了解区块链的层级结构

最近，我们经常听到第2层（Layer 2）的说法。区块链层级旨在大幅提高交易速度并降低成本。这种层级概念的背后涉及到大量数学知识，但我们在本文中不做深入探讨。今天，我们将用简单的语言解释什么是零知识证明和卷叠，以及如何优化交易速度并降低成本。

区块链层级详解

谈到区块链，我们经常听到“第1层”这个词。这个术语看似复杂或含糊不清，但其含义却再简单不过。第1层只不过是一个主权区块链。以太坊和比特币是两个广为人知的例子。

我们可以把区块链技术想象成一个若干层的食物金字塔。它们中的每一个都依赖于前一个，但反之则不然。第0层是整个金字塔的基础，包括网络协议、互联网协议以及所有矿工、验证者和节点。因此，它本身并不是区块链，而只是区块链一个基础。

因此，第1层是第一个独立于任何其他区块链的实体。事实上，Arbitrum 或 StarkNet 等第2层区块链的运行依赖于其父区块链，在这里即以太坊。而以太坊或比特币则不同，它们属于第1层。

以太坊区块链可扩展性解决方案的目标是缓解拥堵，但采用这种解决方案之后反而不得不面对它们原本要解决的拥堵问题。为了缓解成本激增的问题，开发者决定创建三级网络。后者通过递归从父区块链的安全性中受益。

与第1层和第2层不同，第3层通常被称为“特殊用途”层。换句话说，每个第3层区块链都是根据特定用途构建的，并将针对这些用途进行优化。这种用途分离使第3层除了受益于分形扩展外，还能非常高效。

在撰写本报告时，第3层解决方案的开发仍处于起步阶段。目前，只有 Avalanche 和 StarkWare 正在认真研究这一方案，以改善用户体验。

什么是零知识证明（ZK-proof）？

首先，我们先来讨论一下它的目的。ZK-proof 就像一张收据，是达到目的的一种手段。一项证明机制的最终目的是证明真实或诚信，确信某件事情是以正确的方式完成的。小说家C.S.刘易斯认为诚信就是“即使在无人监督的情况下，也要做正确的事"。 同样，在计算机科学领域，我们也必须相信，您的资金、资产和信息正在得到诚信地处理。证明机制的必要性在于它们可以保证，当个人通过处理交易与您的信息交互时，您会得到付款，您的账户也会得到准确更新。证明机制是确保诚信的一种手段。零知识技术包含两个重要方面：

• 它可以确保诚信，这一点至关重要；

• 它以一种看似不可能完成的惊人方式实现了这一目标。

首先是收据本身，即这份证明，没有透露任何关于输入的信息。有人可以证明，他处理了一千次交易以及区块链的状态现在处于某个特定阶段，但这一千次交易的细节并不会对外展示。这与标准收据形成鲜明对比，因为标准收据上可以看到所有详情。零知识证明及其“零知识”意味着，除了可以让人知道计算是以完整方式完成的这一事实外，什么多余的信息也不会提供。第二个令人惊叹的方面，也是 Starkware 正在创新并向区块链提供的能力，就是这种及时检查证明正确性的能力，毕竟证明的数量比发生的交易数量要小得多。因此，您无需逐笔检查交易、验证其正确性并更新状态，而是只需检查一个非常简短的证明，就能知道十万甚至百万 NFT 是否正确铸造并放置在适当的位置，从而节省上百万个步骤及其所需花费的时间。

什么是卷叠（roll-up）？

从设计上讲，以太坊并不是为了提供任何形式的隐私，这与 TCP-IP 有点类似。因此，我们才要建立附加解决方案，更好地保护人们的隐私。所以以太坊除了建议扩展之外，还涉及到隐私保护问题。我们看到很多第2层提出了不同的方法：乐观卷叠和零知识卷叠，等等。卷叠（roll-up）这个词的意思是，我们在将部分信息打包上传到以太坊上。因此，我们首先需要知道的是，卷叠或第2层均是以太坊的补充。它们会让以太坊变得更加强大，而绝对不是以太坊的竞争对手或替代品。它可以实现更大的可扩展性。我们不妨把以太坊区块链想象成黄金地段，就像法国人眼中的香榭丽舍大街或美国人眼中的时代广场。它价格昂贵、可见度高，是放置物品的绝佳地点。如果我们从事的是制造业，就必须在这样的地点开设概念店，并摆上橱窗用于展示产品。但是，我们不想把产品的生产过程放在香榭丽舍大街或时代广场这样昂贵的地方。相反，我们倾向于更加经济实惠、可以节省开支的地方。现在让我们以伦敦或墨西哥城为例。假设您的生产基地在英国或墨西哥，您的店面位于香榭丽舍大街或时代广场，用于展示主要产品。第2层（L2）和卷叠将使用以太坊的香榭丽舍大街或时代广场区块来展示系统完整性证明，而处理交易的所有繁杂工作都在伦敦或墨西哥城等制造区进行。

这样可以在多大程度上优化交易速度并降低成本呢？

这项新技术在降低成本方面的能力令人难以置信。例如，在2021年5月的单周之内，Sorare 花费了 472 ETH，占所有以太坊矿工费的2%。将当时的 gas 价格和 ETH 价格计算在内，相当于每周花费 150 万美元。现在，使用新系统后，每周大约仅需花费 7 ETH，或每天仅需 1 ETH，即可覆盖所有矿工费成本。为了使这一过程成为可能，其中涉及到我们大多数人可能难以理解的复杂数学，但我们可以详细介绍有关其工作原理。

在使用这项技术之前，正如 Sorare 的案例所示，每当他们想要铸币 NFT 时，都需要请求以太坊的支持。现在，他们有了一个链外审批人。他们不再制作单个的 NFT，而是进行大批量处理。此外，每个 NFT 自然都有自己的哈希值，但也可以为整个批处理数据库生成一个哈希值。然后，在区块链上传输的就是所有 NFT 的组合哈希值，以及确认数据完整性和正确处理的简短证明。这样一来，以太坊只需验证简短的证明即可。一经验证，它就会接受这批 NFT 存在哈希值。

结论

第2层是我们可以用来卸载计算的解决方案。从用户的角度来看，最关键的是做到无缝连接，我们鼓励读者试用一些已经使用这种技术的系统。

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