比特币自诞生以来，一直是加密货币世界的核心。然而，由于设计限制，它每秒只能处理有限的交易数量。在需求高峰期时，它面临交易速度较慢且手续费较高的困境。 这种扩展性问题还因为比特币区块奖励的定期减半而变得更加严峻。随着矿工奖励减少，挖矿的经济激励下降，交易费用可能会进一步上升。 那么，比特币如何在保持其核心原则的前提下，适应迅速发展的去中心化金融生态系统的需求？答案就在比特币的二层协议中。 接下来，让我们深入探讨比特币二层协议的世界。

为什么比特币需要二层协议？

你可能会疑惑，既然已经有很多速度更快的区块链和生态系统在成功处理去中心化金融的相关活动，为什么还要为比特币引入二层协议？

要回答这个问题，我们需要先了解比特币当前的局限性、它的历史背景，以及它在整个加密领域所具备的独特价值。

比特币的主要局限性：

1. 扩展性不足：由于比特币的区块生成时间为10分钟，区块大小限制为1 MB，导致其每秒只能处理7到10笔交易。这种吞吐量远远不能满足全球化支付网络的需求。尤其是在需求旺盛时，用户经常面临交易延迟和费用上涨的问题，因为矿工会优先处理手续费更高的交易。
2. 有限的可编程能力：比特币的脚本语言设计相对简单，无法支持复杂的操作或智能合约，限制了比特币作为去中心化应用平台的潜力。

这些问题自比特币诞生以来就被开发者们注意到了。比特币自2009年问世以来，开发人员一直在尝试在比特币网络之上构建应用和扩展层。早期的尝试之一是莱特币，它作为比特币的分叉，旨在提升交易处理效率。这些探索凸显了比特币本身需要扩展解决方案的迫切性。

图片来源 CoinTrade

除了扩展性问题外，比特币每四年的减半机制也带来了以下影响：

• 安全性下降：由于挖矿回报减少，部分矿工可能无法维持运营，进而导致网络安全性下降。
• 矿工集中化：只有具备更低运营成本的大型矿工能够继续生存，矿工生态可能会向集中化方向发展。
• 交易费用上升：如果比特币价格无法充分上涨来弥补矿工减少的奖励，矿工可能会优先处理高费用的交易，导致整体交易成本的上升。

在这个背景下，二层协议的引入提供了有效的解决方案，帮助应对比特币的诸多局限性：

1. 提升交易处理能力：二层协议能够在链下每秒处理数百笔交易，从而大大提升交易效率。
2. 降低交易费用：通过将多笔交易打包后在主链上一起结算，二层协议显著减少了单笔交易的费用。
3. 支持智能合约：二层协议为比特币引入了智能合约功能，而无需对比特币的基础层进行修改。
4. 更快的交易确认：二层协议上的交易可以几乎即时完成，而最终的结算则会稍后在主链上进行。

为什么要选择在比特币上构建，而不是那些已经原生支持高速度和可编程性的区块链？

比特币和以太坊都面临着用户需求不断增长的挑战。虽然以太坊支持大部分去中心化金融（DeFi）和NFT应用，比特币则更专注于价值传输。这一差异影响了它们各自的二层解决方案的实现方式。

比特币的二层协议与以太坊的二层协议有所不同，二者的主要区别在于它们的重点和应用场景：

• 比特币的二层协议主要用于提升简单的价值转移和小额支付的扩展性和效率。而且，除了扩展性之外，比特币的二层项目还在致力于为其网络引入可编程性。虽然比特币本身不支持虚拟机，但二层解决方案正在开发可执行层，这些层运行虚拟机，从而为比特币提供间接的智能合约能力，拓展更多的应用场景。
• 以太坊的二层协议则主要用于扩展复杂计算和涉及智能合约的应用交互，其目标是在链下处理大量交易，同时通过以太坊主链保障安全性。

在比特币上构建的主要优势包括：

• 释放比特币的潜在价值：目前，许多比特币被闲置在钱包中未被使用。可编程的二层协议能够激活这些“沉睡”的资本，推动比特币生态系统的采用和流动性增长。
• 利用比特币的流动性和品牌优势：比特币拥有加密货币中最强大的流动性，其市值超过1万亿美元。应用程序可以借助这一庞大的资金池和广泛的用户基础。
• 继承比特币的安全性：比特币以其高哈希率和去中心化的网络闻名，是最安全的区块链之一。二层协议能够继承和利用这一坚固的安全体系。

尽管比特币的二层协议可以帮助其生态系统扩展到不仅仅是价值存储的功能，但由于缺乏原生验证机制，当前的二层协议在一定程度上牺牲了比特币的核心安全性和去中心化，带来了新的安全风险。尽管如此，二层协议为比特币提供了向更加动态和可编程的生态系统发展的可能，同时也在努力保持其安全性和抗审查性。

探索比特币二层协议的工作原理

在深入了解之前，首先需要区分“汇总”（Rollups）和二层协议的概念：汇总专注于批量处理和扩展交易，而二层协议则涵盖了一系列旨在提高扩展性和效率的解决方案。

简而言之：每个二层协议都包含汇总，但并非所有汇总都属于二层协议。

汇总的设计目的是为了高效地批量处理和扩展交易。二层协议不仅包含汇总，还增加了更多功能，例如智能合约支持、本地代币，甚至有时还包括独立的验证机制。简而言之，二层协议可以被视为“汇总+”解决方案，提供了更丰富的功能。

在理解了这些基础后，我们可以进一步探讨比特币不同类型的二层协议是如何运作的：

状态通道

状态通道允许双方在链下进行多次交易。通道通过在比特币主链上创建一个多签名地址并由双方注资来开启。接下来，他们只需要在主链上记录开启和关闭的交易，剩余的多次交易皆在链下完成，此过程使得交易速度提升且成本降低。

当双方决定结束交易时，他们会将所有链下交易整合为一笔最终交易，这笔交易会记录在比特币主链上。这样可以避免大量的小额交易占用主网资源，保持网络流畅。

每当有新参与者加入时，都需要创建一个不同的状态通道。这种机制确保所有交易状态的变更都需要所有参与方的同意，从而防止单方恶意修改交易状态。 状态通道的运作方式如下：

• Alice 和 Bob 在比特币链上创建了一个多签名地址。
• 双方将比特币存入该地址。
• 这笔设置交易会记录在区块链上。
• 随后，他们通过私下更新一个共享的余额表进行交易。
• 每笔交易都由双方签名，但不会发布到链上。
• 每笔交易后，新的余额会由双方签名，作为交易证明。
• 所有的交易更新都会保留在链下。
• 当他们完成交易后，会就最终余额达成一致。
• 双方签署并创建一笔反映最终余额的关闭交易。
• 最终状态会被发布到链上。
• 比特币链会验证并记录这笔最终交易。

状态通道只会在主链上记录开启和关闭交易，极大地提高了交易效率。通过状态通道，用户可以在链下进行多次快速、低成本的交易，同时仅在主链上记录起始和终止状态，减少了主网的负担。

比特币上的典型状态通道应用是 Liquid Network，它允许用户创建双向支付通道，大幅减少网络拥堵。

侧链

侧链是一种与比特币主网并行的独立区块链。因为比特币资产可以在主链和侧链之间转移，所以侧链实质上允许更复杂的操作，并提供了更高的灵活性。它能够根据不同的规则和共识机制运行，从而在不影响主链负载的情况下增强比特币的功能性。 以下例子可说明侧链的工作方式：

• Alice 将她的比特币锁定在比特币主链的一个特殊地址中。
• 通过这笔操作，Alice 在侧链上获得等值的代币。
• 这笔锁定交易会记录在主链上。
• Alice 现在可以使用这些侧链代币来完成交易或执行智能合约。
• 在侧链上，所有的交易都按照侧链自己的规则和共识机制独立处理，不依赖于主链。
• 当 Alice 希望将她的资产转回主链时，她会在侧链上发起转移操作。
• 侧链会将这笔转移的证明发送到比特币主链。
• 比特币主链会验证侧链的转移证明。
• 一旦验证通过，Alice 的原始比特币将在主链上解锁并返还给她。

侧链提供了更复杂的操作能力和更高的灵活性，与比特币主网并行运行。它们减轻了主区块链的压力，同时增强了比特币的扩展性与功能性。

目前，比特币已经有了像 Liquid Network 这样的侧链，它支持更快的和更私密的交易；以及 Rootstock，一个将比特币转换为智能比特币（RBTC）以部署智能合约的二层网络，拓展了比特币的应用场景，使其不再局限于简单的交易。

汇总（Rollups）

汇总通过在链下批量处理多个交易，将简化的摘要提交到主链，从而大大降低了主链的负载，同时仍保证其安全性。

图片来源 Global X ETFs

• 汇总会先在链下收集多个交易。例如，Bob 给 Carol 转了 1 个比特币，Dave 给 Emma 转了 2 个比特币。
• 这些交易由汇总处理，并在链下更新相应的账户余额。
• 汇总生成一份交易摘要，显示 Bob、Carol、Dave 和 Emma 的最终余额。
• 然后，汇总将这份摘要提交到比特币主链。
• 一旦主链验证通过，区块链将根据摘要更新相关账户的余额。

这种方式允许多个交易在链下高效完成，主链只需要验证并记录一个交易摘要。目前，有很多项目正在致力于将这一技术引入比特币，但比特币缺乏可编程性是其最大的瓶颈。

一些值得关注的项目包括 BOB（Build on Bitcoin），这是一个兼容以太坊虚拟机的二层网络，目前正在公测阶段；以及最近推出的 Citrea，这是一种计划使用 BitVM 进行结算的乐观主权汇总；还有模块化汇总层，Alpen 和 Sovryn 开发的 BitcoinOS ，旨在打造一个跨汇总互通的“超级链”。

这些项目大多采用了乐观汇总的方案，借助比特币现有的安全模型加快开发和部署。然而，包括 BOB 在内的许多项目已经明确表示，随着技术的发展，它们计划逐步向零知识汇总（zk-rollups）过渡。 zk-rollups 能够进一步提升扩展性、隐私性和安全性，从长远来看，可能使比特币的生态系统功能更强大，能够与新兴的区块链相媲美，同时保留比特币的核心优势。

比特币扩展方案比较

总结

比特币的二层网络旨在通过提升扩展性和交易速度，激活网络活力并盘活沉睡的比特币资产。尽管这些方案潜力巨大，但它们仍然面临来自已有的 Layer 1 可编程链的激烈竞争，以及自身存在的安全性挑战。

一个关键问题是，比特币的二层解决方案通常依赖额外的信任假设，导致其安全性不如以太坊的二层网络。如果比特币能够实现原生验证，直接对二层交易进行验证，其安全模型将更为简化，二层网络也会更加安全高效。

将比特币桥接到二层网络同样存在挑战，当前需要更为安全可靠的桥接机制。目前的桥接设计包括 tBTC这样的 （依赖多方协作）信任最小化解决方案；以及WBTC，由中心化托管方管理的托管桥。还有新的提案，如 BitVM 试图通过先进的零知识证明实现去信任桥接，但在流动性管理和链上负载方面依然面临挑战。

比特币二层的应用前景不仅限于比特币网络，它们还可以用于其他生态系统，比如 EVM 和 Solana，在游戏和永续合约交易上，帮助提升低延迟应用的性能。

比特币二层的未来仍不确定。尽管它们有可能释放巨大价值，但在广泛普及上可能会面临挑战。不过，LI.FI 一直致力于支持比特币生态的增长与创新。在原生比特币兑换方面，LI.FI 已经对 Rootstock 和Thorchain 等比特币二层网络提供了支持，日后，也将继续集成更多应用和区块链，为合作伙伴和用户提供更佳的体验。

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