1. 区块链去中心化的特性，使得存储和计算性能受限，需要进行扩容（Scaling）

1. 扩容可以分为

   1. On-chain，Layer1。对区块链本身的性能提升

      1. 共识。中心化换性能。Avalanche、Solana。

      2. Sharding。分库分表、并行计算。ETH2.0、Near。

   2. Off-chain，Layer2。链下计算，结果上链；离线批处理。

典型区别点： data availability (DA) & State Validity (SV)

所有Layer2 扩容方案都在这两个方面有所不同

• SV，Layer2 维护者作恶问题

  • 如何保证Layer2 State的正确：ZK Proof？Fraud Proof？PoA多签？Light Cilent？

  • 防止Layer2的无效的状态回传到主链

    举例：Solana Wormhole Bridge漏洞，导致Solana上whETH被凭空增发，最终将Ethereum上质押的ETH提走

    将无效的状态同步到主链，并提币

• DA， 所有节点跑路后的问题 ， 所有的钱被锁在主链的合约里

  • 如果保证Layer2 state 的持久化，存去中心化的layer1 里 还是存中心化的layer2 里？

  • 举例：StarkEx为State的存储方式提供多种选择

https://medium.com/starkware/volition-and-the-emerging-data-availability-spectrum-87e8bfa09bb

Data On-Chain : Data 在layer1 上

Data Off-Chain: Data 在layer2 上

Valition：数据具体在哪个链上，由用户自己选择

1. 原理： 链下交易，链上结算

2. DA & SV

   1. DA：数据存在Layer2，由Channel双方保证DA

   2. SV：

      1. Channel结束后提交Final State到Layer1，Layer1不验证，但要求提交者质押

      2. 允许一周内提交Fraud Proof，Fraud Proof可验证（比如签名了更新的State），通过则扣除质押

3. 项目： 闪电网络

4. 分析：

   1. 安全： Fraud Proof 非常安全，但就是提币慢

   2. 性能： TPS 一般， 就是两个人之间转账

   3. 兼容： 智能合约比较难， 就是两人质检的转账操作，不是一条链

是一条完整的链， 和主链之间有一个桥

1. 原理：Two-way-pegged Cross-chain Bridge，主链质押Token，侧链生成Wrapped Token。主链Lock侧链Mint，侧链Burn主链Withdraw。

2. DA & SV

   1. DA：数据存在Sidechain，由侧链的Validators保证DA， sideChain 本身有自己的安全机制

   2. SV（多种方案安全性由强到弱）

      1. Light Client Bridge（例如Near的Rainbow Bridge），trustless：任何人可以将侧链的State Root同步到主链，主链合约实现侧链的轻客户端，验证State Root （整个树的树根），保证SV

         反过来也一样，如Solana 的彩虹桥Rainbow Bridge也会实现主链（ETH）的轻客户端，将ETH的header同步到Solana， Solana的智能合约会验证eth header的正确性，侧链会同步主链的状态

         验证也很麻烦

      2. Plasma Bridge（例如Polygon的）trustless：侧链Validators定期将State Root同步到主链， 主链并不会像 Light client bridge 那样验证， 需要人提交质疑，主链通过Fraud Proof保证SV

         如何验证 需要写复杂的代码，很麻烦

      3. Multi-signature Bridge（大多数）trusted： 桥的Validators定期将State Root或Burn Event同步到主链，主链检查多签保证SV

         比如，avalanche的桥， 就是由几十个人来多签，通常是项目方开发者，或大持币者 ， 大部分桥都是多签

         多签比较简单

3. 项目：

   所有架设了wo-way-pegged Cross-chain Bridge的链， 都可以理解为eth的侧链， 通过wraped-token扩容主链

4. 分析

   1. 兼容： 一条单独的链， 可完美支持智能合约

   2. 性能： tps 高 不同的链 有自己的tps方案

   3. 安全：根据桥不一样，安全性不一样

      1. Light client bridge 虽然安全，但开发难度大， 很多链不支持Light Client，比如eth2.0 后，共识算法换掉，不再支持light client？

         https://notes.ethereum.org/@vbuterin/HF1_proposal

         ii. Plasma bridge ，虽然安全，但是提币慢 ,

         iii. Multi-sign 的安全性低，必须要信任一些人， 跟PoA共识一样， 实现简单，充币提币快

之前的State channel 和 Sidechain ，都是有layer2 来存储数据，保证数据的DA， State channel 的数据在channel 里， sideChain 的数据在Chain 上 ，不会把数据传到layer1 上 ， 只会把状态传到layer1 上， 都非常难以应对节点跑路的问题，如果维护者全跑了，数据全删掉后，所有的资金都会被所在主链的合约里（锁在桥上），在DA上不安全

1. 原理 & DA & SV

   1. DA

      1. Rollup: layer2的数据压缩后存到layer1 上， 由layer1 保证DA

         1. 压缩Address， 用序号表示，而不是长地址

         2. 压缩value， 用科学计数法表示

         3. zk Rollup 省去签名，Optimistic Rollup不省签名（签名也比较占存储） ，zk 比 opt 压缩的更多, zk不需要签名， 直接用zk proof 证明交易的有效性

      2. Validium 变体： 数据不上传到Layer1，还是由多个Validators 托管，（在Da上类似 sidechain， 但由于是从Rollup衍生出来的，所以会拿来和rollup 比较，其SV 就是rollup的方案）

      3. Volition & zkPorter ： 由用户自由选择数据是链上还是链下， 不同项目叫法不一样，在StarkWare 叫Volition， 在zkSync 叫zkPorter

         有两类地址， 可供用户选择

      https://blog.matter-labs.io/zkporter-a-breakthrough-in-l2-scaling-ed5e48842fbf

   2. SV

      1. ZK Rollup：定期同步State Root及其Validity Proof（ZK证明）到Layer1，Layer1用合约验证Proof保证SV

      2. Optimistic Rollup：定期同步State Root到Layer1，Layer1通过Fraud Proof保证SV ， 提币慢

      3. ZK少签名，数据量更小；ZK提币快；ZK暂时EVM兼容性不好，但在开发中。所以ZK是长期的更优方案。

2. 项目： https://l2beats.com/

3. 分析：

   1. 安全： da & sv 都有layer1 保证，非常安全 ； validium安全性稍低

   2. 性能： 一般，数据压缩上传至Layer1任消耗gas， 而且存储的空间受layer1的限制

   3. 兼容

      1. Optimistic Rollup： 可较好兼容evm，提币慢

      2. ZK Rollup ： zkEVM 需要开发， StarkWare 有zk友好的合约编程语言Cairo； 提币快

   分析

   1. 侧链是性能和兼容性最好的。虽然桥的安全性依赖于PoA，但是Validator通常大量持币，从经济角度保证了安全性。

   2. Rollup因为其安全性高，成为了后起之秀。性能和兼容性尚可，需要继续开发以进一步优化。

      1. zkSync的zkEVM（兼容）

      2. Ethereum社区的zkEVM（兼容），V神主导的Sharding+Rollup（性能）

      3. StarkWare的Cairo（兼容）、StarkNet（性能）

   3. 市场对扩容抱有很大的期待，可以预期还将继续诞生新的方案和项目，已有的项目会因为落地而迎来市场（比如开发中的这些）。