由於 DeFi、NFT 和遊戲產業的快速成長，使以太坊 (ETH) 網路變得擁擠，因此現正持續開發包括側鏈、Plasma、State Channels、Validium 等提升擴展性的解決方案，以兼顧需求與安全。本文將探討 layer 2 solutions 帶來的優勢。
在深入討論前，我們先來了解什麼是 Layer 1 與 Layer 2 解決方案。
什麼是 Layer 2 擴展解決方案？
Layer 1 指的是每條區塊鏈的基礎網路架構，而 Layer 2 則是建立在基礎網路之上的擴展層，用以協助提升交易和數據的擴容能力。
主網會自行驗證和最終確定所有鏈上交易，不需依賴其他網路，而 Layer 2 屬於主網的擴展或次級架構。
每個基礎網路均有自行的節點機制，像是工作量證明（PoW）或權益證明（PoS）。此外，Layer 1 協議擁有原生代幣，通常用於支付手續費。
現在以太坊已轉型為 PoS 共識機制，新鏈分擔了主網壓力並減輕壅塞，但完全部署仍需數年時間，在此同時 Layer 2 方案正協助網路擴展。
側鏈、樂觀式 Rollup 等 Layer 2 方案為以太坊帶來更多擴展效益，本文將進一步介紹。不過在此之前，先說明 Layer 2 如何運作──它會將大量交易打包處理再將交易證明提交至主鏈，稱為「鏈下調用」，以減輕主網負荷。
因此，L1 著重於數據可用性、安全和去中心化，而 L2 則聚焦於可擴展性。
側鏈（Sidechains）
Layer 2 側鏈是獨立的以太坊虛擬機（EVM）區塊鏈，與主鍊平行運行。
它們擁有自己的驗證節點，負責確認和處理交易、添加區塊，並執行 PoS 或 Proof-of-authority 等共識機制以提高效率。
儘管側鏈可藉其 EVM 相容性支援複雜交易，但其去中心化程度較低，採用獨立共識機制，故並不依賴於 Layer 1 或 Layer 2。
像 xDai chain 和 POA Network 等加密項目便提供側鏈服務。
狀態通道與支付通道（State Channels and Payment Channels）
這或許是以太坊擴展最重要的 Layer 2 機制，因為它們屬於多簽名合約，參與者可頻繁、快速地進行鏈下交易，僅需在結算或最終性時回到 layer 1 執行。
因此，狀態通道能處理更複雜的互動，例如遊戲，而支付通道則專注於雙方之間的支付。前者能實現低成本、高吞吐量的微支付。
Raiden、Perun、Celer 等項目皆於以太坊上運用狀態通道。
Plasma
Plasma 鏈（亦稱子鏈）為定期以加密驗證和智能合約將交易下放至 ETH 主網的小型鏈，猶如主網的縮小版。
雖然它們有自己的區塊驗證機制，但會定期向以太坊主鏈報告並利用主鏈安全性解決爭議，使高吞吐量、低成本的代幣轉帳成為可能。
LeapDAO、OMG Network 等多個項目皆有提供 Plasma 解決方案以協助 dApp 整合。
樂觀式 Rollups（Optimistic Rollups）
此類 Layer 2 解決方案在以太坊主鏈平行運作，能將大量廉價可擴展的交易打包處理於 Layer 1 之外，但最終仍用主鏈保障交易安全。
樂觀式 rollup 可帶來百倍以上的擴展性，因其不須執行複雜且耗費成本的鏈上計算。未來當以太坊分片推出時擴展性會進一步提升。
當交易遭到質疑時，樂觀式 rollup 會進行欺詐證明計算，否則預設皆為有效。此方式會有保證金制度，若證實欺詐交易則該帳戶沒收保證金，且正當一方可獲獎勵。
因同時支援智能合約與簡易支付，適合用於 DeFi 應用，例如 Cartesi、Arbitrum、Optimism 等項目皆採用此技術。
ZK-Rollups
零知識 rollup 將交易批次鏈下打包以產生稱為 SNARK 的加密證明。該 rollup 在鏈下執行計算，僅提交效力證明至 Layer 1。
零知識 rollup 的智能合約在 Layer 2 記錄所有交易，並透過效力證明更新，但驗證區塊僅需效力證明，不需交易全部數據，因而節省 Gas 與數據消耗。
因智能合約自行驗證交易，Layer 2 到 Layer 1 的轉帳不會有延遲，最終性又快且兼顧安全與去中心化。但部分方案不支援 EVM，對計算密集型 dApp 不太適合。
目前應用於 ZKSwap、zkSync 等多個項目。前者主打高吞吐、零手續費的 Layer 2 DEX，zkSync 則是用於以太坊可擴展、低費用支付的無信任協議，讓 DeFi 錢包規模如 PayPal般增長。
這兩類 Rollup 非常適合以太坊 Layer 2 擴展，而 Harmony 更進一步，透過 Horizen bridge 特性連接 Binance 智能鏈，擴大 DeFi 應用。
Validium
此效力驗證的用戶鏈不會將數據儲存在以太坊 Layer 1，可在每條 Validium 鏈上每秒處理一萬筆交易，且可與主網平行運作。
與高價值型 dApp 不同，其不受到經濟攻擊威脅，只需提升資本效率且無提款延遲，不過智能合約能力有限。
StarkWare、Loopring 等項目皆將 Validium 應用於以太坊 Layer 2 擴展。其中，Immutable X 為首個 NFT Layer 2 擴展方案，結合 Validium 與 ZK-rollup，實現 9,000 TPS 並免 Gas 費。