也许 Layer2 才是区块链的未来

区块链要多快，才叫快！

在当前阶段，区块链大规模应用的最大瓶颈就是缺乏可扩展性。没有可扩展性，系统的吞吐量就上不去，因此一个“撸个猫”游戏就造成了整个网络的拥堵，更别谈，支持大规模的应用了。在互联网应用中，加几个服务器，就意味着多了几台服务器的吞吐量。但在区块链中，这招却不管用，因为区块链系统受限于可扩展性：

O(n) < O(c)

区块链系统中的任何一笔交易，都要网络中的所有节点进行确认。因此，区块链系统的计算能力(n)，受限于单个节点的计算能力(c)。

2017年12月，比特币暴涨，它的日交易量，也达到了它的历史巅峰，为 424,579 笔。而以太坊的日交易量的历史巅峰数据是 1,349,890 笔。我们再讲讲淘宝双十一的日交易量数据大概是 1,480,000,000 笔，VISA 和淘宝是同一个量级的。而互联网每天的信息吞吐量大概是 2,000,000,000,000 次。折算成 TPS，比特币 5，以太坊 16，淘宝 17,000，全球 23,000,000。

光讲这些数据数据，你大概没有什么感觉。我们来对比一下，一个人跑步的速度，大概是 5m/s，好比比特币。优秀的自行车运动员的骑行速度大概是 14m/s，好比以太坊。而要达到 VISA 的速度，就要宇宙飞船了，旅行者1号在离开太阳系的速度是 17,000 m/s。要满足现有的全球的信息流通量呢？大概是 10^7 的量级，和光速 3*10^8 只相差一个量级。

Layer 1 改进包括，共识算法和底层区块链的架构。在 Layer 1 层，通过改良 POX 共识算法，比如 DPOS，充其量也就是自行车变汽车。架构上的改变，比如分片技术，1 个区块链和 100 个分片通讯，就算做速度再乘以 100X。因此，无论在 Layer 1 上怎么玩，顶多摸到宇宙飞船的尾巴，要想达到光速，对不起此路不通。

只有 Layer 2 上做文章，才是唯一能够达到光速的手段！

Layer 2，主要是指在构建在区块链之上的可扩展性、计算、存储方面的基础设施。我们习惯把 Layer 2 叫做链下，相应地， Layer 1 就是链上。跳出 Layer 1，也就跳出了 Layer 1 的单节点限制问题。本文讨论的就是 Layer2 可扩展性问题的解决方案。在 Layer 2 层，用类似于传统互联网的手段，通过网络将所有节点连接起来。任意节点之间都可以随时发起交易，没有了单个节点的性能限制，就可以通过增加节点和通道的方式不断扩展，达到光速。

闪电网络

Layer2 最有名的可扩展项目，要属闪电网络了。

我们用 Bob 到 Cooffeeshop 买咖啡来举例子介绍闪电网络：

1. 资金上链：Bob 存入 0.05 BTC 上链，Cooffeeshop 存入 0 BTC 上链，只有通道关闭时，链上资金才会被释放。此时，交易的初始信息为： Bob 0.05 BTC| Coffeeshop 0 BTC。

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1. 链下白条交易：Bob 和 Cooffeeshop 建立支付通道(例如，通过 IP/TCP 协议建立支付通道)，在该通道内的双方通过相互在白条上签名来完成交易。每次交易，双方都保存一份相同的带有双方签名的白条。保存的白条，是处理后续交易，解决交易纠纷的关键。比如 BoB 通过白条支付给 Coffeeshop 0.005个 BTC，双方的白条信息就此更新为： Bob 0.045 BTC| Coffeeshop 0.005 BTC。

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1. 关闭链下通道：任何一个人都可以随时关闭链下支付通道。比如BoB 可以拿着白条：Bob 0.045 BTC| Coffeeshop 0.005 BTC，到链上申请关闭链下支付通道，并进行交易结算，结算完成后 Bob 可以拿到 0.045 BTC，Coffeeshop 拿到 0.005 BTC。上述结算的前提是，提出结算的一方是诚实可信的，但是现实中，只要有利可图，就有造假的风险。
   如果 Bob 实际买了 10 杯咖啡，双方真正的余额是 : Bob 0 BTC| Coffeeshop 0.05 BTC，但是 Bob 却打起了歪脑筋，用第一次买咖啡的白条 Bob 0.045 BTC| Coffeeshop 0.005 BTC，到链上申请结算。如果任由咋骗的情况发生，扩容网络也就废了。
   闪电网络提出的方案就是，提出关闭通道一方 Bob，后进行链上资金结算，另一方 Cooffeeshop 先进行链上资金结算。举个例子，Bob 提出关闭通道，那么 Bob 要 100 小时小时后才能进行链上资金结算，而 Cooffeeshop 立刻能够取到链上资金。这样 Cooffeeshop 可以在 100 小时内，拿着第十次 Bob 买了 10 倍咖啡的白条 Bob 0 BTC| Coffeeshop 0.05 BTC，去链上申请仲裁，取到本应该属于他的资金。
   链下通道安全性的关键就是：链下如何给链上提供欺诈证明。闪电网络的假设是，参与发 Bob 或 Cooffeeshop 在指定时间内，比如 100 个小时内，不会一直掉线，然后在 100 个这小时内，后退出的一方可以到线上申请仲裁。

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1. 双人通道 => 多人通道。Alice 和 Bob 已经建立"支付宝"支付通道，Bob 和 Carol 已经建立"微信"支付通道。如果 Alice 给 Carol 之间要进行交易，有两种方案，第一种是 Alice 和 Carol 再建立一条“Apple”支付通道，另外一种方案是通过 Alice 和 Carol 通过 Bob 进行桥接支付。 任何交易双方都需要建立一个一对一的通道，这显然会带来很多麻烦。闪电网络支持中间人桥接建立支付通道，步骤如下：

   1. Alice 要给 Carol 支付现金，要通过中间人进行桥接支付。但是中间人不一定可靠，那么 Carol 就和 Alice 约定一个“谜题”，如果 Alice 从 Bob 哪里收到的 “答案”能够解开“谜题”，就说明 Bob 真正的把资金给了 Carol。
   2. Alice 把“谜题”和转账信息给了 Bob。
   3. Bob 和 Carol 进行协商转账，如果 Carol 把“答案”告诉 Bob，Bob 就把钱给 Carol 转过去。这实际上也就和输入秘密进行支付一样。
   4. Alice 和 Bob 进行了同样的协商转账，如果 Bob 把“答案”告诉 Alice，Alice 就把钱给 Bob 转过去。

   需要注意的是，第 3 步和第 4 步的先后顺序，是 Bob 先垫付的资金，然后 Alice 才把资金给了 Bob。也就是说 Alice 需要给 Carol 支付，需要动用整条价值传输链路上的资金。 在只有一个中间人 Bob 的时候，Alice 和 Bob 的资金都被动用了。如果有 10 个中间人，那么动用的资金量就是 Alice 直接支付给 Carol 的 11 倍！理解这一点，判断链下状态通道好坏的关键。

   Network

在传统互联网的信息传输中，只需中间人越少速度越快，也就是最短路径算法。但是区块链是价值传输，因此不仅要考虑最短路径，还有考虑最短路径上节点的有没有可以使用的资金。不然就会出现 Bob 虽然支付宝支付通道上有钱，但是微信支付通道上面没钱，导致整个 Alice 不能通过 Bob 支付 Carol 资金的尴尬 。链下通道关键就是：如何在整体上保证传输消耗的资金量最少(最短路径)，且维护整个网络中通道资金的平衡(且资金链不断裂)。闪电网络，只是做了一些非常简单的处理，比如选择多条最短路径，但这不能从根本上解决问题。

2. 多人通道 => 支付网络： 既然多人之间可以建立状态通道，那么推广开来，在更多人之间就可以建立起一个支付网络来。现在闪电网络也已上线。下图就是闪电网络主网，它有 2934 个参与者，参与者之间建立 8041 个一对一的支付通道。目前上面的流通资金量还是非常少的，只有 81 个比特币。

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Layer 2 的难题

从技术角度看，闪电网络的可扩展性，其实是牺牲了用户的可用性，并且是需要大量流动性资金做支持的。

• 可扩展性：增加一个参与者/节点，网络整体性能也随之增加。
• 可用性：用户需要在某个指定时间内保持一次在线。
• 流动性：参与交易双方和中间节点的需要将大量的资金押注在Layer1层。

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其他 Layer2 的解决方案

在如何提高用户可用性和减少流动性资金的需求，有很多 XXX Network 的解决方案。其中，比较出名的有 Liquidity Network 和 Celer Network。

Liquidity Network 也是一个 Layer 2 的项目，因为看 V 神点了赞，丹华也投资了，我也就拿过来研究了。延续闪电网络中，提高的 Layer2 上解决可扩展性问题的两个关键：

Liquidity Network 白皮书中并没有提到如果保证链下安全性的。但在如果提高链下速度上，有着非常详细的描述，还提出了 REVIVE 路由算法，其核心思想，就是“分而治之”。

其官网的宣传图片，很好的介绍了路由的思想。地球一共七洲，每个大洲上都有几个 Liquidity Network 的枢纽，枢纽的概念有点像交易所。每个大洲上都有几个国家级的交易所，平时大家都在交易所中进行交易，交易所进行交易的速度非常快，能很好的满足大家的日常需求。每个交易之间，也会通过特殊的通道进行连接，组成一个全球的交易网络。

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实际上，Liquidity Network 的枢纽和交易所还是有很大区别的，枢纽中并没有一个中心化的机构掌握金钱。另外和去中心化交易所，也有点区别，他的支付行为是在链下发送的，而不是在链上进行的。

但是个人感觉 Liquidity Network 路由算法局限性很大。这个算法的前提在于，交易双方在一个枢纽中效率才是最高的。但是区块链本来就是个全球性的东西，将更多的交易双方尽可能集中在一个枢纽之中是很难实现的。因此该路由算法的局限性非常大。

Celer Network 是我个人非常看好的一个项目。任何 Layer2 的可扩展解决方案，都会牺牲了用户的可用性 ，并且是需要大量的流动性资金做支持的。而 Celer Network 提出的经济模型，很好的弥补了可用性和降低流动性资金的要求。另外路由算法，也是非常牛逼的。Celer 在这篇文章中就不具体展开了，后续有机会可以细谈。