作者 | Callum@Web3CN.Pro
2020年以来，Defi业务飞速增长，TVL 从6亿美元增长到370亿美元，增长了60 倍。随着区块链链上交易使用量迅速增大，加之DeFi应用场景的发展，区块链网络变得日益拥堵，主网扩容势在必行。
那么为什么不管是比特币还是以太坊都不直接选择提高区块容量来提高交易承载量呢？原因在于当区块容量扩大时，会让更多小型节点退出，逐渐走向中心化。因此，开发者将目光转向发展Layer2，这种方案构建在现有区块链网络之上来提高其效率，通过卸载一些处理来减少网络拥塞和与链上交易相关的过高成本，这个过程不会影响现有Layer1区块容量大小，避免走向中心化。
目前，比特币平均每秒处理7笔交易，而以太坊网络每秒能够处理约30笔交易，相比之下，Visa平均每秒处理约1700笔交易。随着使用这两种区块链的人数随着时间的推移而增长，比特币和以太坊都几乎达到了容量限制，需要解决方案来帮助它们容纳更多用户。本文我们就将深入探究为何相较于以太坊，比特币更加需要Layer2，并分析当前比特币Layer2的阻碍和前景。
比特币 VS 以太坊
比特币和以太坊之间的基础区别
比特币是第一个基于区块链技术的加密货币，为数据赋予了价值。作为点对点的电子现金系统，它独立于任何中央机构运作。比特币主要做一些简单价值传递，例如Bob在某个时间把一定量的比特币打给Sally，并且能调节的参数仅有转账时比特币的数量。
以太坊是一个去中心化的开源分布式区块链网络，由其原生加密货币以太币提供支持，用于进行交易并与构建在以太坊网络之上的应用程序进行交互。虽然比特币使用区块链技术进行货币交易，并允许将节点和消息附加到每笔交易，但以太坊更进一步，使用区块链创建去中心化计算机。以太坊依靠编程语言Solidity结合区块链技术，推出了智 能合约开发环境，让开发人员可以进行更复杂的数据处理，完成对去中心化应用的开发， 突破比特币仅仅实现简单价值传递的局限性。
虽然比特币和以太坊网络都基于分布式账本和加密的概念，但它们在技术规范方面有很大不同。
首先比特币作为数字黄金等价物用于存储价值，其本质上是货币交易，而附加到比特币网络交易的数据仅用于记录交易信息。而以太币则用于为以太坊网络及其应用程序提供动力，以太坊上的交易可以包含可执行代码来创建智能合约或与使用它们构建的自执行合约和应用程序进行交互。
其次，比特币使用Omni层发行新的代币，这是一个用于在比特币区块链上创建和交易货币的平台，Omni层的采用主要围绕稳定币。而以太坊代币按照不同的标准发行，其中最流行的是ERC-20标准，定义了网络上代币的规则。ERC-20 标准包括开发人员在推出代币之前必须实现的多项功能。这些功能包括提供有关代币总供应量的信息、提供用户地址上的账户余额以及允许资金在地址之间转移。
最后，这些网络之间的其他差异还包括共识机制的不同、添加新数据块时间的不同以及每秒处理交易数量的不同。
不同的扩容解决方案
目前比特币扩容解决方案之一是技术改进，这是一种链上扩容解决方案。例如2017年的隔离见证（SegWit），这是一种将一些数据“隔离”到传播网络的每个区块的可用空间之外的升级，通过从比特币交易中删除签名数据来增加区块链的块大小限制的，当交易的某些部分从区块中删除时，这会释放空间或容量以将更多交易添加到链中，SegWit升级将区块空间扩容到4MB。2021年的Taproot升级简化了交易处理，使得在比特币网络上确认交易变得更容易、更快捷。它还增加了可处理的交易数量，并降低了网络上交易的总体成本。
此外，开发人员一直在研究链下Layer2扩展解决方案，首先是在闪电网络的基础区块链之上构建交易层的解决方案。在闪电网络上，交易速度快且费用极低，因为它们是通过用户创建的支付渠道发送的。闪电网络的用户生成的支付通道是用 比特币预先提供资金的，并且可以允许大多数交易从基础区块链转移到这个第二层网络。这些交易不会在比特币网络本身上结算，因为在基础比特币区块链上结算的唯一交易是那些打开和关闭闪电网络支付通道的交易。其实比特币侧链，是在比特币区块链上，建立一个与比特币主链相互独立但又能够与其进行交互的并行链，侧链利用主链的安全性和稳定性，构建了一套相对独立的区块链系统。在比特币侧链上，用户可以进行各种不同的操作，例如创建新的数字货币、运行智能合约、实现隐私保护等。相比于比特币主链，比特币侧链可以为比特币提供更多的功能，增强比特币的可扩展性和灵活性。
以太坊的扩容方案也分为链上扩容和链下扩容。链上扩容是对区块链本身的性能提升，对以太坊本身进行改造来得到更好的扩展性；链下扩容是与第一层主网分开，在无需更改现有以太坊协议的情况下实现更高的扩展性。链上扩容的核心是通过改变一层主网协议达到扩容效果的解决方案，这是对以太坊本身进行技术升级，这涉及到以太坊的决策流程，因此需要以太坊开发人员、研究人员、社区成员共同决定。当前链上扩容主要采用分片（在下半年坎昆升级后逐步实现），分片链可以帮助将运行以太坊所需的计算资源分散到总共64个网络中，这会降低对每台运行以太坊区块链的设备随机存取存储器的需求。
相较于以太坊链上扩容，以太坊链下扩容的生态更加丰富。链下扩容就是把交易或者处理的过程放在链下执行，要在不改变现有一层主网公链协议的情况下做扩展，对于链下扩容来说，最关键的问题就是交易数据的处理，交易数据的处理是否放在Layer1主网上会影响其安全性，所有链下扩容方案的差别就在于此。以太坊的链下扩容方案主要采用Rollup，该方案依赖于对大量交易进行分组的服务器，然后将它们直接提交到以太坊区块链。另外一个二层解决方案称为侧链，这是与以太坊网络并行运行的独立网络，允许用户将代币从一个网络交换到另一个网络协议，有效地允许他们使用基于以太坊构建应用程序，同时支付更少的费用。
相比以太坊，比特币更需要Layer2增强其可扩展性
交易量不断扩张，亟需Layer2作支撑
比特币的区块大小一直备受争议。其实，在比特币诞生之初没有限制区块的大小，其自身数据结构最大可以达到32MB。在当时，平均被打包的区块大小为1-2KB，有人认为区块链上限过高容易造成计算资源的浪费，还容易发生 DDOS 攻击。因此，为了保证比特币系统的安全和稳定，中本聪决定将区块大小限制在1MB。按照每笔交易占 250B，平均每十分钟产生一个区块的速度计算，比特币网络理论上每秒最多可以处理 7 笔交易。不过当时比特币的用户量较少，交易量也很小，没有造成区块链网络的拥堵问题。不过在2013年后比特币的用户体量越来越大，比特币网络拥堵、交易费用上升的问题也逐渐涌现出来。
2023年初，Ordinals 协议为比特币引入了新的发展方向，BRC-20代币协议也迅速流行起来，市场的追捧使得比特币网络变得十分拥挤，运行成本也达到新的高度。单个比特币交易区块收取的费用已经超过了区块奖励，这证明了 Ordinals 和 BRC-20 对区块空间的需求不断增长。根据比特币浏览器显示，目前比特币网络未确认交易数据最高达到504,182笔，每秒7笔交易的处理速度已经明显无法满足用户需求。同时，比特币网络交易手续费也大幅飙升，Gas 费超过500 聪/字节。
交易速度慢、交易确认时间长、交易手续费高以及网络扩展性的限制，都阻碍了现阶段比特币生态的发展，所以说比特币发展现状需要Layer2作为支撑。
区块扩容受阻，Layer2是最优选择
早在2010年开始考虑区块扩容方案时，虽然当时把容量设置为了1M时，但中本聪认为如果有扩容需求，直接在代码中设定区块高度自动升级区块容量就够了。中本聪隐退后，比特币的开发维护任务由中本聪传给了加文（Gavin），慢慢地不断有其它开发者加入，发展成现在的Core开发团队。
后来Core开发团队内部关于要不要按中本聪的计划，实行硬分叉移走1M的限制产生了分歧。多数开发人员觉得不应该移除这个限制，Core团队认为如果移除这个1M的限制，以后的区块会越来越大，提高运行节点的门槛，影响系统的去中心化程度，增加系统风险。
最终在安全性和扩展性之间，BTC社区首选了安全性，这些开发者提出了“隔离见证+闪电网络”。为了解决影响闪电网络的延展性问题，也为了实现部分扩容效果，2015年12月Core开发团队提出了隔离见证（Segwit）方案。随后，Blockstream公司CTO Gregory将闪电网络写入比特币路线图，形成了“隔离见证+闪电网络”路线。至此，Gavin主推的区块扩容方案和掌握比特币开发主导权的Blockstream公司的Core开发者之间的分歧正式形成。不过也有一部分人拒绝这次技术升级，2017 年8月BTC 硬分叉衍生出 BCH。BCH 在硬分叉后，将区块上限提高为 8 M，后续又提高到 32 M，平均 TPS 在 120 左右。此外，BCH 社区在2018年，因为技术升级路线的分歧，再次分裂，硬分叉出BSV (Bitcoin Satoshi Vision)。
事实上，比特币区块扩容方案的复杂度高，更被社区接受的方案是基于比特币Layer1构建新的层级，既兼容并且不影响比特币系统的同时，又解决链上拥堵的问题。从扩容之争的最终结果看，Core派在取得了最终的胜利，比特币区块扩容被终止，比特币在完成隔离见证之后，全力朝向闪电网络、Sidechain等Layer2方向发展。
打破简单账本局限，非图灵完备的Layer2莫属
我们在第一部分时谈到过，以太坊打破了比特币简单账本局限性，建立智能合约体系实现复杂价值传递。因此以太坊自诞生起就一直在解决资产相关的金融需求，不论是其发行的资产ERC20（token）、ERC721（NFT），还是其链上Defi产品，如 Maker Dao，UniSwap，OpenSea等，无不满足了用户多样化的需求。特别是以太坊有图灵完备的虚拟机EVM，解决了资产链上结算的问题，所以EVM生态支持为token/NFT提供链上DEX，也成就了很多知名的Defi应用。
资产的发行和流转之前一直是以太坊的叙事，但现在同样也成为了比特币的叙事。早在2014年以太坊出现时，比特币就已经开始探索发行资产的业务需求。比如最知名的Omni Layer协议发行的最早的稳定币USDT。当时，世界第一大加密稳定币发行在比特币网络的UTXO的OpReturn上，然而由于那时的OpReturn 只支持80字节的内容空间，导致OmniLayer协议的失败。于是比特币网络在后面不断地进行了技术升级，包括我们提到的segwi升级和Taproot 升级，也正是因为这两次技术升级，为比特币后续生态的发展提供了可能。
虽然比特币的隔离见证解决了从80字节到4MB的扩容问题，但没有解决链上计算的问题。所以比特币当下只能做发行资产的逻辑， 而不可能像支持链上计算的以太坊一样，构建 AMM DEX等链上计算的应用。比特币生态当下发行的资产成绩确实让人欣喜。比如 BRC20 铭文的铭刻交易笔数已经超过了1000万笔， 比特币 NFT的市值规模已经和以太坊市场相当。接下来比特币网络要解决的就是能够像以太坊Layer1一样可以独立地完成资产的结算。
从上述链下扩容解决方案来看，当前以太坊Layer2都只是复制以太坊Layer1，没有什么非得Layer2去解决的实际业务问题，非得说以太坊 Layer2解决了什么，那就是降低了Gas费，特别是待以太坊分片实现后，可能成为当前Layer2协议的额外挑战。而比特币的Layer2 解决方案相较于以太坊还很少，比特币非图灵完备的链上虚拟机只能给资产做登记，而不能做结算，所以 比特币 Layer1 必须需要图灵完备的比特币Layer2来帮助其解决发行资产的结算问题。这也是为什么比特币比以太坊更需要发展Layer2的原因。
相比于以太坊等生态的繁荣，比特币生态上的项目还很少，目前，整个以太坊生态系统的TVL市值达到约260亿美元，比特币生态系统的TVL约为1.8亿美元，但比特币市值近6000亿美元，以太坊市值约2300亿美元，因此从长远看，比特币Layer2的发展还有相当大的成长空间。
比特币Layer2的前景
2012年，染色币（Colored Coins）风靡一时，其利用了比特币区块链，旨在为特定比特币“着色”以将其与其他比特币区分开来，目标是利用比特币及其现有基础设施进行非货币交易。尽管彩色硬币从未完全独立发展，但它们激发了当今广泛使用的新技术。2017年，SegWit（隔离见证）升级激活，将区块空间扩容到 4MB，从而提高了交易吞吐量。直到2018年，开发者逐渐推出闪电网络（ Lightning Network ）和侧链（Sidechains） ，比特币L2由此走进大众视野。2021年的Taproot升级又带来更安全、高效、私密的比特币。今年，BRC-20 协议的出现进一步丰富了比特币的相关生态。当前比特币生态中，较为主流的协议包括侧链和闪电网络。随着比特币网络上的交易量越来越多，如何让比特币承载更多的交易和生态是目前主要的发展方向，无论是闪电网络、侧链还是RGB协议，比特币Layer2的发展也在持续进行，最终达到比特币网络安全性和可扩展性的兼容。
当前比特币生态的规模距以太坊还有不少的差距，一是知名项目相对于以太坊较少，二是用户规模也不如以太坊，但作为当前市值最高的区块链网络，其增长潜力还是很大的。
比特币生态各基础设施日渐完善，吸引越来越多的项目入驻和投资者的关注。以闪电网络为基础的OmniBOLT和RGB协议等项目将能够从中获得更强大的开发能力，而一些兼容以太坊的比特币 Layer2项目也将从生态中受益。未来比特币生态将在支付、DeFi、NFT 等领域加速发展，覆盖更多的赛道和用户。
参考文献
https://bitcoin.org/bitcoin.pdf
https://www.odaily.news/post/5187683
https://www.weiyangx.com/237032.html
https://medium.com/@BTClayer2
