状态通道

概念和功能

状态通道是一种Layer 2扩容方案，允许在有限数量的参与者（通常为两人）之间进行安全高效的链下交易。支付通道（如比特币的闪电网络）是专门为货币交换而设计的状态通道的经典例子。

更多内容：什么是比特币闪电网络？

在状态通道中，参与者首先在链上存入一定数量的加密货币，在区块链之外创建一个多重签名钱包。只要他们的余额不是负数，就可以直接进行交易而无需矿工或主链的参与，通过发送形式为[转换次数，金额，签名]的状态更新进行交易。

参与者若想关闭通道，就需要向主链提交最后的状态更新来执行退出操作，主链会对更新进行验证并将最终余额转回给各方。为了确保安全性和防止欺诈性退出，存在一个挑战期。挑战期内，其他参与者可以对初始退出进行挑战。

状态通道可以应用于其他类型的状态转换，如游戏或智能合约的执行，前提是主链可以验证其正确性。状态通道能够即时确认交易，交易费用低且构建方式相对简单，适用于支付和游戏等多种用例。

用例

得益于状态通道所具有的即时交易确认、低费用和高效的链下交易等诸多优势，它已被广泛用于多种场景，包括：

• 支付：支付通道（如比特币的闪电网络）是一种流行的Layer 2解决方案，可实现安全快速的链下交易，用于货币的兑换。

• 游戏：状态通道可以促进安全的链下游戏体验，玩家可以将其操作作为交易提交给彼此，而无需经过主链。

• 智能合约：状态通道也可用于在链下执行智能合约，减少主链负载，同时保持所需的安全性和效率水平。
  尽管状态通道具有诸多优点，但要安全实施状态通道并不容易，需要仔细关注相关案例和潜在漏洞。

侧链

概念和功能

侧链是区块链网络的一种扩容方案，独立于主链运行，用于提高主链的性能。侧链有自己的验证者和操作者，以及实现主链和侧链之间资产转移的跨链桥。侧链还可以对区块头进行快照并发送到主链以防止分叉。

要将资产从主链转移到侧链，参与者需要在主链上锁定其资产，并在侧链上提供锁定的证明。要在主链上解锁资产，他们需要在侧链上发起退出操作并提供退出证明。

尽管继承了主链的安全性来防止分叉，侧链仍然容易受到无效状态转换攻击，即验证者相互勾连创建无效区块并窃取其他参与者的资金。大多数侧链在设计时都假设绝大多数验证者是正直的。

用例

侧链用于提高主链的可扩展性和效率，适用于多种场景，包括：

• 减少主链交易负载：侧链可以处理主链的一部分交易，以减少主链的负载并提升其性能。

• 执行实验性功能：侧链可以作为新功能和相关升级的试验场，而不会影响主链的稳定性。

• 可定制的区块链应用：侧链可以针对特定用例或行业进行定制，实现定制化的区块链应用，而不会使主链过载。
  尽管侧链是区块链网络的一种扩容方案，但它们并不被看作是一种Layer 2扩容方案。Layer 2扩容方案是运行于主链之上的特定类型的扩容方案。

尽管存在潜在的安全风险，侧链仍然是区块链生态系统的重要组成部分，可以增强主链的可扩展性和灵活性。

Rollup（Optimistic Rollup和ZK-Rollup）

概念和功能

Rollup是一种Layer 2扩容方案，它将多笔交易组合或“汇总”成一个单一的证明并提交至主链。Rollup有两种类型：Optimistic Rollup和ZK-Rollup。二者都可以提高交易吞吐量并降低gas费，但在验证方式和维护安全性方面有所不同。

Optimistic Rollup

Optimistic Rollup依赖于一种“乐观”的假设机制，即交易在未经证明无效之前即是有效的。这种方式使用一种称为“欺诈证明”的争议解决机制，允许用户对交易发起挑战。如果一笔Rollup交易被确认无效，它将被重新执行，发起挑战的用户可以获得奖励。

ZK-Rollup

ZK-Rollup使用零知识证明（zk-SNARK）来提供交易的密码学验证，确保其在提交到主链之前是有效的。这种方式消除了对争议解决机制的需求，因为无效交易无法被包含在Rollup中。

用例

Rollup是当前最有前景的Layer 2扩容方案，由于其安全性和高效性而备受关注。它具有以下优点：

• 提高数据可用性：Rollup要求在快照块时将完整块或状态作为参数传递，从而确保数据不会被隐藏。

• 状态转换验证：Rollup提供zk-SNARK（针对ZK-Rollup）或欺诈证明（针对Optimistic Rollup）来证明状态转换的正确性，防止创建无效区块。

• 无分叉：Rollup中的分叉选择规则始终优先选择包含最后一个快照区块的链，防止分叉的产生。

• 降低gas成本：Rollup显著降低了链上验证的gas成本，使其比链上交易更高效。

• 及时退出：如果Rollup操作者相互合作，则可立即执行退出操作。

Rollup实例

Optimism是以太坊网络上主流的Optimistic Rollup技术的具体实现，旨在扩展智能合约和去中心化应用（dApp）。

zkSync是以太坊的ZK-rollup解决方案，专注于提供低成本、快速和安全的代币转移方式。

Plasma

概念和功能

2017年，Joseph Poon和Vitalik Buterin首次提出Layer 2扩容方案Plasma。它在主链中创建了多个子链，每个子链都作为一个单独的区块链运行，可以独立处理交易。该方案减少了主链的负载，提高了整体交易吞吐量。资产可以通过智能合约系统在主链和子链之间转移。

Plasma链依靠Merkle树和欺诈证明来确保链下交易的安全性和完整性。Plasma的设计模型分为多个类别，包括Minimum Viable Plasma（MVP）、Plasma Cash、Plasma Debit和More Viable Plasma（MoreVP）。每种类别在安全性、效率和可用性方面进行了不同程度的权衡，以满足特定的用例和应用需求。

Plasma的优势

• 可扩展性：Plasma链可以独立于主链处理大量交易，极大地提高了整体交易吞吐量。

• 降低交易费：将交易转移到Plasma链可以降低链上交易的相关费用。

• 可定制性：每个Plasma链都可以拥有自己的共识机制和规则，允许针对特定用例定制解决方案。

• 安全性：Plasma链继承了主链的安全性，同时使用欺诈证明来确保链下交易的完整性。

用例

Plasma具有多种优势，具有多种用例：

• 去中心化交易所（DEX）：Plasma可用于创建高吞吐量、低延迟的去中心化交易所，而不会阻塞主链。

• 游戏和NFT：Plasma链可以支持可扩展和高效的游戏平台和非同质化代币（NFT）市场。

• 物联网和供应链：Plasma可以实现复杂供应链生态系统中的实时数据处理和资产追踪。

Plasma实例

• OMG Network（前身为OmiseGo）：基于Plasma的以太坊扩容方案，专注于实现快速、低成本的代币转移和去中心化交易功能。

• Matic Network（Polygon的前身）：基于Plasma的以太坊侧链，提供了一个创建可扩展和高效的dApp的平台。Polygon是一个多链扩展解决方案，还支持其他Layer 2技术，如ZK-Rollup和Optimistic Rollup。