區塊鏈擴展性的關鍵問題：是層1升級，還是層2解決方案？

為何區塊鏈網路面臨擴展性問題？

區塊鏈技術在確保安全性、透明度與去中心化的同時，卻遇到一個矛盾的問題：成功本身會帶來問題。隨著網路的普及，交易速度變慢，手續費上升。像比特幣和以太坊這些主要的Layer 1網路，每秒只能處理15-30筆交易，而像Visa這樣的中心化系統，則能達到每秒24,000筆交易。

Vitalik Buterin描述的「區塊鏈三重困境」解釋了這種情況：去中心化、安全性與擴展性無法同時完全實現。加密貨幣專案必須在這三者之間取得平衡。於是出現兩種不同的解決方案：增強網路本身的能力，或在頂層建立新系統。

實務上的差異？Layer 1與Layer 2的比較

Layer 1 (基礎網路)： 比特幣、以太坊等網路，依照自己的協議驗證並執行所有交易。安全性高，但速度有限。若要提升網路，必須修改協議規則——這需要網路成員投票與共識。以太坊2.0的權益證明轉換就是此類改革的範例。

Layer 2 (上層網路)： Lightning Network、Rollup技術與側鏈（sidechains），都在Layer 1之上運作。大多數交易在此層完成，安全性仍依賴主網。速度大幅提升，手續費降低，但某些應用可能有限制。

(側鏈（Sidechains）是什麼？與Layer 2有何不同？)

側鏈是獨立於主鏈的區塊鏈，並與主鏈相連。它們有自己的共識機制與規則。例如，Polygon與以太坊的關係就是如此：Polygon有自己的協議，並不完全依賴以太坊的安全性。優點是更具彈性，缺點則是安全性略低。

Sidechain與Layer 2的差異： Layer 2解決方案在驗證交易時，會將部分工作轉移到Layer 1，並完全承擔主網的安全性。而Sidechain則較為獨立，速度快、成本低，但安全責任較大。

截至2023年6月，Polygon在去中心化金融領域的鎖定資產總值約為13億美元，顯示側鏈在規模上確實有效。

Layer 1解決方案：網路如何自我強化？

分片（Sharding）###： 將區塊鏈資料拆分成較小的部分，並平行處理。Zilliqa就是採用此技術。結果：交易速度可大幅提升。

共識機制變革： 以太坊從工作量證明（PoW）轉向權益證明（PoS），這包括了此範疇。PoS較少能源消耗，能加快處理速度。Cardano的Ouroboros PoS與Algorand的純PoS也採用了類似方式。

SegWit (分離簽名)： 比特幣2017年的升級，將數位簽名從交易資料中分離，實質提升了區塊容量。結果：同一區塊內能處理更多交易。

( Layer 1解決方案的優劣？)

優點：

• 長遠解決方案：網路架構自我強化
• 保持去中心化：沒有中介系統
• 交易成本較低，因為網路容量確實提升

缺點：

• 挖礦者/驗證者可能失去收入 (PoW轉PoS解決了這個問題)
• 個別節點存儲需求增加，可能導致中心化
• 由於需要網路共識，變更較為緩慢

Layer 2解決方案：速度快但較複雜

Rollup： 將交易在鏈外打包、壓縮，並以證明提交到主鏈。Arbitrum與Optimism是代表。它們在承擔以太坊安全的同時，速度可提升百倍，手續費大幅降低。

狀態通道（State Channels）： 雙方可持續進行交易，只有起點與終點在Layer 1記錄。Lightning Network就是比特幣的例子，微支付幾乎即時完成。

側鏈（Sidechains）： 如前述Polygon等專案，較為彈性，但安全責任較大。

( Layer 2解決方案的優劣？)

優點：

• 極速提升 (100x-1000x更快)
• 顯著降低手續費
• 不需改動Layer 1，立即部署
• 多種技術選擇 ###每個失敗的rollup、狀態通道、sidechain都能學習(

缺點：

• 分裂風險：每個Layer 2系統有自己的網路，資產轉移較複雜
• 流動性分散：資金在不同Layer 2鎖定，難以形成統一市場
• 用戶參與較困難：用戶需知道自己選擇的Layer 2

Ethereum 2.0的未來會如何改變？

Ethereum 2.0旨在讓以太坊每秒處理能力達到100,000筆，遠超目前的30筆。將分片技術整合到主網。

但重要的是：Ethereum 2.0不會使Layer 2解決方案失去作用。相反，Layer 2將支援更複雜的去中心化金融應用。Sidechain與Layer 2的界線可能變得模糊，混合系統或將出現。

誰在使用哪種解決方案？

遊戲產業： Polygon自2021年起，專為遊戲開發者提供支援。原因？NFT交易與遊戲內交易在Layer 1成本高昂，Polygon則較便宜。

微支付： Strike應用與THNDR Games在Lightning Network上提供行動支付與遊戲體驗，幾美分的交易幾乎即時。

去中心化金融： Compound與Aave等專案在Polygon上運作，流動性池更高效。

穩定幣： DAI )1美元###在以太坊智能合約上運作，但在Layer 2上能更快轉帳。

未來：混合系統還是單一解決方案？

區塊鏈擴展的未來，可能同時包含Layer 1升級與Layer 2解決方案。Ethereum 2.0強化Layer 1，而Arbitrum、Optimism與Polygon等專案則在Layer 2持續發展。

長遠來看，提升Layer 2之間的互操作性（(composability)）是關鍵。Sidechain與Layer 2的討論，證明每種技術都有其優點。或許未來會出現結合兩者優點的混合協議，成為主流解決方案。

目前尚未有單一方案能完全解決區塊鏈擴展問題。但分片、權益證明、Rollup與側鏈的協作，正為加密貨幣的實用化鋪路。

總結來說，Layer 1與Layer 2並非競爭關係，而是相輔相成。兩者都是推動區塊鏈技術實用與普及的必要元素。未來數年，投資這兩類方案的專案，將成為加密生態系統最重要的基礎建設。