在二層場景下，三難困境有著些細微的差別和不用的維度，下文嘗試重新定義比特幣 Layer2 的三難問題，並分析了閃電網路、Liquid 網路、Stacks 和 Rootstock，在新定義的三難問題中的定位，並點出了作者（Chainway）的 Sovereign ZK Rollup 在三難問題中均達到最高標準。本文源自 Chainway 所著文章，由登鏈社區編譯、撰稿，Foresight News 整理。
（前情提要：Waterdrip Capital報告》比特幣 Layer2 的前世今生與未來）
（背景補充：比特幣Layer2過了6年，革新到了什麼程度？）
在確定和解決比特幣 [1] 二層的可擴展性三難問題方面一直存在著掙扎。以往解決比特幣可擴展性的嘗試採用了一種狹隘的觀點，只專注於利用 BTC。這種固執導致了將比特幣可擴展性討論侷限於 BTC。然而，必須採取更廣泛的立場，承認並考慮將比特幣區塊鏈作為第 2 層解決方案的基礎。
比特幣是理想的選擇。它是最去中心化和安全的基礎層。應該利用這個中立的基礎層，用於各種鏈上金融活動，遠遠超出簡單支付的範圍。我們應該有遠見，讓使用者在參與更高階的鏈上金融活動時能夠依賴比特幣的區塊鏈安全。加密使用者應該放心，知道他們的活動是由最中心化的基礎層保護的。
比特幣被設計得盡可能簡單，儘可能安全，它以目前的形式完美地實現了其目標。在比特幣之上出現的新層應該繼承比特幣的全部安全性，為鏈上金融建立一個可擴展和可程式設計的基礎設施。
比特幣的設計目標是儘可能簡單，以儘可能安全，而它在當前形式下完美地實現了這一目標。新的層出現在比特幣之上應該繼承比特幣的全部安全性，以建立一個可擴展和可程式設計的鏈上金融基礎設施。
三難問題
區塊鏈可擴展性三難問題 ( 不可能三角 )
區塊鏈可擴展性三難問題 (不可能三角) 最初是針對第 1 層解決方案提出的，為了解釋同時實現所有三個屬性的內在緊張關係。我們可以重新解釋每個方面，將其應用於比特幣第二層解決方案。讓我們為這些方面建立簡單的定義，並深入探討它們的細節。
- 可擴展性（Scalability）： 在二層（L2）的情境下，可擴展性應該指的是超越基礎層的效能。對於比特幣二層，理想的擴容解決方案不僅應該處理比基礎層更多的交易量，還應該支援更廣泛的更具表現力的交易型別。
- 安全性： 對於第一層來定義安全性可能會很複雜，因為涉及到諸如代幣經濟學或共識機制等多方面的因素。然而，對於比特幣二層，我們可以很容易地將安全性定義為從比特幣繼承的一系列屬性的程度。這個程度是一個層依賴比特幣提供安全性的程度。例如，一個二層可以將其區塊 hash 錨定到比特幣的區塊，同時將區塊儲存在鏈下，從而繼承了比特幣對重組的抵抗能力，但沒有繼承其活躍性（liveness）。定義一個層安全性的四個主要屬性是：活躍性（資料可用性）、抗審查、抗重組和有效性。
- 去中心化： 同樣，當討論比特幣二層的去中心化時，比特幣二層的去中心化應該在很大程度上與基礎層的去中心化相似。儘管衡量基礎層去中心化的指標經常被誤解，但關鍵焦點應該是驗證區塊鏈的的難易程度。對於比特幣，重點應該放在節點而不是礦工上。雖然礦工負責生成區塊，但驗證這些區塊的有效性是節點的責任。簡單來說，節點執行共識和鏈規則，而不是區塊生產者。對於第二層，我們可以應用相同的度量標準：驗證第二層有多容易？這包括訪問 L2 資料和驗證資料。我們將更詳細地探討這一點。
比特幣二層的可擴展性
比特幣二層的可擴展性是一個多方面的挑戰。在最基本的層面上，我們希望一個層不僅能處理更多的交易，還能執行比基礎層更廣泛的金融操作。
可擴展性的第一個方面相對直接，指的是層的吞吐量，通常以每秒交易數（TPS）來衡量。然而，第二個方面需要更深入的研究。對於理想的比特幣二層，我們設想的功能應該超出簡單的支付交易。這可能包括借貸、交換或執行複雜的支付合約。
為了促進這樣的高階操作，一個二層需要一個能夠程式設計和執行這些功能的虛擬機器（VM）。雖然對於可擴展性來說並非必需，但對此類 VM 進行程式設計的便利性是有利的，因為它可以加速二層內的開發活動。歷史表明，許多具有複雜虛擬機器的基礎層和第二層都難以吸引大量的開發活動，這表明僅僅複雜性並不是成功的銀彈。
以太坊虛擬機器（EVM [2]）是迄今為止最受歡迎的區塊鏈虛擬機器，幾個比特幣二層已經採用了它或它的變體。然而，重要的是要注意，當整合到新層時，EVM 的相容性程度是有所不同的。因此，必須認識到，並非所有 EVM 實現都提供與原始實現相同的功能範圍，有些提供完全等效，而另一些則僅提供功能子集。
瞭解這些區別對於評估比特幣二層的可擴展性至關重要，因為它直接影響到可以在基礎區塊鏈之上安全有效地執行的金融活動的型別和範圍。
比特幣二層的安全性
在可擴展性三難問題中，安全性的定義確實從最初的基礎層概念有了很大的發展。對於基礎層來說，安全性取決於各種因素，包括女巫保護機制、共識模型等。有四個關鍵屬性定義了基礎層的安全性：
- 活躍性（資料可用性）：這涉及使用者通過驗證每個狀態轉換來訪問整個區塊鏈狀態的能力。如果基礎層的資料釋出受到損害，例如，如果一個區塊生產者建立一個區塊併發布區塊頭，但隱瞞了交易資料，那麼就無法實現活躍性。因此，沒有人可以獨立驗證狀態並維護區塊鏈的執行。
- 抗審查：這是使用者將其交易包括在一個區塊中的能力。多個區塊生產者和節點可以傳播交易，確保基礎層的抗審查。
- 抗重組：這是區塊鏈對重組攻擊的抵抗能力。雖然基礎層可能會因網路延遲或不同的激勵而經歷暫時的重組，但這些通常會在短時間內解決。在比特幣的情境中，一般認為一個區塊一旦有六個後續區塊新增到鏈上就被最終確認。儘管比特幣的最終性是概率性的，但深度超過六個區塊的重組極不可能。
- 有效性：這是使用者有效驗證狀態轉換的能力。對於比特幣，任何操作完整節點的人都可以通過處理相應的區塊來驗證從一個 UTXO [3] 集到另一個集的轉換，這個過程是確定性的。有效性與活躍性密切相關，因為資料必須在驗證之前可用。
當討論比特幣二層（二層解決方案）的安全性時，我們將其定義為一個頻譜，表示底層鏈的安全屬性被繼承的程度。Layer 2 解決方案可以在不同程度上從基礎層繼承上述屬性。例如，Layer 2 可能會在基礎層驗證其交易，但將交易資料儲存在鏈下，從而繼承了基礎層的有效性，但沒有活躍性。
由於比特幣的可編程性有限，目前無法直接驗證外部狀態轉換（例如 Layer 2 的狀態轉換）。然而，Layer 2 使用者可以間接依賴比特幣的安全模型進行驗證，從而密切接近比比特幣驗證的安全保證。我們將進一步探討這一概念。
比特幣二層的去中心化
去中心化涵蓋了幾個方面，與安全密切相關。去中心化意味著任何個人都可以無需許可加入網路，以訪問區塊鏈狀態、驗證狀態轉換、廣播交易，並有可能生成區塊。讓我們分解這些組成部分，因為它們與去中心化的不同方面相關：
- 獲取狀態的可訪問性（活躍性）：這與活躍性相關。去中心化網路應允許任何人檢索區塊鏈的當前狀態，確保資料可用性。
- 驗證狀態轉換的能力（有效性）：這涉及有效性。去中心化確保任何參與者都可以獨立驗證狀態轉換的正確性。
- 廣播交易的自由（抗審查性）：這一方面與抗審查性相關，強呼叫戶能夠向網路提交其交易而不會面臨被阻止或忽視的風險，從而確保免於審查的自由。
- 生成區塊的能力：雖然這可以被視為抗審查性的一部分，但它有些不同，可以說是最不重要的方面。生成區塊的能力並不那麼重要，因為區塊生成者並不決定區塊鏈的規則。區塊的生成實質上是編制符合已建立共識規則的一組交易。實際上，是節點而不是區塊生成者來執行這些規則。
一個很有說服力的例子是 Marathon 在區塊高度 809478 挖掘的比特幣主網區塊。儘管利用了相當大的 hash 算力，但該區塊被節點拒絕，因此未被新增到主鏈上。
這就引出了一個基本方程式：
更多節點 = 更大的去中心化
這就是為什麼每個比特幣二層都應該優先考慮執行節點的便利性。如果一個比特幣二層需要的軟體需要過多的記憶體、儲存或頻寬，它將天然地被較少驗證，因此也將更少地去中心化。
理想情況下，比特幣二層應直接整合到比特幣網路中，允許使用者在驗證比特幣網路本身之外以最少的額外努力來驗證該層。這種方法促進了最大程度的去中心化，並利用了比特幣基礎層的安全性和已建立的信任。
比特幣二層的三難問題
比特幣二層的真正三難問題
考慮到我們討論過的所有定義，我們可以稍微修改原始的三難問題，使其與比特幣二層相容。雖然這些變化是微妙的，但根據所提供的解釋，修訂後的三難困境可能會更加易於理解。
現在，你可能會好奇現有或擬議的模型如何符合這一三難問題。讓我們檢查各種模型，並嘗試相應地定位它們。
給比特幣二層定位
在區塊鏈三難困境的背景下，可以評估許多層，但為簡潔起見，我們將只關注已知的、目前正在執行的 Layer 2 專案，這些專案不需要軟分叉即可執行。
閃電網路
閃電網路是比特幣上最知名且廣泛採用的二層，致力於實現近乎即時的支付。已經運行了近五年，其處理即時支付的能力超過了比特幣基礎層。這一優勢源自其專為單一用例量身訂製的架構。截至今天，閃電的功能僅限於點對點比特幣交易，基本上是促進支付。儘管它增強了支付的吞吐量，但它並未擴展比特幣的基礎架構以包括額外的功能，這在很大程度上限制了其可擴展性潛力。
從安全性的角度來看，閃電網路在比特幣之上以點對點方式執行。這意味著諸如活躍性、抗審查性和抵抗鏈重組等屬性是在鏈下、在兩方之間管理的。與比特幣直接相關的唯一方面是交易的有效性，這是進行樂觀驗證的。閃電的點對點元件並未引入來自外部鏈的任何新的信任假設，這使我們可以將其視為對比特幣最安全的二層之一。
就去中心化而言，閃電的點對點性質是有利的。每個參與者必須建立並維護自己獨特的節點。這一要求確保了網路保持去中心化，因為節點是單獨操作的，而不是集中控制的。
總之，閃電網路增強了比特幣處理支付的能力，實現了幾乎即時的結算時間，並由於其要求參與者執行獨立節點的設計，保持了高度的去中心化。然而，雖然它利用比特幣的安全基礎設施進行最終結算，但它引入了鏈下網路獨有的新安全考慮因素。
此外，它的功能專門用於擴展支付交易，並沒有擴展到其他型別的鏈上金融應用程式，這限制了其在更廣泛的區塊鏈金融領域的適用性。因此，閃電網路以其高度的去中心化實現了三難困境的一個方面，除了協議的實現複雜性外，在安全維度上處於有利地位。但是，它在可擴展性方面仍然受到限制。
延伸閱讀：比特幣閃電網路怎麼用，先攻破這6大誤解
Liquid Network
Liquid 是由 Blockstream 開發的聯合側鏈，依賴於一組受信任的實體來管理其運營。其設計使其能夠處理更多交易量，並提供比傳統比特幣交易更多的功能。在其現有框架內，Liquid 的可擴展性通常被視為令人滿意的。
然而，在安全性方面，Liquid 與比特幣有所不同。它作為一個獨立網路執行，不與比特幣區塊鏈共享或繼承安全特性。這種獨立性意味著 Liquid 的運營者有能力隱瞞資料、發起鏈重組，並在 Liquid 網路內審查交易。這些潛在行為可能會阻礙使用者對區塊鏈的完全驗證，引發對其去中心化的擔憂，並質疑其去中心化的穩健性。
總之，Liquid 通過引入一個側鏈來擴展比特幣交易的方法與眾不同，使其能夠處理更多交易量，並提供比比特幣主鏈更多的功能。然而，其安全模型與比特幣有所不同，因為它是建立在一組受信任實體控制的聯合結構之上。因此，雖然 Liquid 在滿足三難問題的可擴展性屬性方面表現出色，但由於其治理和安全模型帶來的中心化風險，它在其他兩個屬性方面面臨挑戰。
Stacks
Stacks 是一個採用轉移證明（PoX）機制進行對抗女巫的側鏈。它利用 Clarity 智慧合約語言來實現比特幣無法支援的更廣泛的功能。此外，由於其更大的區塊大小和減少的區塊間隔，Stacks 具有比比特幣更多的交易處理能力。
採用獨特的共識機制，Stacks 獨立於比特幣網路執行。這意味著 Stacks 中新區塊的生成和廣播是在其自己的網路中管理的。
就活躍性而言，Stacks 依賴於其自己的網路以保持持續的資料可用性。對於抗審查的過程也與比特幣分開。使用者通過 Stacks 生態系統內的節點將其交易傳送給 Stacks 區塊生產者，因此依賴於 Stacks 區塊生產者的善意來包含其交易在區塊中。雖然重組阻力在某種程度上與比特幣有關，但目前對於關鍵的金融業務來說，最終確定的持續時間太長了。Stacks 正在探索其即將到來的更新中的改進，通過每天將區塊 hash 錨定到比特幣網路來縮短最終確定時間。
要參與網路驗證，使用者需要操作一個 Stacks 節點，這需要連線到與比特幣不同的網路、下載區塊並進行驗證。由於需要單獨的網路連線和自定義節點軟體，參與網路的節點數量本質上是有限的，導致節點數量遠低於比特幣網路。
總之，Stacks 通過更大的區塊大小和智慧合約功能增強了區塊鏈功能的可擴展性，從而實現了三難問題中的可擴展性方面。然而，它在去中心化和安全性方面面臨挑戰。Stacks 的安全性依賴於單獨的共識機制和網路基礎設施，引入了與比特幣不同的信任假設。至於去中心化，使用者需要執行 Stacks 節點的要求建立了一個獨立的網路，其去中心化程度尚未完全評估。
延伸閱讀：釋放比特幣智能合約潛力，Stacks 如何為下一輪牛市蓄力？
Rootstock
Rootstock（RSK）是一個通過合併挖礦將以太坊虛擬機器（EVM）相容性引入比特幣的側鏈。這種方法允許同時建立側鏈和比特幣區塊，旨在提高網路的可擴展性，超越比特幣本身提供的能力。
儘管具有可擴展性優勢和 EVM 相容性，Rootstock 的安全性與比特幣有顯著不同。值得注意的是，與 Stacks 不同，Rootstock 甚至沒有抗重組（reorg）能力，導致完全獨立的信任和安全假設。
與 Stacks 類似，Rootstock 在一個獨立的網路上執行，並需要特定的軟體供節點運營者驗證其區塊鏈。合併挖礦有助於提高算力，這對網路的安全性有益，但並不從根本上保證區塊生產者的誠實。去中心化程度是區塊鏈健壯性的關鍵因素，由獨立節點的數量來衡量。由於與 Stacks 相同的原因，Rootstock 的節點數量本質上是有限的，導致節點數量遠低於比特幣網路。
簡而言之，Rootstock 通過引入 EVM 相容的智慧合約功能增強了比特幣的可擴展性。然而，它與比特幣的安全模型有所不同，因為它沒有繼承比特幣的任何安全特性。Rootstock 的安全性基於其自己的信任假設，與比特幣無關。在去中心化方面，與 Stacks 一樣，Rootstock 依賴於一組外部節點，為其去中心化屬性設定了一個上限。因此，雖然 Rootstock 滿足了三難問題中的可擴展性方面，但它在安全性和去中心化屬性上都存在挑戰。
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Chainway 主權 ZK Rollup
Chainway 的主權 ZK Rollup 在區塊鏈領域代表著一項重大創新，它是一個直接構建在比特幣網路上的 EVM 相容 ZK Rollup。它利用零知識證明，特別是 ZK-STARKs，進行交易驗證和高效利用比特幣的區塊空間。Chainway 的 ZK Rollup 是符合比特幣二層三難困境所有三個基本要素最高標準的解決方案。
EVM 等效設計使開發人員能夠無縫過渡以部署應用程式，在利用強大的比特幣網路的同時保留熟悉的以太坊環境。ZK 架構的優勢在於能夠即時處理數千筆交易，遞迴證明確保了區塊鏈三難困境引數內的可擴展性。
Chainway ZK Rollup 引入了一種通過將證明雕刻銘文到比特幣區塊鏈上來驗證狀態變化的方法。這些銘文證明可以隨後被提取和驗證。這些證明輸出了與先前證明的狀態差異，提供了使用比特幣網路檢索完整區塊鏈狀態所需的所有必要資訊。
區塊空間證明確保了與比特幣等價的抗審查性，因為使用者可以自行將其交易銘文刻到比特幣網路上。這種方法還確保了區塊生產者不能由於 ZK 電路生成的限制而排除這些交易。
由於證明銘文在比特幣區塊鏈上，因此實現了抗重組性，從而將 Rollup 狀態錨定到比特幣區塊。
任何執行比特幣核心的人都可以驗證 Rollup 的證明，最大程度地提高了驗證過程中的去中心化。這一策略有效地將每個比特幣節點轉變為一個 Rollup 節點，大大提高了去中心化程度。
因此，Chainway 的主權 ZK Rollup [4] 似乎有效地解決了區塊鏈三難問題，實現了可擴展性，同時沒有犧牲安全性或去中心化。它確保了活躍性、抗審查性和重新組織抗性，利用了比特幣的安全特性，並避免了對一個單獨的依賴信任的網路的需求。
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結論
對比特幣二層解決方案進行分類和評估並不簡單。提出新的三難困境或比較可能會導致對可擴展性、安全性和去中心化很重要的細微差別的疏忽。在原始三難問題框架內，每個角代表了成功的 Layer 1 區塊鏈必須同時實現的基本區塊鏈屬性，或者至少在它們之間取得平衡。通過在每個角的定義上進行微妙的擴充套件，我們有效地將核心三難問題應用到了比特幣二層。
對原始三難問題的遵循確保我們不會將第 2 層專案限制在嚴格的「是或否」類別中，而是欣賞去中心化的光譜和對 Layer 2 進行分類的各種因素。保持這一已建立的框架不僅有助於更準確地評估比特幣二層架構的現狀，還將區塊鏈屬性的基本原則擴充套件到 Layer 2 [5] 正規化中。
本翻譯由 DeCert.me [6] 協助支援。
參考資料
[1] 比特幣: https://learnblockchain.cn/tags/% E6% AF%94% E7%89% B9% E5% B8%81/
[2] EVM: https://learnblockchain.cn/tags/EVM
[3] UTXO: https://learnblockchain.cn/tags/UTXO
[4] ZK Rollup: https://learnblockchain.cn/tags/zkRollup
[5] Layer 2: https://learnblockchain.cn/tags/Layer2
[6] DeCert.me: https://decert.me/
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