什么是Layer 2 ？Arbitrum、Optimism如何解决以太坊拥堵问题

Layer 2是以太坊的链下扩展方案，通过将计算移至链下、批量压缩交易上链、继承主网安全性来提升性能；Optimistic Rollups（如Arbitrum、optimism）采用乐观假设+欺诈证明机制，Arbitrum用多轮交互式证明降低成本，Optimism用单轮证明但链上开销更高。

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Layer 2，或称二层网络，是构建在以太坊等一层区块链之上的扩展解决方案。它旨在通过将大量交易移至链下处理，来解决主网的拥堵、高昂手续费和交易速度慢等问题，从而提升整体性能和用户体验。

Layer 2 的核心工作原理

1、将计算和状态存储移至链下。Layer 2的核心思想是将大部分交易的计算过程从拥挤的以太坊主网（Layer 1）上剥离。用户在Layer 2网络上进行交易，这些交易会被快速处理和确认，而无需等待主网的缓慢区块确认。

2、交易数据压缩与捆绑上链。Layer 2会将成百上千笔链下交易打包、压缩成一个批次（batch），然后将这个批次的摘要数据提交到以太坊主网上。这意味着原本需要上千笔交易支付的Gas费，现在被分摊到了一笔交易上，极大地降低了成本。

3、继承以太坊主网的安全性。尽管交易在链下执行，但最终的交易数据或状态根会发布回以太坊主网。这使得Layer 2的安全性由以太坊来保障，任何人都可以通过主网上的数据来验证Layer 2上发生的事情是否正确，确保了资产的安全性。

Optimistic Rollups：Arbitrum 与 Optimism 的共同选择

1、Arbitrum和Optimism都采用了一种名为“Optimistic Rollups”的技术方案。其核心理念是“乐观”地假设所有提交到主网的交易都是有效的，从而省去了在主网上逐一验证的复杂过程，以此来提高效率。

2、为了确保安全性，该机制引入了“欺诈证明”（Fraud Proof）和挑战期。当一笔交易批次被提交到主网后，会有一个通常为期七天的“挑战期”。在此期间，任何人都可以对这批交易的有效性提出质疑。

3、如果有人发起了有效挑战并证明某笔交易是恶意的或错误的，系统将回滚这笔交易并惩罚提交者。这种“事后监督”的模式，既保证了安全性，又避免了对每笔交易进行即时验证所带来的高昂成本和低效率问题。

4、这种机制最直接的好处就是为用户带来了极速的交易体验和低廉的Gas费用。用户在Arbitrum或Optimism上的操作几乎是瞬时完成的，而手续费通常只有以太坊主网的几十分之一甚至更低。

Arbitrum 与 Optimism 的关键差异

1、两者最核心的区别在于它们的欺诈证明机制。Optimism采用的是单轮欺诈证明。在发生争议时，需要将整个交易在以太坊主网上重新执行一遍，以验证其正确性。这种方式虽然简单直接，但在链上验证的成本相对较高。

2、相比之下，Arbitrum采用的是多轮交互式欺诈证明。当出现争议时，挑战者和被挑战者会在链下进行多轮“沟通”，逐步缩小争议范围，最终只将最小的有争议计算步骤提交到主网进行裁决。这种方式极大地降低了链上验证的成本。

3、在技术兼容性方面，两者都高度兼容以太坊虚拟机（EVM），使得开发者可以轻松地将以太坊上的应用迁移过来。不过，Optimism追求的是EVM等效性，力求与以太坊完全一致；而Arbitrum则通过其定制的Arbitrum虚拟机（AVM）实现兼容，这在过去带来了一些细微的差异。