前言

作为最大的去中心化智能合约区块链网络，以太坊可以提供各种去中心化应用和服务。然而，随着用户人数的增加，以太坊面临着交易速度慢、费用高昂、扩展性有限等问题。为了解决这些问题，许多开发者和项目采用了 Side Chain 技术，即在以太坊主链之外建立一个或多个平行的区块链，并通过一定的机制与主链进行互动和同步。

Side Chain 可以根据不同的需求和场景，设计自己的共识算法、交易规则、安全机制等，从而提高效率、降低成本、增加灵活性。通过 EVM 的整合，Side Shain 也能保留与以太坊主链的兼容性和互操作性。

目前以太坊主链的平均每秒交易量只有 15 笔，而 Visa 等传统支付公司则可处理每秒数千甚至上万笔的交易。通过使用 Side Chain 技术，以太坊将有望大幅提升其性能。本课程将介绍 Side Chain 的基本概念、原理和类型，并分析 Side Chain 在以太坊生态系统中的作用和挑战。

侧链的基本概念和运作原理

• 共识算法
  侧链是一种在以太坊主链之外运行的区块链，可以与主链进行资产和数据的交换。根据其需求及目的，侧链可以制定专属的共识机制和规则，来提高扩容性和效率，减少主链的负担和交易费用，并且不会影响到主区块链。

目前以太坊使用权益证明（Proof of Stake, POS）的共识机制，但侧链可以使用其符合自身需求的共识算法，较为常见的有权威证明（Proof of Authority, PoA）、委托权益证明（Delegated Proof of Stake, DPoS）、权益证明、工作量证明（Proof of Work, PoW）或是混合型的共识算法。

采用不同的共识机制通常是为了提升侧链的出块速度和吞吐量，侧链的区块参数设定往往都和以太坊主链不同，像是区块大小、区块时间、区块奖励或难度调整等等。这些参数对于区块链的性能和经济模型有很大的影响，同时也会影响不同区块链网络之间的兼容性和平衡性。

• 区块参数
  以太坊主链通常有着较为保守的区块参数设定，例如较慢的出块时间和较小的区块，以确保区块链的去中心化和安全性。相反地，侧链通常会采用更快的出块时间和更大的区块，以实现更高的吞吐量、更快的交易速度和更低的交易费用。

然而，这种作法也可能会降低侧链的去中心化程度和安全性，快速的出块时间和更大的区块会增加运行全节点的难度，从而导致少数的“超级节点”负责维护和保护该链。在这种情况下，验证节点的串通或对该链发起恶意攻击的可能性也会增加。

• 兼容 EVM 环境
  侧链都会兼容以太坊虚拟机（Ethereum Virtual Machine, EVM），因此可执行以太坊上的智能合约，也能直接利用以太坊的生态系统和开发工具，使用 Solidity 等语言进行编程。

对于想要踏出以太坊生态系的开发者来说，侧链是一个有效的扩容解决方案，能够有效降低交易成本并且以更快的速度执行去中心化应用程序。

然而使用侧链也会承担一些风险，侧链的安全性通常需要自行负责而不受以太坊主网保护，因此更可能遭遇到恶意攻击或其他安全上的问题。

• 资产转移
  若想要成为以太坊主网的侧链，就必须能在不同区块链之间便捷地转移资产。这有赖于跨链桥的技术，分别在以太坊主网和侧链上部署智能合约来控制资产转移，让它们能够互相通信和交换数据。

使用跨链桥时，资产并非真的从一个区块链转移到另一个区块链上，而是通过铸造和销毁机制来实现。发送至跨链桥智能合约的资产将被锁定，由中继器接收并验证用户的交易，在经过安全检查后会产生一个称为“简单支付验证”（Simple Payment Verification, SPV）的收据，然后将该笔跨链交易转发到目标区块链上，于跨链桥的另一端生成等值代币。

这种交易的方式也被称为“双向挂钩”，通过智能合约质押和解锁不同链上的等值资产，就能很容易地进行资产转移。

图来自 Web3 University

侧链的应用场景和优点

• 减缓以太坊区块链的拥塞
  侧链可以分担主链的负担，提高整个区块链系统的吞吐量和效率。

• 支持不同的共识机制
  侧链可以使用不同的共识机制，以提供订制化的服务应用。

• 提供更高的隐私性
  侧链可以使用更高级的加密技术，保护交易的隐私性和安全性。

• 支持更多的互操作性和可组合性
  侧链可以横跨向及纵向扩展，打造多链并联的生态网络，为不同的区块链之间提供更好的互通性。

• 替应用程序开辟推广通路
  EVM 兼容的侧链允许 dapp 扩展至其他区块链网络上，建立更庞大的用户社群。

侧链的限制和挑战

• 安全性较低
  侧链的安全性取决于共识机制和验证者的数量和质量，若共识机制较弱或验证者不可信，侧链可能会遭受攻击或故障，导致资料丢失或篡改。

• 兼容性问题
  因为侧链和主链可能使用不同的区块结构、智能合约语言、状态转换规则等。这可能导致资产转移或合约执行出现错误或失败。

• 可用性限制
  侧链可能受到网路延迟、节点离线、或是跨链桥壅塞等因素影响，导致用户无法及时发送或接收交易数据。

• 中心化风险
  侧链一般都需要独立主网自行运作，并且有专属的共识机制和验证者。若主要验证者集中在少数机构或个人手中，侧链的可信度和安全性将会受到威胁。

• 开发难度较高
  侧链网络的许多重要参数都不同于主链，需要考虑匹配度、负载平衡、性能瓶颈、以及其他使用上可能发生的潜在问题，需要更高的技术门槛。

著名的侧链项目和发展趋势

• Polygon
  Polygon 区块链是主流的以太坊扩容解决方案之一，使用 POS 共识机制，旨在提升区块链网络的效率和可扩展性。它通过创建多个平行链（也称为子链）实现这一目标，这些子链与以太坊主链相连，并可自定义其安全性、治理和共识机制。

Polygon 的主要优势在于减少交易费用、提高交易速度、支持更多的应用场景，同时保持与以太坊的兼容性和互操作性。此外，Polygon 是一个开放平台，任何开发者都可以在其上创建和部署自己的子链或平行链。

作为以太坊的侧链，Polygon 提供快速、便宜和安全的链上交易，其开发的多链扩展共识模型也允许跨不同链的 DApps 互操作集成。

近期 Polygon 取得了许多进展，新推出的 Polygon ZKEVM 是一种利用零知识证明（ZK proofs）来实现以太坊虚拟机（EVM）的扩容方案。特点包括以太坊虚拟机等效、继承安全性、批量处理交易降低成本、使用的 Polygon Zero 技术也是目前最快的零知识证明系统，比其他 Layer 2 解决方案如 Optimistic Rollup 有更好的最终确认性。

Polygon ZKEVM 目前已开源进入了公开测试网阶段，风险投资公司 Seven Seven Six 创业基金也推出了一项价值 2 亿美元的倡议，协助 Polygon 上新专案的开发。目前 Polygon 已成为第二大的 GameFi 区块链，拥有超过 13 万的日活跃游戏玩家。

• Skale
  Skale 区块链是专注在以太坊侧链开发的项目，使用 POS 共识机制，该网络采用名为弹性 sidechain 的独特方法，实现高性能同时保持与以太坊区块链的兼容性，能为去中心化应用（dApps）和智能合约提供高效、安全且具有成本效益的基础设施。

自 2020 年 6 月主网上线以来，Skale 在寻求可扩展且高效的去中心化应用解决方案的开发者和用户中越来越受欢迎。 Skale 网络的主要特点是弹性 sidechain 的使用，它们本质上是与以太坊主网相连的独立区块链网络。开发者可以根据自己的需求创建和自定义这些 sidechain，以支持各种 dApps 和智能合约。

Skale 网络还为开发者和用户提供了其他一些功能和好处。例如，它支持多种编程语言和框架，方便开发者构建和部署其 dApps 和智能合约。同时，它提供低交易费用和快速交易时间，为用户提供成本效益和效率的解决方案。

在代币经济方面，Skale 网络使用 SKL 作为其本地加密货币，总供应量为 40 亿，其中相当一部分分配给生态系统发展和社群奖励。

• Gnosis Chain
  Gnosis Chain，前身为 xDai Chain，是一个以太坊 Side Chain 项目，旨在为去中心化应用（dApps）提供高度可扩展、安全且具有互操作性的区块链解决方案。 Gnosis Chain 支持高达 1000 TPS 的交易速度，并使用了 PoS 共识机制和智能合约验证等安全措施来确保网络安全。此外，Gnosis Chain 与以太坊网络兼容，实现了与以太坊网络的互操作性。

近期 Gnosis Chain 在技术方面取得了重要进展。首先，Gnosis Chain 推出了新版本，包括更快的交易速度和更高的安全性等优化功能。此外，Gnosis Chain 与 Polygon 合作，将 Gnosis Safe 钱包引入 Polygon 网络，实现更快的交易速度和更低的费用。最后，Gnosis Chain 与 DeFi 保险公司 Nexus Mutual 合作，为 Gnosis Safe 钱包提供保险服务。

xOmniBridge 技术允许在 Gnosis Chain 和其他网络（如以太坊和 Binance Smart Chain）之间进行跨链资产转移。这使得用户可以在不同的网络之间转移资产，而无需使用中心化交易所。目前许多以太坊应用程序如 Chainlink、Aave 等都转移到 Gnosis Chain 上开发，去中心化金融（DeFi）协议、游戏、和 NFT 市场生态皆相当完善。

结语

在本课程中，我们探讨了侧链技术在以太坊区块链扩容方面的应用。侧链是与主链平行运作的独立区块链，通过特定机制与主链进行资料交互和资产转移，实现对主链的扩容和应用支持。能够提高交易速度、降低交易成本、支持多样化应用场景，能为去中心化应用带来更多的创新可能性，然而其在安全性、去中心化程度等方面仍存在一定的限制和挑战。

除了 Polygon、Skale 和 Gnosis Chain 外，还有其他项目如 Loom Network、Metis Andromeda、CrossBell 等都在着手进行侧链技术的开发。现在您已经对侧链的主题有相当的了解，在接下来的课程中，我们将一同学习备受关注的 Rollups 技术，探究多元的以太坊扩容技术面貌。

重点回顾
以太坊面临扩容问题，需要解决交易速度和成本问题，侧链技术是一种解决方案。
侧链是与主链平行运行的独立区块链，通过特定机制可进行资料交互和资产转移，实现对主链的扩容和应用支持。
侧链的优点包括减缓以太坊区块链的拥塞、支持不同的共识机制和区块参数、提供更高的隐私性、支持更多的互操作性和可组合性、替应用程序开辟推广通路。
侧链的缺点是安全性较低、兼容性问题、可用性限制、中心化风险、开发难度较高。
Polygon、Skale、Gnosis Chain 是著名的侧链项目。