全解析：以太坊第一层、第二层扩展解决方案
以太坊着重强调两点：去中心化和安全性，这使得它处理交易的速度很慢。进而影响了其网络吞吐量，去中心化应用程序(dApp)的扩展能力。
人们想出了许多不同的设计来解决以太坊的可扩展性问题，每种设计都有不同的优点。本指南将介绍以太坊扩展解决方案，并解释它们如何工作以及它们为什么非常重要。
可扩展性是什么?
可扩展性是指系统在不牺牲功能的情况下，处理指数级增长的使用量的能力。在区块链技术中，可扩展性是指区块链在不影响功能的情况下，支持增加的交易量的能力。
目前，以太坊处理交易的能力被限制在每秒处理7-15笔交易(TPS)。相反，传统的中心化数据库(如Oracle Database和Microsoft SQL server)每秒可以处理数千笔交易。
以太坊设计影响可扩展性的两种方式
以太坊吞吐量低、处理速度慢，是因为它优先考虑去中心化和安全性，而不是可扩展性(可扩展性三难困境)。
以下是以太坊设计影响可扩展性的一些方面：
以太坊的共识算法按顺序处理交易
以太坊使用工作证明(PoW)，这意味着网络上的交易必须被所有节点接受和验证。这鼓励了去中心化，也保障了安全性。
缺点是按顺序执行交易会影响交易的最终(确认交易所需的时间)。这进一步导致以太坊无法支持高TPS率。
以太坊将区块大小限制为1MB
以太坊限制了一个区块可以保存的数据量(1MB)，因为限制区块大小可以提高去中心化，具体方法是通过使节点更有效地存储区块链历史。更大的区块规模会使人们难以运行完整的节点，进而损害去中心化。
然而，1MB的区块大小限制降低了矿工可以放入一个区块中的交易数据，从而影响网络吞吐量。较小的区块大小也会影响gas的成本，即在以太坊虚拟机中执行操作所需的计算资源。
由于矿工的计算能力有限，它们往往被迫优先考虑费用较高的交易。这在以太坊用户之间造成了一场竞价战争，并迫使交易费用大幅增加。
什么是以太坊扩展解决方案?
以太坊扩展解决方案是专门为改善以太坊网络上的交易执行而设计的平台。以太坊的扩展解决方案，如第二层Rollup和侧链，是使用不同机制来增加网络吞吐量的协议。
第一层 vs 第二层扩展解决方案
扩展解决方案可以大致分为两类，“链上”和“链下”，其实就是根据其执行点进行区分的。
第一层扩展解决方案
第一层扩展包括更改区块链网络和重写基础层。“链上”，从字面意义上就意味着对以太坊的可扩展升级是在区块链本身上执行的。
第一层可以通过增加区块大小进行扩展
一种潜在的第一层扩展改进是增加区块的大小。如果以太坊的1MB区块大小变大，矿工将有更多的空间在区块中包含更多的交易数据。
虽然增加以太坊的区块大小会导致TPS速率的增加，但其副作用却是让其向中心化缓慢发展，因为随着区块大小的增加，区块链的大小也会增加——这使得运行完整节点变得困难(除非你有一台超级计算机)。由于这个原因，以太坊社区已经排除了用改变区块大小来进行扩展的方式。
通过使用区块链分片来并行处理交易，以实现第一层扩展
区块链分片是一种对可扩展性的改进，它引入了交易的并行执行，取代了以太坊使用的默认顺序执行模型。在分片中，区块链被分为更小的链(分片)，这些链验证和处理独立的交易。
考虑一下以太坊目前的工作方式：
交易被广播到整个网络，直到它们可以被验证。分片不需要所有节点都批准交易。相反，每个分片都有用于审批交易的验证者(称为collator)。
每个序列(分片链上的交易集合)必须由三分之二的collator签名。此外，在实现最终结果之前，被提议的序列必须添加到主链。这些措施有助于确保系统的安全性。
通过分片，以太坊可以在不牺牲去中心化或安全性的情况下提高TPS。随着分片链同时处理不同的交易，网络的整体处理能力会提高。此外，网络参与者仍然可以通过密码证明来证明分片序列的有效性。
第二层扩展解决方案
之所以被叫做第二层(L2)扩展，是因为它们是在主链(第一层)外执行的。第二层扩展也被称为“链下”解决方案，在一个独立的网络上处理交易，但依赖于主链的安全性。
L2解决方案在设计时通常强调交易速度和可扩展性——这里不太关注去中心化和安全性。因为它们会将交易数据发布到以太坊主网层，L2可以从主网的去中心化和安全性中受益。另外，由于L2解决方案是建立在以太坊之上的，它们不需要自己的原生代币。
这些链下协议可以将多个交易整合为一个交易，并添加到主链。这减少了对网络的压力，并提高了dApp的可扩展潜力。
第二层扩展解决方案包括：
Rollup
State channel
Plasma
Validium