都是「在 rollups 內」的）是否正確。
在 zk rollups中，每一批交易都會產生一個有效性證明，稱為 ZK-SNARK，而像 Arbitrum 這樣的 optimistic rollups，只有當一個節點懷疑某個交易是詐欺性的，才會進行證明計算，從而進一步提高交易速度和吞吐量。
延伸閱讀：以太坊非技術科普｜你的 Layer 2 Rollup 白話翻譯機
作為一個用戶，我應如何與 Arbitrum rollup 進行互動？
作為一個用戶，你最有可能與 Arbitrum 互動的場景是當你使用 dApp 時，這些 dApp 就是你通常在以太坊上使用的並且需要交易的，（例如 Uniswap 或 Aave）。更具體地說，當你要與 Arbitrum 互動時，首先將 Arbitrum One 網路擴展添加到你的 MetaMask 錢包中，並連接到它，然後橋接資產。
延伸閱讀：Layer 2》10分鐘帶你深入了解 Arbitrum
為什麼 Arbitrum 將在不遠的未來引領以太坊的擴展？
Arbitrum 解決了區塊鏈的三難困局：可擴展性、去中心化、安全性。
僅僅擴大規模是不夠的。在增加其交易吞吐量的同時，區塊鏈必須保留區塊鏈技術的兩個基本屬性：去中心化和安全。這就是所謂的區塊鏈三難問題。
截至目前，唯一能滿足這三個要素的以太坊擴展方案就是像 Arbitrum 這樣的 rollups。在 Arbitrum 上已經處理的交易總數達 356 萬筆，2021 年 9 月 12 日，日交易數量達到最高的 26.8 萬筆。
在處理能力方面，Arbitrum 應該可以實現 40,000 個 TPS，與使用以太坊底層擴展相比，有 5 倍的平均成本優勢（目前以太坊為 2 美元對 10.38 美元，見實時第 2 層擴展費用）。除此之外，Arbitrum 實際上正在努力將費用進一步降低 90% – 95%，這意味著你只需花幾十美分就能鑄造一個 NFT 或轉移 eth。
在 Arbitrum 上每天花費的 gas 費總額也一直低於以太坊。而 9 月 12 日的明顯飆升則是由於一個名為 ArbiNYAN 的第 2 層擴展流動性挖礦平台的推出。
Arbitrum 實現了這種高吞吐量，同時從第 1 層擴展共識中獲得了安全性。
作為比較，早期的第 1 層擴展方案，如 Ethereum 和 Bitcoin，優先考慮了去中心化和安全，但犧牲了可擴展性，這一點從今天的高 gas 費就可以看出。同樣，其他有競爭性的第 1 層擴展方案，如 Solana 和 EOS，因為分別只有 200 和 21 個節點控制他們的網路，導致它們犧牲了去中心化。
反過來，中心化也會影響安全，因為其會增加 51% 的攻擊機會。同樣，側鏈有可能在主網中帶來攻擊載體，因為它們依賴於自己的共識和區塊驗證模型。
另一個安全性有限的例子是協議的改進，因為具有「更大區塊」區塊鏈本質上更難驗證，並可能變得更加中心化，反過來同樣導致了其更不安全。然而，請注意，並不是所有的 rollups 在早期都是去中心化的，儘管大多數，甚至所有，都致力於逐步去中心化。
延伸閱讀：科普｜Uniswap, Sushiswap 都要在 “Arbitrum” 上部署，如何簡單理解它？
Arbitrum 是迄今為止最兼容 EVM 的第二層擴展解決方案
Arbitrum 是截至目前最兼容 EVM 的第2層擴展方案。這使得開發人員將現有的以太坊應用程序遷移到 rollups 上幾乎是不費吹灰之力的，因為他們不需要重寫程式碼。 Arbitrum 目前可以支持不計其數的 dApp，是最大的以太坊第二層網路，在 DeFi 協議中鎖定的總價值超過 23 億美元。
作為比較，ZK-rollups 和支付通道只支持簡單的支付、交換和其他特定應用的使用。目前，它總共有 2,361 個經過驗證的合約，自 9 月以來，平均每天增加12個合約。
隨著更多的 dApp 被整合到 Arbitrum rollup 中，Arbitrum 不僅對開發者非常有吸引力，也因此對用戶很有吸引力。使用 Arbitrum 的特定地址數量的增加證明了這一論斷。
在這些地址中，聰明錢地址似乎對 Arbitrum 給予了特別關注。如下所示，使用以太坊的 ETH 百萬富翁中有 50% 也使用 Arbitrum。對於那些還不熟悉 Nansen 標籤的人來說，ETH 百萬富翁是指 ETH 餘額至少為 100 萬美元的地址。
簡單來說，它建立在加密貨幣領域的王者 —— 以太坊 —— 之上。
我們相信像 Arbitrum 這樣的 rollups 將在未來幾年主導以太坊的可擴展性的另一個原因是，它們是建立在以太坊上的，而以太坊是加密貨幣領域的王者。這使他們具有先發優勢。
首先，就使用情況而言，以太坊仍然是世界上最流行的區塊鏈協議，上面有 3,000 多個dApps、DeFi、NFT、DAO 和虛擬世界生態系統。比特幣是這方面唯一可以相提並論的區塊鏈，但其缺乏承載 rollups 的能力。
其次，與大多數人所認為的以太坊 2.0 會使 rollups 過時的觀點不同，考慮到以太坊 2.0 在幾年後才會全面部署，Arbitrum 等 rollups 應該是第一個事實上的擴展解決方案。
而恰恰相反，數據分片，即以太坊 2.0 的第二步，主要是為了加速 rollups。有 rollups 分割儲存的狀態，有分片分割交易的歷史，還有 rollups 將自己註冊到特定的分片中，rollups 的吞吐量的可擴展性是指數級的，到 2030 年有可能達到 1,500 萬 TPS。
由於這些原因，很明顯，像 Arbitrum 這樣的 rollups 在不久的將來會有獨特的地位來領導以太坊可擴展性解決方案的浪潮。
準備好迎接第二層擴展方案代幣的到來
除非你是開發者或早期投資者，否則你仍然可以通過購買項目的原生代幣來獲得曝光。雖然大多數像 Arbitrum 這樣的 rollups 還沒有原生代幣，但我們可以預計大多數 rollups 項目最終都會發布。
目前 rollups 面臨的一些挑戰
第一個挑戰是，對於 optimistic rollups 來說，提款期很長。提款可能需要 7 天時間，因為提款需要有一定的延遲，以便在交易被懷疑為詐欺的情況下，有時間公佈詐欺的證據並取消提款。
其次，保證 optimistic rollups 安全的條件是，至少有一個節點是誠實的，並能識別詐欺性交易。
除此之外，儘管我們可以期待透過 rollups 移動資產和數據將變得越來越容易，但 rollups 仍處於早期階段，還不具備互操作性。儘管如此，還是有像 Hop、Connext、cBridge 和 Biconomy 等具備互操作性的解決方案。
最後，許多人認為，儘管由於用戶都被激勵去得到最好的價格，以太坊的流動性在不同的 rollups 之間是分散的，但是隨著時間的推移，流動性會累積到像 Arbitrum 這樣的 rollups 上。
從現在起五年後的 rollups
實事求是地講，從長遠來看，rollup 的潛力並不限於以太坊。可擴展性解決方案的未來實際上是一個由多個第 1 層擴展方案鏈上，相互依賴的擴展解決方案所組成的更複雜系統。在這個複雜的未來，我們還是可以期待三個主要趨勢。
如上所述，在短期內，Arbitrum 等以太坊上的 rollups 將主導擴展解決方案的格局，然後將通過部署以太坊 2.0 及其分片方案進一步加強。第 2 層擴展方案，包括但不限於 rollups，將展現出其進步的方面並使其性能變得越來越高，從而在執行方面與第 1 層擴展方案競爭。
接下來，當其他具有競爭性的第 1 層擴展方案達到滿容量時，它們將越來越多地開始在其主網的基礎上建立 rollups。事實上，大多數人仍然不能搞清楚r ollups 的潛力，每個第 1 層擴展方案都會需要 rollups。
以太坊只是第一個一直在為它做準備的，而且已經有相當長的一段時間了（自 2015 年以來）。例如，Tezos 正在接受一個以 rollups 為中心的路線圖。同樣，NEAR、Celestia 和 Polygon 也是如此，他們最近剛剛宣布了基於擴展解決方案 Polygon Maiden 的高級 zk-STARKs（源自 zk-Rollup）。
事實上，考慮到對以太坊和區塊鏈的需求只是單向的，我們也可以預期，所有的擴展解決方案將同樣有效和必要，以滿足當前和未來市場參與者日益增長的需求。
結論
總之，高昂的 gas 費用確實只是冰山一角。以太坊自成立以來就一直面臨著擴展問題，而目前眾多的擴展方案都是為了解決這一問題。
其中，Arbitrum rollups 不僅是目前最大的以太坊第 2 層網路，也有可能在未來幾年內主導擴展方案。事實證明，Arbitrum rollup 有能力在不影響主網的去中心化和安全性的情況下擴展以太坊的規模。當更多試圖獲取盡可能最好的價格的用戶轉向 Arbitrum，更多的開發者將在其基礎上進行開發，因為它是最兼容 EVM 的。
拋開以太坊，rollups 也是一種範例，其將被輸出到其他具有競爭性的第 1 層擴展方案中，並融合到正在變得日益複雜的各類擴展方案中。
對於加密貨幣領域的每個人來說，像 Arbitrum 這樣的第 2 層擴展方案不僅僅是一個投資問題，它們更是 DeFi、NFT 空間中正在進行的和未來的項目的基礎，它們將不僅維持 DAO 和虛擬世界，也將支持整個創造者經濟和元宇宙。
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