一文梳理比特幣二層網絡的基礎知識體系

作者：付少慶，SatoshiLab，萬物島BTC工作室，Waterdrip

比特幣銘文的興起，給比特幣生態帶來了新的生機，讓更多的人开始重新關注比特幣，也有人說是打开了比特幣生態的潘多拉魔盒。在比特幣生態衆多技術發展中，比特幣二層建設是重中之重。針對這個方向，我借鑑一些網絡上的知名文章，和多位朋友的交流，以及我們團隊在Web3產品設計與开發中所探索的經歷，總結了一篇比特幣二層的基礎知識文章。這種方式便於總結和學習，也因爲個體認知的局限性，希望能拋磚引玉，吸引更多人完善相關思路，讓這個領域得到更好的發展。

區塊鏈的世界是以比特幣爲开局，以比特幣生態爲終局。（水滴資本大山老師的一個總結，我個人很認同。）以太坊也是比特幣的一種側鏈技術探索。

在本文中我們會混合使用“二層建設”或“二層網絡建設”，通常“二層網絡建設”的詞語相對狹義，二層建設是一個更廣泛的概念。但爲了適應業內通常討論的一層網絡，二層網絡等常用說明，我們也會使用“二層網絡建設”的概念，這兩個詞語在本文中是一個概念。

1.常見二層Layer2要完成的使命

爲了理解比特幣二層建設需要解決哪些基本問題。我們先從了解區塊鏈系統的基礎特性开始。

1.1 區塊鏈的基礎特性和基礎需求

本文使用Vitalik提出的一個概念：區塊鏈是一台“世界計算機”。我們從這個角度來理解區塊鏈的多種特性會更清晰。在後面章節，我們還會依據計算機中的馮諾依曼結構來分析這個“世界計算機”發展的可能性。

我們先總結一些基礎特性：

注釋：

爲了維護區塊鏈這台“世界計算機”的正常運轉而產生的需求稱爲內部需求；

爲了滿足使用這台“世界計算機”的用戶的需求稱爲外部需求。

公开透明：這是區塊鏈這台“世界計算機”的數據存儲和執行指令特點，同時也是需要全球衆多分布式節點共同參與計算的內部需求特性。這個特點正好滿足了使用者對於數據的知情權，是這台“世界計算機”本身的內部協作要求和使用者的外部需求的共同結果。後面提到的隱私特性是滿足使用者的外部需求，同時又不破壞這台“世界計算機”本身的協作要求。

去中心化：這個特性是這台“世界計算機”的架構特性，去中心化的程度和容錯性，在理論上都是由拜佔庭將軍理論（協作者中有可能不誠實的情形，即不遵守協議的情形）在支持。非拜佔庭將軍系統從理論上都不是區塊鏈系統，我們稍後會看到二層建設中的非區塊鏈系統的兩種情況。去中心化的程度是區塊鏈安全性的一個重要指標，也是某些特性的基礎。

安全性：安全性是由這台“世界計算機”的架構特性產生的內部需求和使用者需要的外部需求的共同組成。從微觀層面安全性由密碼學相關的技術來保證，從宏觀層面上由架構的去中心化來保證，從而使得不會因爲微觀數據的僞造，或宏觀架構的破壞而影響這台“世界計算機”的安全性。

計算能力：區塊鏈這台世界計算機的一個主要功能是計算能力。衡量這個指標，我們一般用是否圖靈完備來考察。一些鏈爲了保持自己的主要特性，是故意設計成圖靈不完備的。例如，比特幣網絡，中本聰不僅讓其代碼指令不圖靈完備，而且在發展中還故意刪減了一些指令集，從而保持其穩定性和安全性。所有的圖靈完備技術都是爲了擴展區塊鏈的計算能力。從分層設計的思想看，簡單的系統更適合做底層。

性能：在計算能力相同的情況下，性能是考察區塊鏈這個世界計算機的另一項主要能力。一般都用TPS，即每秒處理的事務數量來衡量的。

存儲：區塊鏈被描述爲“世界計算機”，那么它一定有一個存儲功能，就是將數據記錄下來的能力。目前基本都在區塊內存儲，更專業的區塊外的鏈上存儲還在發展中。

隱私：隱私是“世界計算機”中的一個細分需求，即要求在計算和存儲的過程中保持數據生產者和使用者的權限範圍（我們把抗審查性也放在隱私部分）。這基本上是由使用者的外部需求驅動的。

還有個綜合指標可擴展性，一般是指整個架構的可擴展性，這個特性影響多數的基礎特性，在架構層面，系統的可擴展性是一個很重要的指標。其他還會有一些連接能力，或其他一些特定場景的能力，在這裏不過多的討論，遇到這些特殊的場景時，再詳細分析。

在這些區塊鏈的基礎特性中，大都由不可能三角形在制約相互的發展關系。例如，DSS猜想即去中心化（Decentralization，D）、安全性（Security，S）和可擴展性（Scalability，S）。如下圖所示：

在分布式系統中，類似的不可能三角形是CAP原理，CAP指的是在一個分布式系統中Consistency（一致性）、Availability（可用性）、Partition tolerance（分區容錯性）三者不可兼得。區塊鏈系統是帶有拜佔庭將軍問題的分布式系統，所以也適用於CAP原理。

CAP原理如下圖所示：

1.2 二層建設的作用

二層建設要完成哪些角色？提供哪些功能呢？二層建設一定是擴展一層系統的不足，將不適合在一層系統上完成的事情，在二層建設上完成。

我們從上面總結的區塊鏈特性可以有個初步的結論，一定是擴展這些基礎能力：公开透明、去中心化、安全性、計算能力、性能（吞吐量）、存儲、隱私等。除了這些技術角度的基礎能力，還有一個很重要的經濟學問題需要解決，就是降低成本，通常一層網絡的執行事務的綜合成本都比較高，需要使用二層網絡降低這些成本。

總結成一句話就是爲了增加容量、降低成本、定制特性三個維度的方案都是二層建設。對於定制特性，目前還不夠明顯，或者經常掩藏在前兩個特性中，有一些費解。我們可以這樣理解，一層網絡的特性對於很多應用，需要的程度不同，可以在二層上面針對某些應用重新調整各種特性的實現度。

在二層建設中，區塊鏈的基礎能力會各有取舍，會降低一些特性，甚至丟棄一些特性，而換取某些特性的顯著提高。例如：一些二層爲了提高性能，會降低去中心化的程度，會降低安全性；一些二層爲了增加吞吐量，如閃電網絡，會改變系統的結構和結算的方式。還有一些會不降低基礎特性的前提下，增強了某種特性，例如RGB的處理方式，明顯增加了隱私性和抗審查性，但增加了技術實現難度。在後面的案例中，我們會看到同時降低或改變幾種特性的二層建設。

其中降低成本應該是所有的二層建設的一個基本需求。（是否有不降低成本的二層？我還沒有見到過。）

1.3 爲什么要做分層設計？

分層設計是一種人類處理復雜系統的手段和方法論，通過將系統劃分爲多個層次結構並定義各層之間的關系和功能，以實現系統的模塊化、可維護性和可擴展性，從而提高系統的設計效率和可靠性。

對於一項廣泛和龐大的協議體系，使用分層會有明顯的好處。這樣做使人們容易理解，容易分工實現與容易分模塊改進等優點。如計算機網絡中的ISO/OSI的七層模型設計，但在具體的實現中，可以合並一些分層，例如，具體的網絡協議TCP/IP是四層協議。如下圖所示：

圖3-2 ISO七層模型與TCP/IP的四層模型

具體說協議分層的優點：

1.各層次之間是獨立的。某一層並不需要知道它的下一層是如何實現的，而僅僅需要知道該層通過層間的接口所提供的服務。這樣，整個問題的復雜程度就下降了。也就是說上一層的工作如何進行並不影響下一層的工作，這樣我們在進行每一層的工作設計時只要保證接口不變，可以隨意調整層內的工作方式。

2.靈活性好。當任何一層發生變化時，只要層間接口關系保持不變，則在這層以上或以下層均不受影響。當某一層出現技術革新或者某一層在工作中出現問題時不會連累到其它層的工作，排除問題時也只需要考慮這一層單獨的問題即可。

3.結構上可分割开。各層都可以採用最合適的技術來實現。技術的發展往往不對稱的，層次化的劃分有效避免了木桶效應，不會因爲某一方面技術的不完善而影響整體的工作效率。

4.易於實現和維護。這種結構使得實現和調試一個龐大又復雜的系統變得易於處理，因爲整個的系統已經被分解爲若幹個相對獨立的子系統。進行調試和維護時，可以對每一層進行單獨的調試，避免了出現找不到、解決錯問題的情況。

5.能促進標准化工作。因爲每一層的功能及其所提供的服務都已有了精確的說明。標准化的好處就是可以隨意替換其中的某一層，對於使用和研究來說十分方便。

分層模塊化設計思想是技術領域對待一項功能龐大，需要多人協作，並不斷改進工程項目的常見處理方法，並且是經過實踐檢驗，行之有效的方法。

2. 比特幣Layer2的幾種建設思路

我們以比特幣的二層建設爲案例，進行相關的分析。比特幣的二層有三種顯著的二層建設路线：

（1）一種是基於鏈的擴展路线，和EVM的二層很類似，是區塊鏈結構；

（2）一種是基於分布式的路线，以閃電網絡爲代表，是分布式結構。

（3）還有一種是基於中心化系統的路线，以中心化索引爲代表，是中心化的結構。

前兩種方式都很有特點，已經有一些在使用的產品和探索中的產品。對於第一種方式，因爲有了以太坊的蓬勃發展和其他比特幣模仿鏈的探索，基於鏈的二層擴展相對更容易，可參考案例更多。第二種基於分布式的方式通常更有難度，發展也緩慢一些，以閃電網絡爲代表。第三種方式很有爭議，因爲看起來不像一個二層建設，但似乎又完成了二層建設的功能。

哪一種二層建設方案更好呢？我們用一個市場檢驗結果來作爲衡量標注，哪個二層網絡的總鎖倉價值TVL（Total Value Locked）高，那種方案就是最優方案。隨着時間和技術的發展，這種最優方案會是一個變化的過程。

對於比特幣的二層網絡定義，只要依托於比特幣網絡，和比特幣網絡建立技術關聯，一些特性又優於比特幣的一層網絡，都算比特幣的二層網絡建設。換句大山的話：只要消耗BTC作爲gas，以BTC爲底層資產，擴展了比特幣性能的系統都算二層建設。依據這個判斷，我們應該會認可第三種二層網絡建設，即中心化結構的二層建設。

比特幣本身技術的發展，如修改OP_RETURN、Taproot、Schnnor籤名、MAST、Tapscript都應該爲連接一層和二層的目的而設計，不應該使用這些技術過多的开發功能，因爲一層網絡再怎么擴展也不會有質的突破，必須要進行二層建設。但在沒有更好用的比特幣二層產品情況下，這些連接一層和二層的技術能力，在一段時間內會被過度的使用。

2.1 基於鏈的二層建設

早期的比特幣模仿鏈做了多種探索，像“Colorcoin”（彩色幣）、“CovertCoins”和“MasterCoin”；各種擴容的比特幣模仿鏈，像BCH（Bitcoin Cash），BSV（Bitcoin SV），BTG（Bitcoin Gold）；各種側鏈技術都是基於鏈的擴展建設案例，可以說是一種廣義上的二層。

包括以太坊，也是一種基於比特幣的改進探索。Vitalik在說服其他項目團隊無果的情況下，針對比特幣的不完美：UTXO的無账號系統，執行語言的非圖靈完備，可擴展性差等問題，自己組建團隊發布白皮書，开發新一代的區塊鏈系統。以太坊的這種探索雖然不是比特幣上直接的二層建設，但從廣義上是一種基於鏈的建設探索。

以太坊對於比特幣不完善的改進探索，以及以太坊上二層的發展與驗證，給了比特幣上基於鏈的二層網絡發展的參考案例。各種的Rollup方案，跨鏈方案，消息通道技術，以及以太坊本身的分片技術（從處理復雜系統的分層思想來看，也許這種想在一個層次解決多個問題的思路是錯誤的），使得以太坊技術的生態蓬勃，使不少人一度認爲公鏈的發展方向和未來已經確定，以太坊爲代表的生態已經勝出，其實這也是基於鏈的二層建設相對成熟的一種表現。但基於鏈的二層建設只是二層建設的一種方式，它有自身的優缺點，還需要其他的二層技術來完善整個二層生態。

比特幣中基於鏈的二層建設，大致包含兩種典型的鏈類型，一種是兼容EVM的账號模型，一種是類比特幣的UTXO模型。已有的案例（我們用廣義二層定義）包括：像以太坊、Polygon、Bsc、Arbitrum等都是EVM的账號模型，像CKB（Nervos），Chia都是UTXO模型。

在後面的章節，介紹已經運行的比特幣二層項目中，會比較詳細地介紹某些案例。

此外，已經在以太坊上成功的二層項目，也會加入到基於鏈的比特幣二層建設中。對於這些以太坊上的二層項目方，改造成比特幣上二層的工作量和挑战會更少一些。在以太坊的rollup成熟與模塊化的發展和理論成果上，這種方式的二層建設會成爲擴容討論的主流，也是見效最快的方案。

這種改造會有多大的成功？還有待發展的檢驗。可以從這種基於鏈的二層建設的優缺點做一些初步的判斷。

基於鏈的二層建設的優缺點有哪些？

這種方案的缺點是基於鏈的二層一般還會受限於區塊鏈的限制，對於性能的提高有限，不是將系統變得更加中心化，就是降低區塊產生間隔，增大區塊容量，安全性上一般都會降低。於是就產生了二層上面的二層建設，也就是所謂的Layer3或Layer4。

優點是：這種方案保持了區塊鏈的大多數基礎特性，並且一般都解決了圖靈完備的問題，交易費用也顯著降低，在一定程度上擴展了一層網絡的能力。而且這種方案的建設案例豐富，技術實現相對容易，已經有了不少的探索案例，上層應用的遷移也非常便捷，是一種更快的實現方式，相信這種方式會產生較多的二層網絡。

大致判斷，因爲這種方式的擴展局限性，基於鏈結構的二層應該會存在衆多項目，在每個垂直領域都可能存在一個或多個二層，每個項目要完成自己特色的二層建設，滿足某些應用的需求。其價值也會由其上應用的數量和總價值來決定。

2.2 基於分布式系統的二層建設

在二層建設中，還有一些是基於分布式系統的建設。這種方案中，二層的結構和框架已經不是區塊鏈的結構，而是一種基於Channel的分布式系統。閃電網絡是一個典型的代表。

分布式系統由一組有限的進程和一組有限的通道Channel組成。分布式系統中爲了傳遞消息，需要控制的數據、事件、通道，已經是一組比較復雜的問題。我們在這裏所指的Channel是這上層的通道概念，如閃電網絡中的支付通道，Nostr中的消息通道，而不是分布式網絡中的具體技術Channel的底層概念。

在分布式系統的二層建設中分爲兩類：

（1）只完成價值傳遞，類似閃電網絡；

（2）既完成價值傳遞，又完成圖靈完備的技術，如RGB；

在基於分布式的二層建設方案中，因爲是價值傳遞，有很多超越原有消息傳遞的難點，例如通道內的總價值容量，對事務的嚴謹性，不能二次消費等問題都超越消息傳遞的難度。所以基於分布式的二層建設發展沒有基於鏈的二層建設發展快，成熟的案例不是很多。

如果要在這樣的二層上完成圖靈完備的計算，也就是在Channel上建立一個圖靈完備的虛擬機系統，會更加有難度。像RGB協議，就是通過客戶端驗證，一次性密封，來實現在一個分布式系統上的圖靈完備的計算。

比特幣中基於分布式的分布式系統的二層建設，已有的案例包括：閃電網絡，RGB，是否還有更著名的案例？如果按照廣義二層建設的標准看，Nostr是不是也屬於Channel機制的分布式系統的二層建設？在整理以太坊資料時候，看到以太坊中文檔中有使用Channel的案例：Connext，Raiden，Perun，可以作爲深度研究者的探索方向。

在後面的章節，介紹已經運行的比特幣二層項目中，會比較詳細的介紹閃電網絡和RGB。

基於分布式的分布式系統的優缺點有哪些？

這種方案的優點一般是系統更加去中心化，二層網絡中能夠容納無數的節點，隱私性和抗審查能力也更好，有無限的擴展性，從而在理論上性能變得極大。

這種方案的缺點是技術實現復雜，在龐大的分布式系統中的路由算法，價值拆分與封裝算法都比較復雜。相對於信息傳遞，在價值傳遞方面還缺少很多工程實現經驗和基礎設施。這也是閃電網絡一直被認爲是發展緩慢的一個原因。

此外在這種系統中實現圖靈完備的系統是一個非常大的挑战，也就是Channel+計算，理論上肯定可以實現，但實踐中還處在早期的實驗階段。RGB是這種情況額一個典型代表。

基於分布式方式的二層建設一旦獲得突破，將會極大的推動上層應用的發展。其龐大的分布式節點形成的去中心化能力，與圖靈完備的代碼執行能力都將會更好的支持下一代互聯網應用，也就是大家都在說的“Mass Adoption”場景。

大致判斷，基於Channel的分布式結構的二層一般只會存在幾個較少的並行項目，有兩個主要原因，一個是這種系統的其無限擴展能力，另一個是實現的技術難度大，所以這樣的系統要求在設計和理念上更开放，能容納更多的人和團隊參與。並且基於這種二層基礎設施應用开發團隊還會推動這種二層的發展，例如，基於RGB的BiHelix項目。

2.3 基於中心化系統的二層建設

要不要這個分類？應該會有爭議。

像Ordinals這樣的中心化索引結構，或某些功能節點的索引器都是中心化結構的，它們也是一種二層建設思路。但這種建設思路會比較少的被認可，因爲二層過於中心化，對一層網絡的擴展非常有限。這種中心化結構的二層建設，其各種區塊鏈的基礎特性都要依賴於一層網絡，二層只作爲一些簡單的計算和統計功能，二層有時像是一種可有可無的臨時存在，隨時可以被另一個二層替代，重要性好像沒有那么高。但從On-Chain和Off-Chain的角度看，和凡是能夠提高一層網絡能力的角度看，這種中心化的結構也是一種二層擴展。

這種系統的案例除了Ordinals，應該還有那些中心化的交易所。後面的案例中不介紹這種情況的項目。

基於中心化系統的二層建設的優缺點：

優點是中心化系統非常成熟，有無數的可用案例和優化方案，完全的圖靈完備和卓越的性能。

缺點就是二層極度中心化，所有的區塊鏈基礎特性都要依賴於一層網絡。

大致判斷，基於中心化結構的二層應該會存在較少的項目，甚至是階段性的存在。在基於鏈式結構和Channel的分布式結構成熟完善後，大多數中心化結構的二層建設會消亡，或者只會留下較少的特點場景的中心化二層。當前階段，因爲中心化系統很成熟，在能夠寫入基礎鏈上數據的情況下，能夠很好的滿足On-Chain數據和Off-Chain計算的場景，是當前比特幣生態初級應用的最容易實現模式，被大量使用。

2.4 更廣義的二層概念以及更上層應用

從上面的二層建設的結構上來分析，有區塊鏈式結構，分布式系統結構，中心化系統結構。這就是我們對系統結構的一種常見分類：Centralised，Decentralised，Distributed，從這個角度我們更容易理解每種類型的特點以及適用場景。三種二層類型都有其優缺點，在未來完整的比特幣生態中根據不同的場景，三種類型應該都有分布。

此外區塊鏈人群中經常討論二層建設上面的Layer3，甚至是Layer4，是一種廣義的二層建設。與Gavin Wood提出的Web3技術棧的5層結構中的Layer3，Layer4是完全不同的概念。Web3技術棧中的Layer3，Layer4是應用協議的分類方式。

Gavin Wood的Web3技術棧的5層與鏈的廣義二層建設的示意圖

這些二層建設會對上層應用產生哪些影響？在擁有了區塊鏈系統提供的基礎特性：公开透明、去中心化、安全性、計算能力、吞吐量、存儲、隱私等，上層應用會構建在這些二層的擴展上，並且會在這些二層上穿插交互。在基於區塊鏈式結構的二層擴展，和分布式結構的二層擴展，中心化結構的二層擴展，以及部分的中心化應用，會產生真正的、大規模使用的Web3.0應用。

3. 二層建設的相關事物

有了一層網絡和二層建設，在兩者之間有什么聯系呢？或者兩者直接通過什么關聯？一種是技術上的直接關聯，例如，通過雙向鎖定或者橋的技術的鏈接。另一種是系統外的相關性，如比特幣和以太坊，雖然沒有直接關聯，但人們將BTC改造成WBTC在以太坊上流動，甚至沒有任何的技術關聯，只是個體基於價格的波動來調整比特幣和以太幣的倉位，是一種系統外的關聯性。

在這裏我們只討論技術上的關聯性，這些關聯技術完全和二層的結構與特性緊密相關。後面我們從更宏觀的角度，參考馮諾依曼結構來判斷區塊鏈相關生態的發展。

3.1 一層和二層的連接技術

前面我們已經提到比特幣本身技術的發展，如修改OP_RETURN、Taproot、Schnnor籤名、MAST、Tapscript都應該爲連接一層和二層的目的而設計，是連接一層與二層的基礎技術元素。這些連接技術是思考二層建設的一個重要組成部分，BEVM的一層和二層連接有一定的代表性，較多的使用了上述基本元素構建的功能。在連接其他的二層系統中，問題相似。

這些連接技術會因爲二層建設的結構不同，而有所不同。我先籠統的介紹一些鏈接技術。常見連接區塊鏈一層網絡和二層網絡的技術有以下幾種：

跨鏈技術：通過跨鏈技術，不同區塊鏈之間可以進行互操作，實現一層網絡和二層網絡之間的連接。跨鏈技術可以實現資產的跨鏈轉移和交互，使得不同區塊鏈之間的數據和價值可以流動。

隔離驗證技術：隔離驗證技術可以將一層網絡中的交易數據隔離开來，然後通過二層網絡進行驗證和處理。這種方式可以減輕一層網絡的負擔，提高整體的吞吐量和效率。

側鏈技術：側鏈技術是一種將主鏈和側鏈進行連接的技術，通過側鏈可以實現一層網絡和二層網絡之間的數據傳輸。側鏈可以將一些特定的功能和應用從主鏈上分離出來，以提高整體的性能和擴展性。

State Channel技術：State Channel技術是一種基於二層網絡的解決方案，通過在鏈外建立通信通道，使得交易可以在鏈外進行，只在需要時才提交到一層網絡。State Channel技術可以提高交易的速度和吞吐量，並減少交易費用。

Plasma技術：Plasma技術是一種基於二層網絡的擴展方案，通過將一層網絡的交易數據分片處理，然後通過二層網絡進行驗證和處理，可以實現更高的吞吐量和擴展性。

常見的二層結構有區塊鏈式結構，分布式系統結構，中心化系統結構，上面的常見連接技術會因爲二層的結構不同，大多數只能用在一種結構中，在這裏不深入討論。

隨着二層建設的成熟，還有有更加具體的技術或案例，甚至可以不是技術層面的關聯而僅僅是經濟層面的關聯。

考察一層與二層鏈接技術的好壞有哪些參考指標呢？大致看到的指標有：

一層能否對二層的交易做驗證？

一層的資產能否在二層崩潰的時候順利逃生？

連接技術是否會降低系統的某些特性？

……。

一層與二層鏈接技術的內容，應該在二層建設有了更多案例的時候，才能更好的總結和完善。這些連接技術當前更多的是由二層建設者來完成，以後是否有類似跨鏈橋的獨立產品，目前還不好說。

本節更多的是提出問題，讓我們參與者、建設者有更多的思考。

3.2 參考馮諾依曼結構宏觀看區塊鏈的發展

在前面，我們已經使用Vitalik提出的概念：區塊鏈是一台“世界計算機”。既然都可以稱爲計算機，那么這個“世界計算機”就可以和傳統計算機的馮諾依曼結構來做對比分析。

區塊鏈這個“世界計算機”計算機的馮諾依曼結構

馮·諾伊曼結構的計算機的五大部件：運算器、控制器、存儲器、輸入設備和輸出設備。在區塊鏈這個“世界計算機”系統中，也存在這樣的相似部件，而且還要重視這五大部件中的連线部分，因爲在一個分布式系統中，連接部分影響更大。

“世界計算機”的發展規律和傳統的計算機發展規則很相似。如果對比傳統的計算機發展來說，區塊鏈系統還處在類似286之前的階段，還在擴充處理能力，擴充存儲能力，有簡單的外設，能做得事情還非常有限。

幾個對比傳統計算機發展與“世界計算機”發展的對比：

（1）CPU（運算器與控制器）的擴展，就像當前一層和二層計算能量與吞吐量的擴展；

（2）存儲器的擴展，會逐漸從競爭鏈上的空間，到使用真正的區塊鏈存儲。當前一層、二層的鏈上存儲空間就像傳統計算機中的寄存器，一級緩存，二級緩存，以後會有類似內存，硬盤，外部存儲等專業的區塊鏈存儲方式。當前的寫入數據方式，今後也會有很大的改變。

（3）輸入設備與輸出設備，在區塊鏈系統中，就是預言機。在二層建設中這些輸入與輸出設備還沒有太多的體現，在上層應用中會有更多的需求。

（4）區塊鏈中一些特殊的鏈和功能，很像傳統計算機中的GPU，專用設備卡，特殊外設等部件。

（5）鏈上應用和更上層的應用，就像傳統計算機還沒有區分操作系統與應用軟件，也在一步步的進化和功能分離。

（6）當前的區塊鏈應用很多都是金融應用，很像早期的傳統計算機，大多用於科學研究與軍事應用，隨着發展，慢慢的走向企業，走向家庭，走向個人。區塊鏈應用也會有相似的發展趨勢，從早期的金融應用發展到更廣泛的應用。

從二層的建設，對比傳統計算機與區塊鏈的“世界計算機”還有很多可以討論的內容，在本文中不在多敘述。

4. 當前比特幣的Layer2建設情況

4.1 已經在運行的比特幣二層項目

在本文中，我們主要介紹那些已經成功運行的比特幣二層項目，參考了一些研報內容和業內報道，這些二層建設已經運行了一定的時間，大部分從2015-2019年开始酝釀或啓動。一些較新的項目，如果有特點，也會介紹。我們會看到這些案例基本都是基於鏈的二層建設，基於Channel的分布式系統建設只有閃電網絡。如果算上以太坊的二層建設，雷電網絡（Raiden Network）也是一個基於Channel的設計案例，但當前其發展似乎並不成功，在本文中不介紹。以太坊的Plasma技術是一個基於Channel的子鏈的設計方案，似乎是鏈和Channel的結合體，我個人更認爲其主要特徵是一個基於鏈的二層設計，在此也不過多討論。

1.LightningNetwork閃電網絡（基於分布式的二層建設）

Lightning Network（閃電網絡）是一個建立在比特幣區塊鏈上的第二層解決方案，旨在解決比特幣的可擴展性和低交易速度的問題。閃電網絡於2015年首次提出，並在2018年开始全面實施。

閃電網絡的主要特點是快速、低成本和可擴展。它通過建立一系列的支付通道，使得比特幣交易可以在通道內部進行，而不需要直接記錄在區塊鏈上。這樣可以大大減少交易確認時間和交易費用，並支持大量的並行交易。閃電網絡保證交易安全可靠依賴的是RMSC協議，HTLC解決的是可路由可擴展性。其架構的可擴展性使其具有非常大的性能。

自推出以來，閃電網絡得到了廣泛的關注和採用。越來越多的比特幣用戶、交易所和商家开始使用閃電網絡進行快速跨鏈交易和實時支付。此外，开發者也在不斷改進閃電網絡的性能和用戶體驗，爲其提供更多功能和擴展性。

盡管閃電網絡在可擴展性和交易速度方面提供了顯著的改進，但仍面臨一些技術和採用挑战。例如，網絡的穩定性、路由算法和用戶界面等方面需要不斷改善。然而，隨着時間的推移和技術的進步，閃電網絡有望成爲比特幣和其他加密貨幣的重要支付解決方案，爲用戶提供更快速、低成本的交易體驗。

2.Liquid（基於鏈的二層建設）

Liquid是由Blockstream於2015年推出的一個側鏈解決方案。作爲比特幣的第一個側鏈，Liquid旨在提供更快速、安全和私密的交易解決方案，以滿足金融機構和交易所等專業用戶的需求。

Liquid的主要特點之一是快速的交易確認時間。相比於比特幣的確認時間約爲10分鐘，Liquid的交易確認時間只需2分鐘。這使得用戶能夠更快地進行交易，並在需要時迅速完成資金轉移。另一個重要特點是Liquid的交易私密性。Liquid採用了Confidential Transactions（機密交易）技術，使得交易金額得以隱藏，只有交易的參與方能夠查看具體金額。這有助於保護交易參與者的隱私。

Liquid還具備更高的交易吞吐量。通過使用Federated Peg（聯邦錨定）技術，Liquid能夠支持大量並行的交易，並在比特幣網絡上進行錨定，實現與比特幣的互操作性。這使得Liquid能夠處理更多的交易量，提高整體系統的吞吐量。

自推出以來，Liquid在加密貨幣行業中逐漸發展壯大。越來越多的交易所、金融機構和企業开始採用Liquid作爲其交易和資金結算的解決方案。同時，Blockstream不斷推出新的功能和改進，以進一步完善Liquid的性能和安全性。

總結來說，Liquid是Blockstream推出的一個旨在提供快速、私密和高吞吐量交易的比特幣側鏈解決方案。它通過縮短交易確認時間、提供交易私密性和增加交易吞吐量，滿足了專業用戶的需求。隨着時間的推移，Liquid在加密貨幣行業中得到了廣泛的應用和發展。

3. Rootstock（RSK）（基於鏈的二層建設）

Rootstock（RSK）是一個建立在比特幣區塊鏈上的智能合約平台，旨在爲比特幣生態系統提供類似以太坊的功能。Rootstock於2015年首次提出，並在2018年正式上线。

Rootstock的主要特點是與比特幣的雙向錨定和智能合約功能。通過與比特幣的雙向錨定，Rootstock能夠使用比特幣作爲其主要資產，實現安全性和穩定性。同時，Rootstock支持智能合約功能，使开發者能夠在其平台上構建和執行具有自動化功能的智能合約。

自推出以來，Rootstock在比特幣生態系統中逐漸得到認可和採用。它爲比特幣用戶和开發者提供了更多的功能和靈活性，使得比特幣能夠支持更廣泛的應用場景，如去中心化金融（DeFi）、數字資產發行和供應鏈管理等。

然而，與其他智能合約平台相比，Rootstock的發展相對較慢。它在用戶和开發者社區方面的擴張還需要更多的努力。盡管如此，Rootstock的發展前景仍然被認爲是積極的，它有潛力成爲比特幣生態系統中重要的智能合約平台之一。

4. RGB（基於分布式+圖靈完備的二層建設）

RGB 的故事可以追溯到 2016 年，那時候 Giacomo Zucco 希望利用 Peter Todd 的客戶端驗證和一次性密封條的概念、开發一種更好的染色幣（Colored coins）並將這些代幣帶入閃電網絡（這就是 “RGB” 名字的由來）。它是一個建立在比特幣區塊鏈上的开放性協議，旨在爲數字資產的創建、交易和管理提供更豐富的功能。RGB 是由 LNP/BP 標准協會开發的可擴展且保密的比特幣和閃電網絡智能合約系統。它採用了私有和共同所有權的概念，是一種圖靈完備的、無信任的分布式計算形式，不需要引入代幣的非區塊的去中心化協議。

RGB 的設計目的是在 UTXO 區塊鏈（如比特幣）上運行可擴展、穩健和私密的智能合約，以實現一切可能性。通過 RGB，开發者可以執行如代幣發行、NFT 鑄造、DeFi、DAO，以及更多復雜的多類別智能合約。

RGB 協議是基於客戶端驗證（client-side validation）和一次性密封（single-use-seals）的概念，在比特幣生態系統的第二層和第三層上（鏈外）運行的客戶端狀態驗證和智能合約系統。

5.Stacks（基於鏈的二層建設）

Stacks（前身爲Blockstack）是一個建立在比特幣區塊鏈之上的去中心化計算平台。Stacks於2013年首次提出，並在2017年進行了首次代幣發行（ICO）。它的主要特點是提供去中心化身份驗證、存儲和智能合約功能。

Stacks的核心特點是通過比特幣的安全性和穩定性來支持去中心化應用的开發和執行。它採用一種稱爲“Stacking”的共識機制，通過讓持有STX代幣的用戶鎖定一定數量的代幣並參與網絡驗證來實現共識。這種機制爲用戶提供了激勵，並增加了網絡的安全性。

在發展方面，Stacks已經成爲去中心化應用領域的重要平台之一。它吸引了一批开發者和項目加入，構建了衆多的去中心化應用，並提供了豐富的工具和开發文檔。Stacks還與其他區塊鏈項目合作，擴展其生態系統和應用場景。

6.其他比特幣二層項目

憑借比特幣的熱度，產生了較多的新項目。其中華人發起的項目較多，這些新的項目如B² Network、BEVM、Dovi、Map Protocol、Merlin、Bison等也有一定的特色。

B²Network成立於2022年，是基於ZK-Rollup开發的比特幣二層網絡，兼容EVM，可實現EVM生態开發者無縫部署DApps。是典型的具有以太坊技術二層技術向比特幣生態轉移的案例。

BEVM的原有團隊成立於2017年，中間探索過多種比特幣的擴展應用。2023年提出的BEVM概念，是兼容EVM的去中心化比特幣L2。BEVM基於Taproot升級帶來的Schnorr籤名算法等技術，允許BTC以去中心化的方式從比特幣主網跨鏈到第2層。由於BEVM與EVM兼容，所有在以太坊生態中運行的DApp，都可以在BTC Layer 2上運行，並以BTC作爲Gas。2023年11月29日，BEVM發布了白皮書。

Dovi成立於2023年，是兼容EVM智能合約的比特幣Layer2。2023年11月，Dovi正式發布了白皮書。白皮書介紹，Dovi集成Schnorr籤名和MAST結構，以提高事務隱私，優化數據大小和驗證過程；發行比特幣以外各種資產類型的靈活框架，實現了跨鏈資產轉移。

Map Protocol的團隊成立也比較早，原來主要是做跨鏈協議，也就是我們前面介紹的一層和二層的連接技術。在比特幣生態火熱後，其很快就能建設基於鏈的二層建設。能夠將當前的銘文資產跨鏈，降低交易費用，這些會吸引到一些項目方和應用。

Merlin Chain從起官網看，很容易看到其Bridge的屬性，將BTC上面的資產轉移到二層網絡，降低交易費用，是典型的先解決痛點問題的代表。從官網介紹和一些研報上看Merlin是一個整合了ZK-Rollup網絡、去中心化預言機和鏈上BTC防欺詐模塊的比特幣Layer2解決方案。該項目由Bitmap Tech推出，他們是一個有特點的團隊，他們推出的Bitmap.game和 BRC-420“藍盒”Ordinals資產都有不錯的知名度。

Bison成立於2023年，是一款比特幣原生的 zk-rollup，可提高交易速度，同時在原生比特幣上實現高級功能。开發者可以使用 zk-rollup 來打造創新的 DeFi 解決方案，例如交易平台、借貸服務和自動化做市商。從其官網上看，Bridge也是一個重要功能點。將比特幣資產跨鏈出來，完成上層資產應用，是很多項目的切入點。

從上面這幾個比較新的項目B² Network、BEVM、Dovi、Map Protocol、Merlin、Bison來看，他們快速的完成了降低交易費用，滿足比特幣一層資產交易需求。他們都涉及到了資產跨鏈，那些原來就有跨鏈協議的團隊，做起來更快速，原來有二層建設的經驗團隊，他們在上層應用方面更有優勢。這些較新的項目都是基於鏈的二層建設，利用了原有的技術積累和短期的爆發力優勢。這些項目，同質化有些大，後期的發展會如何？與基於分布式的二層建設服務商的競爭結果會如何？還有需要不少的觀察。從以太坊上的二層項目經驗看，利用了熱點營銷，代幣發行之後，很多項目就會躺平，比特幣的二層會不會這樣？

從當前運行在比特幣二層的項目我們可以大致看出，知名的比特幣二層項目都成立比較早，對相關技術已經探索了很長時間，但因爲比特幣生態的基礎技術沒有形成，項目大多不夠精彩，或者說是被以太坊和以太坊生態的光芒所掩蓋。隨着比特幣基礎協議的成熟，尤其是隔離見證、Taproot、Schnorr籤名，MAST默克爾抽象語法樹，Tapscript等基礎技術底層的形成，使得一層與二層之間的連接技術發展較好，於是比特幣生態能做得事情正變得更豐富。從已經在運行的比特幣的二層項目，我們可以看到一部分是原有的比特幣生態的建設者，另一部分是以太坊二層的建設者，還有一部分是來自連接技術的建設者，不管來時哪個方向的項目，都需要使用這些新產生的比特幣基礎連接技術，使用的方式越充分，越多樣化，對二層的支持會更好。

4.2 比特幣二層建設的發展分析

資金在哪裏，熱度就在哪裏，還會吸引更多的資金聚集。比特幣當前有大約8000億美金的市值，其生態發展較弱，但有爆發之勢。於是很多項目都宣稱要進行比特幣的二層建設。在這裏我們不說這些項目的具體名稱，但對這些項目的進入者做一些分類，看看其特點和各自的優缺點。

1.原有的比特幣二層建設項目

原有的比特幣二層項目，尤其是已經研發了多年，有了一定的積累優勢，是否能借助這次比特幣的熱度重新煥發青春？是否會蓬勃發展？有很大的不確定性。

衡量標准有兩個：一是前面提到的，最終哪個二層網絡的總鎖倉價值TVL高，哪個比特幣的二層就會勝出。另外一個是二層的結構類型，基於鏈的二層建設，因爲其擴展特點，會容納較多的並行者，基於分布式的二層建設，只能容納比較少的競爭者。

原有的二層項目還需要充分發揮自己已經積累的優勢，並借助新技術建立建立新優勢，吸引更多的應用進駐平台，才有機會重新煥發青春，爭取更多的市場份額。如果做不到吸引更多的應用進入，這樣的老項目很有可能會最終沉沒或轉型。其實這樣的項目還可以和後面介紹的完全沒有技術積累，但已經通過某種共識建立了社區的項目合作或合並，以換取更大的發展。

此外如果那些老的項目能夠在基於分布式的二層建技術積累方面有優勢，可以完全介入基於分布式的二層建設，並且通過提供上層應用的引導會更有效。

2.新進入的比特幣二層建設項目

新進入比特幣二層建設的項目，一般沒有太多積累優勢，但這個給這樣團隊後發優勢，可以研究最新的技術，先解決那些輕量級，最有吸引力的需求，吸引到一定數量應用的進駐。最好是已經在以太坊生態，或者其他生態中擁有了二層建設經驗的團隊，更適合快速的進入比特幣的二層建設。這樣的項目可以考慮選型基於鏈的二層建設，會更快，更有優勢。

完全沒有經驗或優勢的團隊，可以參考第三種情況，是否可以通過社區共識來篩選出用戶和積累資金。

3.沒有積累但想進入的比特幣二層項目

我原來對沒有任何技術積累或社區積累，就宣傳要進入Web3.0的項目，沒有太多理解，大概率把這些項目認爲是CX項目。但通過銘文現象，那些通過某個銘文產生了一個很大的社區共識，如 sats，ordi，rats，這些社區不僅擁有了很多的成員，還積累了一定的資金。這樣的項目完全可以從零开啓一個新的二層建設，通過社區的力量，把上層應用集成到社區中，同時有可能把二層建設出來，這樣的二層大概率會選型爲基於鏈的二層建設，因爲簡單且快速，並且通過社區力量，把DID（去中心化身份），DAO工具，DeFi應用，其他的上層應用，在社區的二層來搭建，而且不需要自己建設只需要引入成熟的產品方，並與其共享收入分成。這樣有可能形成一個小的生態。這樣的項目對社區建設，基金會的管理，決策機制提出較高的要求。

4.上層應用的發展

隨着比特幣二層的迅猛發展，BTC上沉睡的巨量資金开始重新被喚醒，並且因爲眼球效應，會吸引更多的新用戶進入到Web3.0領域，加上比特幣二層技術迅猛發展，會爲Mass Adoption打下堅實的基礎。上層應用會從當前的金融應用爲开始階段，逐漸將那些需要高性能，大流量，頻繁交互的應用引入，如Gamefi，SocialFi等應用，不會出現基於鏈的應用的宕機，和服務體驗不好的情況。比特幣二層的發展會爲上層應用帶來非常多的機會和堅實的基礎設施，成熟後會給更多不那么Native的Web3團隊帶來更多的機會。

不管如何，Web3.0時代才剛剛开始，還在萌芽期和初長期，需要很多的探索和建設，很多國家和地區對Web3.0中的很多新事物還沒有完全开放。Web3.0需要大量的建設，會給予各個項目團隊更多的機會。不斷感知新發展、新技術，不斷調整，不斷的參與建設Web3.0，這樣的團隊一定會在某個階段，某個領域會有所收獲。

參考文獻說明

寫作本文是我在閱讀了大量的業內文章的基礎上，同時參與TwitterSpace，线下交流等衆多活動的結果。受了很多人的講話內容的啓發，一些突出的影響人員和因素如下：

（1）水滴資本的大山老師，他寫了不少文章，還在萬物島給我們做了多次講課，還參加了他參與的不少Space活動。

（2）有些深度技術內容是通過聽洪蜀寧老師的講課，觀看他的視頻，线下和洪蜀寧老師的交流所得，如分布式系統中的路由問題，RGB的圖靈完備問題。

（3）www.btcstudy.org上的衆多文章。這個網站整理的知識很豐富。

（4）Nervos（CKB） 首席架構師 Jan Xie的訪談節目。

（5）閱讀了較多的BIP協議，Segwit，Taproot，ordinals，brc20，Atomical等內容。

（6）其他區塊鏈知識，包括分層設計思想，馮諾依曼結構的對比，來源於我前幾年寫作幾本圖書的知識積累，其中出版了5本，《區塊鏈知識-大衆普及版》《區塊鏈知識-技術普及版》《圖靈區塊鏈》《區塊鏈經濟模型》，《Web3.0：構建元宇宙的數字未來》；還有以太坊的3本，完成了部分寫作，未出版。這些內容大量的參考了很多區塊鏈的原生協議、白皮書、技術原理，這些內容的產出也是衆人的結果，我只是做了收集和整理。慢慢的我理解了這些底層原理和衆多技術之間的關聯性和未來可能的應用場景。

（7）在我們項目中設計相關產品時，和團隊成員的討論和思考。

非常感謝SatoshiLab的大山老師，Elaine Yang，洪蜀寧，以及相關技術專家，他們閱讀本文給了不少反饋和修改意見，對文章引用概念的准確性把關嚴格，直到我們能找到原始的參考文獻才會確認合格，欣賞這種嚴謹的習慣！

非常感謝所有完善我知識體系的貢獻者和參與者。