子网与 L2：两种区块链扩展解决方案的差异和潜力

近年来，区块链技术得到了广泛关注和采用，但随着其普及程度的不断提高，对可扩展解决方案的需求变得越来越重要。子网和第 2 层扩展解决方案 (L2) 是两种旨在解决区块链网络中可扩展性挑战的方法。

在本文中，我们将深入研究子网和 L2 的复杂性，重点介绍它们的差异、优点、缺点、用例以及它们对区块链扩展未来的潜力。

一、子网

1.了解子网

子网是区块链生态系统中的去中心化网络，它们独立运行并拥有自己的一套规则、验证器和共识机制。它们旨在通过启用交易和智能合约的并行处理来增强可扩展性并提高性能。

在以太坊等加密货币网络中，由于大量交易和计算需求，主链可能会变得拥堵。这种拥堵可能会导致交易处理时间变慢并增加费用。子网通过创建额外的网络层或子链来解决这个问题，这些网络层或子链可以处理一部分交易和智能合约计算。

这些子网作为独立的环境运行，每个子网都有自己的一组验证器和区块生产者，与主链并行运行。它们可以独立处理交易和执行智能合约，缓解主链的拥塞并提高整体网络性能。

子网通常采用不同的共识机制或根据其特定需求定制的扩展解决方案。例如，他们可能使用权益证明 (PoS) 或委托权益证明 (DPoS) 机制、分片或其他第 2 层解决方案来增强可扩展性和吞吐量。通过将工作负载分配到多个子网，可以显着提高整体网络容量和效率。

2.目前业界最著名的子网包括：

1）Avalanche 子网：Avalanche 是一个区块链平台，允许开发人员使用自己的规则和代币经济创建自定义子网。一些最流行的 Avalanche 子网包括DeFi Kingdoms 子网、Aavegotchi 子网和Pangolin DEX 子网。

2）Cosmos SDK 子网： Cosmos SDK 是一个区块链框架，允许开发人员创建可与其他基于 Cosmos 的区块链互操作的自定义区块链。一些最流行的 Cosmos SDK 子网包括币安智能链子网和秘密网络子网。

3）Polkadot 平行链：Polkadot 是一个区块链平台，允许开发人员创建自定义平行链，这些平行链是由 Polkadot 中继链保护的独立区块链。

4）Near Nightshade Shards： Near 是一个区块链平台，它使用一种称为分片的技术来扩展其网络。分片是连接到主近区块链的独立区块链。一些最受欢迎的近端分片包括Aurora 分片和Octopus 分片。

5）Fantom Opera Chains：Fantom是一个区块链平台，使用名为Lachesis的共识算法来实现高吞吐量和低延迟。Fantom 支持创建 Opera 链，这些链是可用于特定目的的独立区块链。

每个子网都可以有自己的一套规则和治理机制，从而可以更灵活地尝试新功能、协议或升级，而不会影响主链的稳定性。此外，这些子网可以启用专门的功能或满足特定的用例，从而促进区块链生态系统内的创新和多样性。

二、二层 (L2)

1.了解二层 (L2)

L2 或第 2 层解决方案是指构建在现有区块链网络之上的辅助协议或框架。他们的目标是解决可扩展性问题并提高区块链系统的效率。

L2 解决方案通过链下或更高效的方式处理交易，减轻主区块链网络的负担，同时仍然保持底层区块链的安全性和免信任性。

2.二层的分类

有多种类型的第 2 层解决方案，每种解决方案都采用不同的机制来增强可扩展性。以下是一些常用的L2解决方案：

1） 侧链：侧链是与主区块链并行运行但仍与其连接的独立链。它们通过在侧链而不是主链上处理交易来实现更快、更便宜的交易。侧链可以有自己的共识机制、规则和治理结构，为开发人员提供针对特定用例进行优化的灵活性。

2）状态通道：状态通道使参与者能够进行多个链下交易，而无需将每笔交易发布到主区块链上。这些交易在参与者之间私下进行，只有最终结果记录在主链上。状态通道对于需要频繁交互和微交易的应用程序特别有用，例如游戏和即时支付。

3）Plasma： Plasma 是一种扩展技术，可创建互连子链网络，也称为 Plasma 链，与主区块链一起运行。这些子链独立处理交易，并定期向主链提交汇总数据，减少链上负载。Plasma 通过将多个交易聚合到主链上的单个区块中来提供可扩展性，从而提高网络的整体吞吐量。

4）Rollups： Rollups 是第 2 层解决方案，它将多个交易捆绑在一起，并将这些交易的压缩版本提交到主链。Rollups 有两种类型：optimistic rollups 和 zk-rollups。乐观汇总依赖于欺诈证明，交易最初在链下处理，参与者可以通过在主链上提交证据来质疑无效交易。另一方面，zk-rollups 利用零知识证明来确保交易的有效性，而不需要对每笔交易进行链上验证。

这些第 2 层解决方案在可扩展性、安全性和去中心化方面提供了不同的权衡。通过将大部分交易处理转移到链外，L2 解决方案可以显着提高交易吞吐量、降低费用并改善用户体验。然而，需要注意的是，Layer 2 解决方案可能会引入额外的复杂性，需要与主链集成，并且根据具体实现涉及信任假设。

目前，最著名的 L2 是zksync、starknet、optimism和arbitrum。

三、比较子网和 L2

第 2 层解决方案 (L2) 和子网都是用于增强区块链网络的可扩展性和性能的方法。然而，它们的底层机制和解决可扩展性挑战的方式有所不同。以下是 L2 和子网之间的比较：

1.可扩展性方法：

- L2：第 2 层解决方案通过链下或更高效的方式处理交易来实现可扩展性，从而减轻主区块链的负担。他们的目标是通过利用侧链、状态通道、等离子或汇总等技术来提高交易吞吐量并降低费用。

- 子网：另一方面，子网专注于将主区块链网络划分为更小的子网或分片。每个子网独立运行并处理总事务负载的子集。通过将工作负载划分到多个子网中，可以通过允许并行处理事务来实现可扩展性。

2、与主链的关系：

- L2：第 2 层解决方案构建在现有主区块链网络之上。他们依靠主链来保证交易的安全和最终结算。L2解决方案定期向主链提交汇总数据或证明，以确保链下交易的完整性。

- 子网：子网是与主链并行运行的独立分区或链。他们可以有自己的共识机制、规则和验证器。但子网与主链之间仍然存在连接，用于相互通信、跨链传输或某些数据的同步。

3. 权衡：

- L2：与主链相比，第 2 层解决方案通常提供更高的可扩展性和更快的交易处理速度。然而，它们可能会引入额外的复杂性，需要与主链集成，并根据具体实现涉及信任假设。

- 子网：子网通过允许跨多个链并行处理来提供可扩展性，但它们可能会带来与跨链通信、共识同步和维护跨子网安全性相关的挑战。

4. 使用案例：

- L2：L2解决方案主要侧重于增强区块链应用程序的可扩展性和成本效率。L2 解决方案作为主链之上的附加层运行，旨在提高交易吞吐量并降低费用。他们通过进行链下处理或利用替代共识机制来实现这一目标。L2 解决方案对于需要高交易吞吐量和低费用的应用程序特别有利，例如去中心化金融 (DeFi) 平台、游戏和小额支付。通过利用 L2 解决方案，这些应用程序可以实现更快、更便宜的交易，而不会影响底层主链提供的安全性和去中心化性。

- 子网：子网旨在以不同的方式解决可扩展性和性能挑战。子网本质上是区块链网络中独立且独立的链。它们允许网络处理大量交易或支持具有不同性能要求的各种应用程序。子网通过将工作负载分配到多个链来实现水平可扩展性，从而提高整体网络容量。通过子网，网络的不同部分可以使用自己的共识机制、治理结构和性能特征来运行。这使得子网非常适合需要处理大量事务或同时支持各种应用程序的场景。

四、子网和 L2：优点和缺点

让我们探讨一下子网和 L2 的优点和缺点。

1.子网的好处：

1） 可扩展性：子网通过将区块链网络划分为更小的子网或分片来实现水平可扩展性。这允许并行处理交易，显着增加网络的整体交易吞吐量。

2) 灵活性：子网提供了根据不同用例或应用程序定制特定子网的灵活性。每个子网都可以有自己的共识机制、规则和验证器，允许根据该子网上运行的应用程序的要求进行定制和优化。

3) 增强性能：通过并行处理，子网可以同时处理大量交易，从而缩短交易确认时间并降低延迟。这使得子网适合高要求的应用程序和实时事务处理至关重要的场景。

4）增加网络容量：通过在多个子网之间分配交易负载，扩展了网络处理大量交易的能力，减少了拥塞和潜在的瓶颈。

2.子网的缺点：

1）跨子网通信：子网之间的相互通信可能很复杂，需要额外的数据交换机制（例如消息传递、跨子网API、原子交换）、共识同步和跨链传输。确保跨子网的无缝交互和互操作性可能会带来技术挑战。

子网互通的一个示例场景可以是区块链网络，该网络具有针对不同行业或用例（例如金融、供应链和医疗保健）的单独子网。这些子网可能需要跨边界共享数据或资产。实现无缝交互需要开发安全数据交换协议，实施跨链传输机制以实现资产互操作性，并确保共识同步以维护网络完整性。这只会涉及大量工作，并使子网面临更多潜在的安全问题。

2）安全考虑：子网的安全性依赖于每个子网内的单独共识机制和验证器。维护所有子网的安全并防止潜在的攻击或漏洞可能很复杂。

3） 去中心化权衡：根据设计，子网可能会在可扩展性和去中心化之间进行权衡。随着子网数量的增加，每个子网所需的验证人数量可能会减少，这可能会导致权力集中在少数验证人手中。

3.L2 的优点：

1）提高可扩展性：L2 解决方案通过链下或更高效的方式处理交易，减轻了主区块链的负担。这带来了更高的可扩展性，允许以更低的成本快速处理大量交易。

2）成本效率：L2 解决方案可以通过链下处理交易或将多个交易聚合为单个链上交易来显着降低交易费用。这使得基于区块链的应用程序更具成本效益，特别是对于涉及频繁和小额交易的用例。

3）更快的交易确认：通过减少对主链的依赖，L2 可以实现更快的交易确认，改善整体用户体验并实现近乎即时的交易终结。

4）兼容性和互操作性：L2解决方案可以设计为与现有的区块链基础设施兼容，从而允许与各种去中心化应用程序（DApp）和协议无缝集成。这促进了互操作性，并促进了 L2 解决方案在更广泛的区块链生态系统中的采用。

4.L2 的缺点：

1）安全权衡：根据具体实现，L2 解决方案可能会引入安全权衡。链下处理或依赖外部实体进行交易验证可能需要信任假设，并且可能会引入新的攻击向量或漏洞。假设我们有一个基于区块链的支付系统，旨在通过采用称为支付通道网络的 L2 解决方案来提高可扩展性。在这个网络中，用户可以相互开放支付渠道，从而实现更快、更便宜的链下交易。这些交易的最终结算记录在主链上。

这种 L2 解决方案带来的一个安全权衡是需要信任支付通道参与者。由于交易发生在链外，参与者需要相信其交易对手将履行商定的余额，而不是试图作弊。

例如，假设 Alice 和 Bob 打开一个支付通道，Alice 与 Bob 发起多笔交易，更新通道的余额。然而，Bob 决定将较旧的通道状态广播到主链，试图恢复该状态并索取比他有权获得的更多的资金。这称为“通道状态攻击”。

在这种情况下，如果 Alice 没有持续监控网络并且未能以正确的、更新的通道状态做出响应，她可能会损失资金。这种攻击向量的引入是由于对链下处理的依赖以及与支付渠道参与者相关的信任假设。

2）集成复杂性：实施 L2 解决方案并将其与主链集成可能很复杂，并且需要修改现有的智能合约或基础设施。确保L2和主链之间的兼容性和平滑交互可能会带来技术挑战。这是因为智能合约需要设计成支持L2和主链之间的互操作和通信。这可能涉及重写部分合约逻辑或引入额外的函数来处理 L2 特定的操作。

3）适用性有限：L2解决方案可能并不适合所有类型的区块链应用。某些用例，例如涉及复杂的智能合约交互或绝对链上透明度要求的用例，可能不太适合 L2 解决方案。原因是 L2 解决方案通常涉及链下处理或共识机制，允许更快、更便宜的交易，但它们可能会牺牲一定程度的链上透明度和安全性。

五、结论

子网和第 2 层 (L2) 网络之间的选择取决于应用程序的特定需求。对于优先考虑高安全性和去中心化的应用程序，子网可能更合适。另一方面，强调低延迟和高吞吐量的应用程序可能更喜欢 L2 网络。在决定选择哪个选项时，仔细考虑这些因素非常重要，因为它们会显着影响应用程序的性能和功能。