什么是比特币二层解决方案

随着比特币的普及，其最初设计仅支持每秒七笔交易，常常面临可扩展性问题。这导致了更高的费用和更慢的交易时间。为应对这些挑战，开发了比特币第二层（L2）解决方案。这些解决方案通过在主区块链之外处理交易来增强比特币网络，从而在保持安全性的同时提高交易吞吐量，并启用智能合约等新功能。

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什么是比特币二层解决方案？

比特币二层解决方案（Bitcoin L2s）是构建在比特币主区块链上的辅助协议。其目的是解决可扩展性问题，提高交易速度并降低费用。一些L2s还引入智能合约功能，扩展了比特币的潜在应用场景。这些解决方案通过创建一个独立的执行层，在链下处理交易，仅在最终结算时使用主区块链。

比特币与以太坊二层解决方案的关键区别

比特币和以太坊虽然都采用二层解决方案，但由于其基础架构不同，存在根本区别：

安全继承： 以太坊的L2解决方案通过活跃的验证者直接从以太坊主网继承安全性。相比之下，比特币的L2依赖于其自身的安全协议，因为它们与比特币主网络的验证者没有直接关系。

交易验证： 以太坊L2s使用高级验证方法，如欺诈证明和零知识证明，而比特币目前缺乏这些方法。这限制了可以在比特币上构建的L2解决方案的复杂性。

智能合约功能： 以太坊原生支持智能合约，而比特币没有。因此，比特币的L2s通常旨在增加此功能，提升其超越简单价值转移的功能性。

结算层： 比特币的L2在比特币区块链上结算交易，利用其工作量证明共识来保障安全。另一方面，以太坊的L2在以太坊主网结算，使用的是权益证明共识模型。

为什么需要比特币二层解决方案？

比特币二层解决方案的需求源于比特币基础层的局限性：

可扩展性和吞吐量： 比特币基础层每秒只能处理约七笔交易，在高峰时段会导致网络拥堵和高昂的费用。L2解决方案提供了一种在不牺牲比特币安全性的情况下扩展的方法。

高费用： 高交易费用在一些高峰期超过了120美元，使得小额交易变得不切实际。L2解决方案有助于降低这些费用。

智能合约能力： 比特币基础层缺乏高级智能合约功能，而这对于去中心化应用和去中心化金融平台至关重要。

释放资本： 大量比特币资本主要作为价值存储而未被充分利用。L2解决方案旨在通过实现更快的交易和创新应用来释放这些资本。

比特币二层解决方案如何运作

区块链网络由两个层组成：处理交易的执行层和验证并批准这些交易的共识层。比特币L2s开发了一个独立的执行层来处理链下交易，然后将这些交易提交到比特币共识层进行最终结算。

比特币二层解决方案的常见方法包括：

状态通道： 使用闪电网络的状态通道允许两方进行大量链下交易。只有最终状态记录在区块链上，提高速度并降低成本。

侧链： 作为与比特币挂钩的独立区块链运行的侧链，如Liquid Network，可以实现更快的交易和额外功能，定期在比特币主链上结算。

Rollups： 将多个链下交易打包成一个交易，创建一个提交给比特币区块链的有效性加密证明进行结算。

状态通道

状态通道，比如闪电网络中使用的，允许两方进行无限次的比特币链下交易，不需要在比特币主区块链上记录每笔交易。这种方法显著提高了交易速度并降低了成本。

要打开一个通道，双方需将一定数量的比特币锁定在比特币区块链上的多重签名地址中。比特币的多重签名地址是一种需要多个人授权并签署交易的地址，而不是仅仅一个人。他们同意通道内比特币的初始分配。一旦通道打开，双方可以进行无限次的链下交易，通过交换签署的交易数据来更新各自在通道当前状态下的比特币余额。这些交易在此过程中不会广播给比特币网络。

当交易完成后，双方签署并将通道的最终状态广播给比特币区块链。这个最终状态反映了双方最近同意的比特币分配。满足多重签名条件后，资金将根据最终余额重新分配。

侧链

比特币侧链，如Liquid Network，运行在与比特币挂钩的独立区块链上。这些侧链使用自己的共识机制，实现更快的交易和附加功能，同时定期在比特币主链上中继和完成交易。以下是比特币侧链如何工作的：

双向挂钩： 使资产在比特币主链和侧链之间转移的基本技术称为“双向挂钩”。要将资产从比特币主链转移到侧链，用户首先通过发送交易将比特币锁定在比特币区块链上的特殊输出地址中。此操作有效地将比特币在主链上冻结。然后侧链检测到此锁定事件，并通过铸造和释放等量的侧链代币（通常称为sBTC，即侧链BTC）来回应，代表从主链锁定的比特币。一旦在侧链上，用户可以自由转移和使用这些代币进行各种用途，比如交易和智能合约，受益于侧链更快和更高效的共识机制。要将资产返回到比特币主链，用户需烧毁或销毁侧链代币。此烧毁事件被主链检测到，然后将最初锁定的比特币释放回用户在主链上的地址。

联盟/验证者： 为了安全地管理和验证双向挂钩过程，侧链采用联盟或一组验证者。联盟或验证者在管理和保护主链与侧链之间的双向挂钩过程中发挥关键作用。他们监控资产在两条链上的锁定和解锁，确保交易被准确记录。他们还验证移动的资产数量在双方匹配，防止如双重消费的问题。此联盟可以由受信任方、多重签名脚本或智能合约操作，所有这些都旨在维护资产转移过程的完整性和安全性。

独立共识： 侧链的一个显著特征是其独立的共识机制，与比特币主链分开运行。这种独立性允许侧链实施自定义的区块参数，包括不同的区块时间、区块大小和针对其特定使用案例优化的交易吞吐量。他们使用独特的共识算法，如权限证明（PoA）或委托权益证明（DpoS），这些算法可能更高效或适合侧链的目的。此外，侧链引入了主链上没有的智能合约、隐私增强和其他可扩展性解决方案等高级功能。

Rollups

比特币二层Rollups通过将交易执行和数据从比特币主区块链转移到单独的Rollup链或层来工作，同时仍依赖比特币进行数据可用性和共识。

Rollup技术涉及的关键机制包括在Rollup链上的交易执行、数据压缩和在比特币层上的锚定。用户提交交易以在Rollup链上执行，而不是直接在比特币区块链上。Rollup链处理这些交易，相应更新账户余额。在链下处理了许多交易后，Rollup将交易数据压缩或“卷积”成一个紧凑的加密证明或承诺，代表所有这些交易对状态的净影响。然后将这个压缩的证明作为单一交易定期提交给比特币区块链。比特币层一上的智能合约或验证机制可以有效地验证和应用Rollup证明所代表的状态转换。

然而，比特币上的Rollups面临一个关键挑战，因为基础比特币层缺乏本地验证由Rollup系统生成的加密证明或承诺的能力。目前正在探索几种方法以实现比特币上的Rollups，包括主权Rollups和扩展比特币脚本。

主权Rollups使用比特币作为数据可用性层，而不依赖其进行有效性证明。这些Rollups独立运行，处理链下交易，仅在比特币上发布压缩的交易数据。他们管理自己的共识机制和链下的交易执行环境，使用比特币来锚定和存储压缩的Rollup数据。为了在Rollup中转移BTC等资产，使用了一个去中心化的挂钩系统，如sBTC，依赖于一个去中心化的签名者群体，而不是比特币的基础层。

扩展比特币的脚本语言和操作码以启用有效性Rollups，使比特币基础层能够验证和执行Rollup的状态转换。这可能需要对比特币进行软分叉升级，以添加新的操作码，如OP_CAT或WTC，以实现更好的可编程性。

比特币二层解决方案的优势

比特币的第一层虽然以其安全性和去中心化而闻名，但存在若干性能限制。比特币主链上的交易确认需要约10分钟，缺乏智能合约功能，并且由于网络拥堵通常会产生高昂的交易费用。为了解决这些问题，已经开发出了比特币二层解决方案，提供了一系列改进，显著提高了比特币网络的可用性和功能性。

可扩展性： 比特币二层解决方案最显著的优势之一是能够显著提高网络的交易能力。通过在主区块链之外处理交易，二层项目可以处理比特币基础层高得多的每秒交易量。这种卸载减少了主链上的拥堵，结果是更顺畅和更高效的网络操作。增加的可扩展性对于比特币在日常交易和高频交易中的广泛应用至关重要。

降低交易费用： 由于二层交易不需要在比特币区块链上记录所有交易数据，它们显著减少了需要存储的数据量。这导致了较低的交易费用，使微交易和其他小额转账在经济上变得可行。用户受益于降低的成本，这对于如汇款和微支付等应用尤为重要，因为高额费用可能是不可承受的。

更快的确认： 二层解决方案提供接近即时的交易确认，这与比特币主链上10分钟的平均区块时间形成鲜明对比。这种快速确认时间对于需要快速结算的用例至关重要，如销售点交易和在线商务。实现更快的确认提高了用户体验，拓宽了比特币的实际应用范围。

增强隐私： 一些二层实现提供了增强的隐私功能。诸如洋葱路由和支付通道匿名性等技术使得追踪交易变得更加困难，为用户提供了更高的隐私水平。

智能合约功能： 某些比特币二层项目在比特币之上实现了智能合约功能。这一补充解锁了新的使用案例，包括去中心化应用和去中心化金融协议。

继承的安全性： 二层解决方案从基础比特币区块链继承了一定程度的安全性。通过将交易锚定到比特币稳健和去中心化的工作量证明共识，二层网络可以受益于保护比特币网络的大量计算能力。

比特币二层解决方案的挑战

尽管有其优势，比特币L2网络面临挑战，尤其是在比特币与L2网络之间的安全桥接以及在比特币网络上结算证明的速度和能力方面。桥接可能存在安全风险，并且未来可扩展性需要改进结算速度和成本。

比特币L2解决方案面临的一些最大挑战包括：

比特币与L2网络之间的安全桥接： 比特币L2网络如侧链使用桥接来连接比特币主链。这些桥接通过在比特币上锁定资产并在L2链上铸造等量代币的方式工作。然而，这种桥接设计存在安全风险和用户体验问题。许多加密货币黑客攻击和损失都由于跨链桥接中的漏洞而发生。

在比特币网络上的结算速度和成本： 虽然L2解决方案处理链下交易，但它们最终需要在比特币主链上结算最终状态。比特币基础层上的结算过程的速度和成本是影响L2网络效率的重要因素。

在没有直接比特币验证的情况下保持安全性： 与以太坊L2s不同，以太坊的验证者可以验证L2交易，比特币L2s并不完全继承比特币节点验证交易的安全性。比特币L2s必须依靠自己的独立安全协议，这使得达到比特币基础层相同的安全水平具有挑战性。

增加的中心化风险： 一些L2解决方案需要建立支付通道和中继节点，或运行自己的共识机制。这可能导致控制权集中在少数实体手中，潜在地削弱了比特币的去中心化原则。

技术复杂性和集成挑战： 将L2解决方案与比特币现有基础设施集成涉及显著的技术复杂性，如确保兼容性，维护安全标准，并在社区内对提议的更新达成共识。

主要的比特币二层项目

随着比特币的不断发展，几个Layer-2项目已经出现，以解决其可扩展性、效率和功能性问题。以下是一些当前塑造格局的最突出比特币L2项目：

1. 闪电网络 闪电网络可以说是最知名的比特币Layer-2解决方案。它利用状态通道来促进两方之间的链下交易。这样可以实现几乎即时和低成本的交易，显著提高了比特币在日常支付中的可用性。

关键特性：

• 链下交易
• 低费用
• 即时支付结算
• 通过洋葱路由增强隐私

在我们的学习中心阅读“什么是闪电网络？”以深入了解比特币闪电网络。

2. Liquid Network 由Blockstream开发的Liquid Network是一个用于快速和保密交易的比特币侧链。它能够发行和转移资产，包括比特币和稳定币，与比特币主区块链相比，费用更低且结算时间更快。

关键特性：

• 比特币的双向挂钩转移
• 保密交易
• 资产发行和管理
• 快速结算时间

3. Rootstock Rootstock是一个兼容以太坊虚拟机（EVM）的比特币侧链，使用工作量证明共识和合并挖矿。它允许比特币用户锁定BTC并铸造RBTC，通过先进的智能合约功能增强比特币的功能。

关键特性：

• 智能合约功能
• 与比特币的双向挂钩
• 兼容以太坊的Solidity语言
• 通过比特币的算力增强安全性

4. Stacks Stacks是一个独特的Layer-2解决方案，与比特币区块链集成以实现智能合约、去中心化应用和数字资产。它使用一种称为转移证明（PoX）的新型共识机制，锚定在比特币上以确保安全。Stacks Network还集成了原生代币Stacks（STX）。

关键特性：

• 智能合约
• 转移证明（PoX）共识
• 去中心化应用
• 与比特币安全模型的集成

5. 以太坊上的Wrapped Bitcoin (WBTC) Wrapped Bitcoin (WBTC)是一个将比特币与以太坊连接的Layer-2解决方案。它允许用户将他们的BTC包装成ERC-20代币，使比特币能够在以太坊的去中心化金融生态系统中使用。

关键特性：

• 将比特币与以太坊连接
• 使比特币能够用于去中心化金融应用
• ERC-20代币兼容性