比特币二层（L2）是建立在比特币区块链之上的次级协议或网络，旨在解决其可扩展性限制，并改善交易吞吐量、费用和速度。一些比特币二层还引入了智能合约功能，实现了在比特币上的去中心化金融（DeFi）等新用例。比特币二层通过创建与主网络分离的执行层来扩展比特币区块链。该执行层在链下处理交易，然后将交易数据提交到比特币区块链进行最终结算。

比特币和以太坊二层解决方案的主要区别源自两个基础层区块链之间的基本架构差异。以下是一些关键区别：

安全继承：与以太坊的二层不同，以太坊的验证者积极验证二层交易，直接从以太坊主网获得安全继承，而比特币的二层网络目前并未从同样的直接参与中受益。比特币的二层依赖于其独立的安全协议和机制来验证二层网络内的交易。

交易验证：虽然以太坊的二层可以利用以太坊主网的能力来验证复杂的状态转换、欺诈证明和零知识证明，但比特币网络缺乏这样的高级验证能力。这限制了可以在比特币上构建的二层解决方案的类型，与以太坊相比。

智能合约功能：以太坊被设计为具有对智能合约的本地支持的通用区块链，而比特币没有。因此，虽然两者都致力于可扩展性，比特币二层还额外关注将增强的可编程性和智能合约功能引入比特币。

结算层：比特币二层在比特币区块链上结算交易，利用其通过工作量证明提供的著名安全性和去中心化。以太坊二层在以太坊主网上结算，利用一个可能不那么安全的权益证明共识模型。

比特币二层解决方案的主要需求源自比特币区块链基础层（L1）固有的可扩展性限制。直接扩展比特币的基础层将需要去中心化或安全性的折衷。二层提供了一种在继承比特币强大安全模型的同时扩展比特币的方式。

需要二层解决方案的主要原因：

可扩展性和交易吞吐量：由于10分钟的区块时间和有限的区块大小，比特币网络每秒只能处理大约7笔交易。这种低吞吐量导致网络拥堵、长确认时间和高交易费用，使得比特币在大规模微支付和日常交易方面变得不切实际。

高交易费用：在网络活动高峰期，比特币交易费用可能会显著上涨，平均成本在2024年4月20日的特别拥挤时期达到每笔交易超过120美元。高费用使小额交易在经济上变得不可行。

有限的智能合约功能：比特币的基础层主要设计用于简单的价值转移，缺乏去中心化应用（dapps）、去中心化金融（defi）和其他用例所需的高级智能合约功能。

释放比特币的资本：比特币庞大的资本中有相当大一部分仍未充分利用，因为它主要被用作价值存储。二层旨在通过实现更快的交易、智能合约和构建在比特币上的创新应用来释放这部分资本。

在不牺牲安全性的情况下扩展：直接扩展比特币的基础层将需要在去中心化或安全性方面做出折衷，这是由于区块链三难问题所导致的。

区块链网络由两个层次组成：执行层和共识层。执行层处理交易计算，而共识层验证和批准这些交易。比特币二层开发了一个独立的执行层，处理链下交易并将其提交给比特币共识层进行最终结算。这使得二层网络可以利用各种技术（如Rollups）来提高效率。

以下是创建比特币二层的最常见方法。

状态通道

状态通道，比如闪电网络中使用的那种，允许两个参与方在链下进行无限次数的比特币交易，而无需在主比特币区块链上记录每笔交易。这种方法显著提高了交易速度并降低了成本。

为了打开一个通道，两个参与方将一定数量的比特币锁定在比特币区块链上的一个多重签名（multisig）地址中。比特币上的多重签名地址是一种需要多人授权和签署交易的地址，而不是只有一个人。他们就通道中的比特币初始分配达成一致。一旦通道打开，参与方可以进行无限次数的链下交易，交换已签名的交易数据以更新通道当前状态中各自的比特币余额。在此过程中，这些交易不会广播到比特币网络。

当他们完成交易时，两个参与方签署并广播通道的最终状态到比特币区块链上。这个最终状态反映了两个参与方之间最新达成一致的比特币分配。多重签名条件得到满足，允许根据最终余额重新分配资金。

侧链

比特币侧链，如Liquid Network，运行在与比特币挂钩的独立区块链上。这些侧链利用自己的共识机制，实现更快的交易和额外的功能，同时定期在比特币主链上中继和最终确认交易。以下是比特币侧链的工作原理：

双向挂钩：实现在比特币主链和侧链之间资产转移的基本技术称为“双向挂钩”。要将资产从比特币主链转移到侧链，用户首先通过发送交易将他们的比特币锁定在比特币区块链上的特殊输出地址中。这一操作有效地使比特币在主链上不可动用。侧链随后检测到这一锁定事件，并通过在侧链上铸造和释放等值数量的代币来做出响应，通常称为sBTC（侧链比特币），代表来自主链的锁定比特币。一旦在侧链上，用户可以自由地转移和利用这些代币进行各种用途，如交易和智能合约，从而受益于侧链更快和更高效的共识机制。要将资产返回比特币主链，用户需要销毁或销毁侧链代币。主链检测到这一销毁事件后，将原先锁定的比特币释放回用户在主链上的地址。

联邦/验证者：为了安全地管理和验证双向挂钩过程，侧链采用了一个联邦或一组验证者。这个联邦执行了几项关键功能。联邦或一组验证者在管理和保障主链和侧链之间的双向挂钩过程中发挥着至关重要的作用。他们监视两个链上资产的锁定和解锁，确保交易被准确记录。他们还验证资产转移的数量在两侧匹配，防止双重支付等问题。这个联邦可以由受信任的方、多重签名脚本或智能合约来操作，所有这些都致力于维护资产转移过程的完整性和安全性。

独立共识：侧链的一个显著特点是它们独立于比特币主链运行的独立共识机制。这种独立性使得侧链可以实现定制的区块参数，包括不同的区块时间、区块大小和针对特定用例优化的交易吞吐量。它们利用诸如权威证明（PoA）或委托权益证明（DpoS）等独特的共识算法，这些算法可能更高效或更适合侧链的目的。此外，侧链引入了智能合约、隐私增强和其他在比特币主链上本地不可用的可扩展性解决方案等高级功能。

Rollups

比特币的第二层Rollups通过将交易执行和数据从主比特币区块链转移到单独的Rollup链或层，同时仍然以比特币作为数据可用性和共识的锚定点来运作。

Rollup技术涉及的关键机制包括在Rollup链上执行交易、数据压缩以及与比特币第一层的锚定。用户提交要在Rollup链上执行的交易，而不是直接在比特币区块链上执行。Rollup链处理这些交易，并相应地更新账户余额。在链下处理了许多交易后，Rollup将交易数据压缩或“Roll up”成紧凑的加密证明或承诺，代表了这些交易对状态的净影响。然后，这个压缩证明会定期作为单个交易提交到比特币区块链上。比特币第一层的智能合约或验证机制可以高效地验证并应用Rollup证明所代表的状态转换。

然而，比特币上的Rollups面临一个关键挑战，因为基础的比特币层缺乏本地验证Rollup系统产生的加密证明或承诺的能力。目前正在探索一些方法来实现比特币上的Rollups，包括主权Rollups和扩展比特币脚本。

主权Rollups将比特币作为数据可用性层，而不依赖于其进行有效性证明。这些Rollups独立运作，链下处理交易，并仅在比特币上发布压缩的交易数据。它们管理自己的共识机制和链下交易执行环境，利用比特币来锚定和存储压缩的Rollup数据。为了在Rollup中移动像BTC这样的资产，会使用去中心化的挂钩系统，如sBTC，依赖于去中心化的签名者组，而不是比特币的基础层。

扩展比特币的脚本语言和操作码以实现有效性Rollups，使比特币的基础层能够验证和执行Rollup的状态转换。这很可能需要对比特币进行软分叉升级，以添加新的操作码，如OP_CAT或WTC，以实现更好的可编程性。

正如上文所述，实施比特币第二层解决方案有三种主要方法。有关这些方法的详细信息，请参见上文部分。

状态通道：状态通道使两方能够在比特币主区块链之外创建支付通道。交易发生在该通道内，只有在通道关闭时才会在区块链上记录最终净结果。这允许进行无限数量的交易，而不会使主链膨胀。

侧链：侧链是与比特币并行运行的单独区块链，通过双向桥连接。这座桥能够在侧链和主比特币链之间转移资产。侧链可以有自己的规则、共识机制、本地代币，并支持智能合约等其他功能。

Rollups：Rollup链将众多链下交易捆绑成单个交易，并生成有效性的加密证明。然后将这个捆绑交易提交到比特币区块链进行结算。

此外，还存在其他不属于侧链、状态通道或Rollups类别的L2扩展机制。这些包括客户端验证器、Chaumian ecash机制、封装代币和锚定链方案。

比特币的第一层虽然以其安全性和去中心化而闻名，但存在一些性能限制。比特币主链上的交易大约需要10分钟才能确认，缺乏智能合约功能，并且由于网络拥堵经常产生高交易费用。为了解决这些挑战，已经开发了比特币第二层解决方案，提供了一系列增强功能，显著改善了比特币网络的可用性和功能性。

可扩展性：比特币第二层解决方案最重要的优势之一是它们能够显著增加网络的交易容量。通过在主区块链之外处理交易，第二层项目可以处理比特币基础层每秒远高于的交易量。这种卸载减少了主链上的拥堵，使网络运营更加流畅和高效。增加的可扩展性对于比特币在日常交易和高频交易中的广泛采用至关重要。

较低的交易费用：由于第二层交易不需要将所有交易数据记录在比特币区块链上，它们显著减少了需要存储的数据量。这导致了较低的交易费用，使微交易和其他小额价值转账在经济上可行。用户受益于降低的成本，这对于汇款和微支付等应用尤为重要，因为高费用可能是禁碍因素。

更快的确认时间：第二层解决方案提供几乎即时的交易确认，与比特币主链上的10分钟平均区块时间形成鲜明对比。这种快速的确认时间对于需要快速结算的用例至关重要，比如销售点交易和在线商务。实现更快的确认能够提升用户体验，并扩大比特币的实际应用范围。

增强隐私性：一些第二层实现提供了增强的隐私功能。洋葱路由和支付通道匿名等技术使得跟踪交易变得更加困难，为用户提供了更高级别的隐私保护。

智能合约功能：某些比特币第二层项目可以在比特币之上实现智能合约功能。这一功能的增加开启了新的用例，包括dapp和defi协议。

继承的安全性：第二层解决方案从底层比特币区块链中继承了一定程度的安全性。通过将交易锚定到比特币强大且去中心化的工作量证明共识机制，第二层网络可以从保护比特币网络的大规模计算能力中受益。

尽管具有这些优势，比特币第二层网络面临着挑战，特别是在比特币和第二层网络之间的安全桥接以及在比特币网络上结算证明的速度和能力方面。桥接可能存在安全风险，未来的可扩展性需要提高结算速度和成本。

一些面临比特币第二层解决方案的最大挑战包括：

比特币和第二层网络之间的安全桥接：比特币第二层网络如侧链使用桥接与比特币主链连接。这些桥梁通过在比特币上锁定资产并在第二层链上铸造等值代币来运作。然而，这种桥接设计存在安全风险和用户体验问题。许多加密货币的黑客攻击和损失都是由于跨链桥梁的漏洞造成的。

在比特币网络上结算的速度和成本：尽管第二层解决方案在链下处理交易，但最终需要在比特币主链上结算最终状态。这一结算过程在比特币基础层上的速度和成本是影响第二层网络效率的重要因素。

在没有直接比特币验证的情况下保持安全性：与以太坊第二层需要验证器验证第二层交易不同，比特币第二层并不完全继承比特币节点验证交易的安全性。比特币第二层必须依赖自己独立的安全协议，这使得实现与比特币基础层相同级别的安全性变得具有挑战性。

增加的集中化风险：一些第二层解决方案需要建立支付通道和中继节点，或者运行自己的共识机制。这可能导致少数实体控制权的集中，潜在地损害比特币的去中心化原则。

技术复杂性和整合挑战：将第二层解决方案与比特币现有基础设施整合涉及重大的技术复杂性，如确保兼容性、维护安全标准，并在社区内就提议的更新达成共识。

免责声明：本文章仅代表作者个人观点，不代表本平台的立场和观点。本文章仅供信息分享，不构成对任何人的任何投资建议。用户与作者之间的任何争议，与本平台无关。如网页中刊载的文章或图片涉及侵权，请提供相关的权利证明和身份证明发送邮件到support@aicoin.com，本平台相关工作人员将会进行核查。