相比以太坊-為什么比特幣更加需要Layer2

2023-08-30 00:08:16

2020年以來，Defi業務飛速增長，TVL 從6億美元增長到370億美元，增長了60 倍。隨着區塊鏈鏈上交易使用量迅速增大，加之DeFi應用場景的發展，區塊鏈網絡變得日益擁堵，主網擴容勢在必行。那么為什么不管是比特幣還是以太坊都不直接選擇提高區塊容量來提高交易承載量呢？原因在於當區塊容量擴大時，會讓更多小型節點退出，逐漸走向中心化。因此，开發者將目光轉向發展Layer2，這種方案構建在現有區塊鏈網絡之上來提高其效率，通過卸載一些處理來減少網絡擁塞和與鏈上交易相關的過高成本，這個過程不會影響現有Layer1區塊容量大小，避免走向中心化。目前，比特幣平均每秒處理7筆交易，而以太坊網絡每秒能夠處理約30筆交易，相比之下，Visa平均每秒處理約1700筆交易。隨着使用這兩種區塊鏈的人數隨着時間的推移而增長，比特幣和以太坊都幾乎達到了容量限制，需要解決方案來幫助它們容納更多用戶。本文我們就將深入探究為何相較於以太坊，比特幣更加需要Layer2，並分析當前比特幣Layer2的阻礙和前景。

比特幣 VS 以太坊

比特幣和以太坊之間的基礎區別

比特幣是第一個基於區塊鏈技術的加密貨幣，為數據賦予了價值。作為點對點的電子現金系統，它獨立於任何中央機構運作。比特幣主要做一些簡單價值傳遞，例如Bob在某個時間把一定量的比特幣打給Sally，並且能調節的參數僅有轉账時比特幣的數量。

以太坊是一個去中心化的开源分布式區塊鏈網絡，由其原生加密貨幣以太幣提供支持，用於進行交易並與構建在以太坊網絡之上的應用程序進行交互。雖然比特幣使用區塊鏈技術進行貨幣交易，並允許將節點和消息附加到每筆交易，但以太坊更進一步，使用區塊鏈創建去中心化計算機。以太坊依靠編程語言Solidity結合區塊鏈技術，推出了智能合約开發環境，讓开發人員可以進行更復雜的數據處理，完成對去中心化應用的开發，突破比特幣僅僅實現簡單價值傳遞的局限性。

雖然比特幣和以太坊網絡都基於分布式账本和加密的概念，但它們在技術規範方面有很大不同。

首先比特幣作為數字黃金等價物用於存儲價值，其本質上是貨幣交易，而附加到比特幣網絡交易的數據僅用於記錄交易信息。而以太幣則用於為以太坊網絡及其應用程序提供動力，以太坊上的交易可以包含可執行代碼來創建智能合約或與使用它們構建的自執行合約和應用程序進行交互。

其次，比特幣使用Omni層發行新的代幣，這是一個用於在比特幣區塊鏈上創建和交易貨幣的平臺，Omni層的採用主要圍繞穩定幣。而以太坊代幣按照不同的標准發行，其中最流行的是ERC-20標准，定義了網絡上代幣的規則。ERC-20 標准包括开發人員在推出代幣之前必須實現的多項功能。這些功能包括提供有關代幣總供應量的信息、提供用戶地址上的账戶余額以及允許資金在地址之間轉移。

最後，這些網絡之間的其他差異還包括共識機制的不同、添加新數據塊時間的不同以及每秒處理交易數量的不同。

不同的擴容解決方案

目前比特幣擴容解決方案之一是技術改進，這是一種鏈上擴容解決方案。例如2017年的隔離見證（SegWit），這是一種將一些數據“隔離”到傳播網絡的每個區塊的可用空間之外的升級，通過從比特幣交易中刪除籤名數據來增加區塊鏈的塊大小限制的，當交易的某些部分從區塊中刪除時，這會釋放空間或容量以將更多交易添加到鏈中，SegWit升級將區塊空間擴容到4MB。2021年的Taproot升級簡化了交易處理，使得在比特幣網絡上確認交易變得更容易、更快捷。它還增加了可處理的交易數量，並降低了網絡上交易的總體成本。

此外，开發人員一直在研究鏈下Layer2擴展解決方案，首先是在閃電網絡的基礎區塊鏈之上構建交易層的解決方案。在閃電網絡上，交易速度快且費用極低，因為它們是通過用戶創建的支付渠道發送的。閃電網絡的用戶生成的支付通道是用比特幣預先提供資金的，並且可以允許大多數交易從基礎區塊鏈轉移到這個第二層網絡。這些交易不會在比特幣網絡本身上結算，因為在基礎比特幣區塊鏈上結算的唯一交易是那些打开和關閉閃電網絡支付通道的交易。其實比特幣側鏈，是在比特幣區塊鏈上，建立一個與比特幣主鏈相互獨立但又能夠與其進行交互的並行鏈，側鏈利用主鏈的安全性和穩定性，構建了一套相對獨立的區塊鏈系統。在比特幣側鏈上，用戶可以進行各種不同的操作，例如創建新的數字貨幣、運行智能合約、實現隱私保護等。相比於比特幣主鏈，比特幣側鏈可以為比特幣提供更多的功能，增強比特幣的可擴展性和靈活性。

以太坊的擴容方案也分為鏈上擴容和鏈下擴容。鏈上擴容是對區塊鏈本身的性能提升，對以太坊本身進行改造來得到更好的擴展性；鏈下擴容是與第一層主網分开，在無需更改現有以太坊協議的情況下實現更高的擴展性。

鏈上擴容的核心是通過改變一層主網協議達到擴容效果的解決方案，這是對以太坊本身進行技術升級，這涉及到以太坊的決策流程，因此需要以太坊开發人員、研究人員、社區成員共同決定。當前鏈上擴容主要採用分片（在下半年坎昆升級後逐步實現），分片鏈可以幫助將運行以太坊所需的計算資源分散到總共64個網絡中，這會降低對每臺運行以太坊區塊鏈的設備隨機存取存儲器的需求。

相較於以太坊鏈上擴容，以太坊鏈下擴容的生態更加豐富。鏈下擴容就是把交易或者處理的過程放在鏈下執行，要在不改變現有一層主網公鏈協議的情況下做擴展，對於鏈下擴容來說，最關鍵的問題就是交易數據的處理，交易數據的處理是否放在Layer1主網上會影響其安全性，所有鏈下擴容方案的差別就在於此。以太坊的鏈下擴容方案主要採用Rollup，該方案依賴於對大量交易進行分組的服務器，然後將它們直接提交到以太坊區塊鏈。另外一個二層解決方案稱為側鏈，這是與以太坊網絡並行運行的獨立網絡，允許用戶將代幣從一個網絡交換到另一個網絡協議，有效地允許他們使用基於以太坊構建應用程序，同時支付更少的費用。

相比以太坊，比特幣更需要Layer2增強其可擴展性

交易量不斷擴張，亟需Layer2作支撐

比特幣的區塊大小一直備受爭議。其實，在比特幣誕生之初沒有限制區塊的大小，其自身數據結構最大可以達到32MB。在當時，平均被打包的區塊大小為1-2KB，有人認為區塊鏈上限過高容易造成計算資源的浪費，還容易發生 DDOS 攻擊。因此，為了保證比特幣系統的安全和穩定，中本聰決定將區塊大小限制在1MB。按照每筆交易佔 250B，平均每十分鐘產生一個區塊的速度計算，比特幣網絡理論上每秒最多可以處理 7 筆交易。不過當時比特幣的用戶量較少，交易量也很小，沒有造成區塊鏈網絡的擁堵問題。不過在2013年後比特幣的用戶體量越來越大，比特幣網絡擁堵、交易費用上升的問題也逐漸湧現出來。

2023年初，Ordinals 協議為比特幣引入了新的發展方向，BRC-20代幣協議也迅速流行起來，市場的追捧使得比特幣網絡變得十分擁擠，運行成本也達到新的高度。單個比特幣交易區塊收取的費用已經超過了區塊獎勵，這證明了 Ordinals 和 BRC-20 對區塊空間的需求不斷增長。根據比特幣瀏覽器顯示，目前比特幣網絡未確認交易數據最高達到504,182筆，每秒7筆交易的處理速度已經明顯無法滿足用戶需求。同時，比特幣網絡交易手續費也大幅飆升，Gas 費超過500 聰/字節。

交易速度慢、交易確認時間長、交易手續費高以及網絡擴展性的限制，都阻礙了現階段比特幣生態的發展，所以說比特幣發展現狀需要Layer2作為支撐。

區塊擴容受阻，Layer2是最優選擇

早在2010年开始考慮區塊擴容方案時，雖然當時把容量設置為了1M時，但中本聰認為如果有擴容需求，直接在代碼中設定區塊高度自動升級區塊容量就夠了。中本聰隱退後，比特幣的开發維護任務由中本聰傳給了加文（Gavin），慢慢地不斷有其它开發者加入，發展成現在的Core开發團隊。

後來Core开發團隊內部關於要不要按中本聰的計劃，實行硬分叉移走1M的限制產生了分歧。多數开發人員覺得不應該移除這個限制，Core團隊認為如果移除這個1M的限制，以後的區塊會越來越大，提高運行節點的門檻，影響系統的去中心化程度，增加系統風險。

最終在安全性和擴展性之間，BTC社區首選了安全性，這些开發者提出了“隔離見證+閃電網絡”。為了解決影響閃電網絡的延展性問題，也為了實現部分擴容效果，2015年12月Core开發團隊提出了隔離見證（Segwit）方案。隨後，Blockstream公司CTO Gregory將閃電網絡寫入比特幣路线圖，形成了“隔離見證+閃電網絡”路线。至此，Gavin主推的區塊擴容方案和掌握比特幣开發主導權的Blockstream公司的Core开發者之間的分歧正式形成。不過也有一部分人拒絕這次技術升級，2017 年8月BTC 硬分叉衍生出 BCH。BCH 在硬分叉後，將區塊上限提高為 8 M，後續又提高到 32 M，平均 TPS 在 120 左右。此外，BCH 社區在2018年，因為技術升級路线的分歧，再次分裂，硬分叉出BSV (Bitcoin Satoshi Vision)。

事實上，比特幣區塊擴容方案的復雜度高，更被社區接受的方案是基於比特幣Layer1構建新的層級，既兼容並且不影響比特幣系統的同時，又解決鏈上擁堵的問題。從擴容之爭的最終結果看，Core派在取得了最終的勝利，比特幣區塊擴容被終止，比特幣在完成隔離見證之後，全力朝向閃電網絡、Sidechain等Layer2方向發展。

打破簡單账本局限，非圖靈完備的Layer2莫屬

我們在第一部分時談到過，以太坊打破了比特幣簡單账本局限性，建立智能合約體系實現復雜價值傳遞。因此以太坊自誕生起就一直在解決資產相關的金融需求，不論是其發行的資產ERC20（token）、ERC721（NFT），還是其鏈上Defi產品，如 Maker Dao，UniSwap，OpenSea等，無不滿足了用戶多樣化的需求。特別是以太坊有圖靈完備的虛擬機EVM，解決了資產鏈上結算的問題，所以EVM生態支持為token/NFT提供鏈上DEX，也成就了很多知名的Defi應用。

資產的發行和流轉之前一直是以太坊的敘事，但現在同樣也成為了比特幣的敘事。早在2014年以太坊出現時，比特幣就已經开始探索發行資產的業務需求。比如最知名的Omni Layer協議發行的最早的穩定幣USDT。當時，世界第一大加密穩定幣發行在比特幣網絡的UTXO的OpReturn上，然而由於那時的OpReturn 只支持80字節的內容空間，導致OmniLayer協議的失敗。於是比特幣網絡在後面不斷地進行了技術升級，包括我們提到的segwi升級和Taproot 升級，也正是因為這兩次技術升級，為比特幣後續生態的發展提供了可能。

雖然比特幣的隔離見證解決了從80字節到4MB的擴容問題，但沒有解決鏈上計算的問題。所以比特幣當下只能做發行資產的邏輯，而不可能像支持鏈上計算的以太坊一樣，構建 AMM DEX等鏈上計算的應用。比特幣生態當下發行的資產成績確實讓人欣喜。比如 BRC20 銘文的銘刻交易筆數已經超過了1000萬筆，比特幣 NFT的市值規模已經和以太坊市場相當。接下來比特幣網絡要解決的就是能夠像以太坊Layer1一樣可以獨立地完成資產的結算。

從上述鏈下擴容解決方案來看，當前以太坊Layer2都只是復制以太坊Layer1，沒有什么非得Layer2去解決的實際業務問題，非得說以太坊 Layer2解決了什么，那就是降低了Gas費，特別是待以太坊分片實現後，可能成為當前Layer2協議的額外挑战。而比特幣的Layer2 解決方案相較於以太坊還很少，比特幣非圖靈完備的鏈上虛擬機只能給資產做登記，而不能做結算，所以比特幣 Layer1 必須需要圖靈完備的比特幣Layer2來幫助其解決發行資產的結算問題。這也是為什么比特幣比以太坊更需要發展Layer2的原因。

相比於以太坊等生態的繁榮，比特幣生態上的項目還很少，目前，整個以太坊生態系統的TVL市值達到約260億美元，比特幣生態系統的TVL約為1.8億美元，但比特幣市值近6000億美元，以太坊市值約2300億美元，因此從長遠看，比特幣Layer2的發展還有相當大的成長空間。

比特幣Layer2的前景

2012年，染色幣（Colored Coins）風靡一時，其利用了比特幣區塊鏈，旨在為特定比特幣“着色”以將其與其他比特幣區分开來，目標是利用比特幣及其現有基礎設施進行非貨幣交易。盡管彩色硬幣從未完全獨立發展，但它們激發了當今廣泛使用的新技術。2017年，SegWit（隔離見證）升級激活，將區塊空間擴容到 4MB，從而提高了交易吞吐量。直到2018年，开發者逐漸推出閃電網絡（ Lightning Network ）和側鏈（Sidechains），比特幣L2由此走進大衆視野。2021年的Taproot升級又帶來更安全、高效、私密的比特幣。今年，BRC-20 協議的出現進一步豐富了比特幣的相關生態。當前比特幣生態中，較為主流的協議包括側鏈和閃電網絡。隨着比特幣網絡上的交易量越來越多，如何讓比特幣承載更多的交易和生態是目前主要的發展方向，無論是閃電網絡、側鏈還是RGB協議，比特幣Layer2的發展也在持續進行，最終達到比特幣網絡安全性和可擴展性的兼容。