前言：
如果我们复盘一下现在的公链赛道，可以发现这样的基本体系。以太坊稳居公链之王，众多高性能公链承接以太坊生态的外溢压力。各大Layer2方案帮助以太坊实现链下扩容，IOTA等专用型公链抢占物联网等细分市场，波卡和Cosmos专注于打造多链生态。那么，这个格局是如何形成的呢？ 我们来回顾一下公链发展的故事。
1、2008年 比特币与区块链的诞生
2008年，比特币白皮书发布。这个世界上最早的公链致力于打造一个点对点的支付交易体系。比特币的制度是，每笔交易完成后，全网广播。每隔10分钟，所有的交易被矿工打包成一个区块，区块与区块相互连接，形成区块链。
其中 tanscation list和Block head 的关系是这样的：
大家为什么愿意记账？
因为记账有奖励，最初生成一个区块50个比特币，4年后，变为每个区块25个比特币，依次减半。
以谁记账为准：
工作量证明（POW）
首先生成区块需要依靠的是SHA256这个哈希函数，它可以把任何的信息转化成256位的二进制数字，也就是哈希值。每次生成区块时，需要把“上一个区块的哈希值+10分钟内的交易信息+时间戳+一个随机数”经过两次sha256算法处理，最后要生成，满足前N位是0的哈希值。最早生成一个区块的人，把包括随机数在内的所有区块信息提交全网验证。如果一个提交后，其他人验证无误，他就获得了这个区块对应的记账奖励。
这个N是随着全网算力而改变的。我们要保证10分钟一个区块。那么，全网算力越多，系统相应把N放大，增加大家生成的难度，从而保证整个比特币是10分钟一个区块。
2008年-2013年间，区块链整体上专注于去中心化货币/转账体系的实现，具体包括比特金、莱特银为首的去中心化方案，瑞波币为代表的半中心化+高效率的转账方案，ZCASH为代表的隐私转账方案，Doge为代表的模因文化体系。
2、2013-2017年 以太坊与智能合约
以太坊首次实现了智能合约，并且允许所有参与者基于智能合约在以太坊上开发应用。
以租房为例，房东与房客签订一年期的租约，每月支付100元房租，作为智能合约存入执行系统。那么合约期间，每个月，系统会从房客账户划转1000元给房东，同时将开门密码发送给房客。合约到期后，则终止执行。
以太坊这个智能合约的基本特性，可以用于各种各种Dapp的开发、DAO（去中心化自治组织）的建设等。
以太坊在公链不可能三角中，选择了去中心化与安全性，因此造成的可扩展性和gas fee高的问题。
3、2017 扩容问题的产生与“公链元年”
以太坊2015年正式上线后，每秒处理交易为15笔，远低于现有结算中心VISA等。由于初期，以太坊使用场景较为有限，以太坊暂时没有过多容量上的压力。直到2017年，ICO爆火，各类项目公司总募资额达到50亿美金，2018年前5个月，ICO的规模更是超过了2017年全年的两倍。
同时，2017年，CryptoKitties等dapp开始上线，快速增长的用户几乎堵死了整个以太坊网络。
相应的，以太坊作为ICO和dapp的重要工具，其容量难以应对如此规模的交易。于是，区块链的扩容，迅速成为了众人关注的主旋律。
区块链扩容大致分为以下三种：Layer0(跨链交互) ，Layer1(链上扩容，对公链本身进行改造)，Layer2（链下扩容，将链上工作转移至链下）。
3.1 Layer 2(链下扩容)
2017年开始，以太坊开始进行扩容层面的探索。由于以太坊链的一些固有属性，改造主链进行链上扩容需要相当多的时间，而链下扩容，是以太坊生态2017-2022年间的主要尝试。
链下扩容，主要指在公链之外建立一个二层的交易处理平台，负责具体交易的处理。公链只负责总体存取款结算及验证链下上传信息的有效性。链下扩容主要有状态通道（State Channels）、等离子体（Plasma）和卷叠（Rollup）三种方式。
3.1.1 状态通道（State Channels）
使用者在需要交易时，在链下建立交易通道，在交易结束后，与链上进行整体结算。
具体操作流程：
（1）通道开启：交易双方各自将一定数量资产存入通道（类比购物卡、ETC等）
（2）交易：双方在通道内进行交易
（3）通道关闭：交易完成后，一方可以申请关闭通道并将剩余资产提现至链上。另一方如有异议，可以在规定时间内提请仲裁。
适用范围：
状态通道适合用户在一定时间内频繁进行小额交易的场合。如博彩类游戏、物联网支付等。
方案优势：
（1）无需对公链整体进行改造
（2）即时交易
（3）理论上可以无限扩展交易量
方案缺陷：
（1）开通关闭通道较为复杂
（2）需要交易双方保持在线状态
（3）需要锁定保证金，存在机会成本
（4）无法使用智能合约
3.1.2 等离子体（Plasma）
具体操作流程：
不同于“小额免密支付”的状态通道，Plasma扩容方案致力于区块链各场合的普遍扩容，Plasma的方案可以概括为，
（1）在原公链之外生成若干子链（Child Chain）用于交易结算
（2）资产从主链转移到子链
（3）子链可以采取相对更高效低安全性的机制迅速处理交易
（4）子链将交易结果上传回高安全性机制的主链验证
主链验证：
本方案最大的重点在于：“将子链的交易结果交给主链验证”。Plasma上传的是压缩后的数据。具体来说，一般是采用默克尔树压缩。如图，将很多笔交易经过运算后获得一个根（root），再将根（root）上传。
欺诈证明：
由于以太坊主链只收到了一个压缩后的根（root）而无法检查和验证每一笔交易记录，Plasma设置了欺诈证明机制，过程是：
（1）Plasma的使用者想提现时，发送一个自己的交易记录和提现申请。
（2）提现设置挑战期，任何质疑这条交易记录的人都可以发起挑战。
（3）挑战期结算且未被他人挑战，则取现成功。
方案劣势：
本方案非常明显的劣势在主链验证和欺诈证明。首先，子链的低安全性，攻击子链制造虚假信息的难度相对较低，因此需要主链保证安全性。由于主链无法直接获取子链的完整交易数据（数据可得性不足），用户往往需要自己保留完整交易记录，并且每次提现需要长达一周的挑战期，非常低效。
此外，本方案无法使用智能合约。
方案现状：
2020年1月9日，以太坊扩容方案研究组织Plasma Group宣布终止对Plasma方案的探索，基本宣告了Plasma方案的终结。
3.1.3 Rollup（卷叠）
Rollup(卷叠)是当前最为流行的以太坊扩容方案。其基本思维在于，进一步优化Plasma的验证和挑战流程。
Rollup主要有以下两类基本思路：ZK Rollup(零知卷叠)与Optimistic Rollup（乐观卷叠）。
ZK Rollup（零知卷叠）
首先来复习一下零知识证明，从纯科普的角度举例：
零知识证明就是：证明者能够在不向验证者提供任何有用的信息的情况下，使验证者相信某个论断是正确的。
借用Mina Protocol的案例：
一群人在这张图中找一只熊猫，小A率先发现了熊猫位置，但是他不能立马公开指出来，因为这样就破坏了其他人的游戏体验。
有没有什么办法，即能够证明小A知道熊猫在哪儿，又不会让其他任何人知道答案呢？
于是小A找来一张超级大的白纸，并把这张纸随意的覆盖在有熊猫的图片上。然后，小A在白纸上剪一个小洞，只让熊猫露出来。
这样，熊猫位置作为关键信息，是被保护起来的，但小A还是能够在不让其他人知道熊猫在哪儿的前提下，证明自己找到了熊猫，这就是零知识证明。
更详细一些，零知识证明的原理是这样的
这个多项式即为零知识证明的基本型，但是由于t(r)可以被提出的人发现，我们需要进一步去做隐藏。
这套算法将有效解决Plasma的验证效率问题。
ZK Rollup网络中，Relayer（运营者）负责验证每一笔交易，随后将所有交易记录打包生成证明后，交主链处理。与Plasma压缩后无法检验原始信息不同，ZK Rollup网络中压缩后的证明，是可以验证原先信息有效性的。
于是，ZK Rollup的使用者无需挑战期，依靠强大的验证技术做到与主链即时结算。
目前，这类解决方案仍存在潜在风险点：
（1）当前零知识证明算法仍处于相对早期，生成证明本身需要消耗相当数量的算力资源。
（2）目前基于传统智能合约的交易与零知识证明算法尚未兼容。
初步预计，ZK Rollup可以将以太坊网络的TPS提升至约3000。
其中，zkporter是zkSync2.0预计使用的。
ZKrollup赛道主要有采用zksnark算法的zkSync 与采用zkstark算法Starkware两大龙头项目，
值得一提的是，以太坊创始人V神极为看好ZK Rollup方案，翻阅Starkware种子轮投资人可以发现V神的名字。
1.3.2 Optimistic Rollup(乐观卷叠)
Optimistic Rollup可以近似看作Plasma与Rollup的结合，事实上，此前宣布放弃Plasma的Plasma Group团队，此时已经转为研究Optimistic Rollup。
Optimistic Rollup相对于Plasma的改变同样在于：
（1）**验证者。**Optimistic Rollup网络中增加了验证者（Sequencer），验证者需要质押一定数量资产才能上岗，并且每7天（不同项目可能设置不同时间）将链下交易数据提交一次主网。与ZK rollup的操作者不同，Optimistic Rollup的操作员无需负责验证，而是直接默认交易记录真实。
（2）已经支持智能合约（EVM）。
相同之处在于，交易同样基于挑战机制。链下验证者上传的交易记录需要经历挑战期。如质疑者挑战成功，将获得验证者质押的资产。
具体按照挑战和检验的机制可以分为Optimism与Arbitrum两类算法。
3.2 链上扩容
链上扩容方案，主要为对公链本身进行改造。
其中，以太坊社区提出了，首先把POW共识机制转为POS、其次分片，以及在链上扩容完成后，将evm这个智能合约处理环境升级为eWASM的构想。
其中POS共识机制，是指拥有32个以太坊的用户，即可选择将以太坊质押，系统从质押者中随机选取一人，作为eth区块生成者，此人可以获得相应的区块奖励。
这个机制中，质押资产越多的人，被选中的概率越大，为了方便理解，大家可以想象成1个ETH一票。
相应的，以太坊质押也会带来大量质押赛道的机会，由于偏离主线，我们就不深入探讨了。
POS共识机制意味着更高的效率，但是，很容易想象，最初以太坊使用的是与比特币相同的共识机制，即POW，大家靠挖矿获得奖励。这就意味着，以太坊如果改变共识机制，那么，原先持有矿机的用户会极度不满，引发社区内部严重矛盾，因此，ETH的链上扩容，也就是ETH2.0，始终在推迟。
那么，ETH推迟链上扩容的同时，其他没有POW机制阻碍地项目，迅速开始了新公链地探索。2018年，公链元年，非常多的公链开始挑战ETH的地位，最为著名的，叫EOS，以Dpos共识机制对以太坊发起挑战，一度被视为区块链3.0的奠基者。Dpos是指全网共同选出21个超级节点，再由21个超级节点专门负责记账的模式。此外，还有Ouroboros共识算法的ADA等，
但是值得注意的是，这个阶段的公链，更多是在去中心化与可扩展性之间做取舍，而非彻底的升级。具体可以看这张负相关的图。
最初的以太坊杀手的目标，往往从字面即可理解。但是操作系统之间的竞争，一方面是性能，另一大方面，是生态。想象一下，如果一个手机系统总是下载不到你需要的应用，你会选择它吗？
我们可以来看看2018年时各公链的开发热度：
如果说性能上，各公链还各有取舍，甚至新公链1.0比以太坊还有些优势的话，那在生态上，以太坊的碾压性优势，基本是决定性的了。
以太坊杀手的独立生态与以太坊的强大生态，加上以太坊链下扩容的缓慢探索，加上2018年-2020年间主流的应用基本只有defi，而以太坊可以满足defi对于高安全性的根本需求。
到2020年，defi爆发时，eth基本确立了龙头地位，交易所公链成为了补充。
4、2021 新公链2.0
2021年，gamefi与nft等新应用，促进了高性能公链与专用型公链的快速发展。
此时的竞争与新公链1.0时代有了以下明显不同。
（1）新公链更注重以太坊的兼容而不是完全隔离。（因为以太坊生态已经足够庞大）
可以简单理解为，兼容EVM就是可以允许以太坊生态上的应用。目前，即使SOL为代表的NON-EVM相关公链，也都基本另外开发了EVM兼容环境。
（2）多元化的应用场景使用户对于公链有更加多元的需求。（如果说defi大家都还极其注重安全性，那gamefi时期大家对于可扩展性的偏好就显著增加了）
同时，专用型公链也在填补细分市场，例如主打隐私+扩容的公链MINA。在尝试基于Zk-snark对不可能三角进行整体的优化。
以及做Machinfi的iotex项目。
那么总体上，随着区块链应用和需求的多元化，随着各公链开始对以太坊应用的兼容化，未来的世界，一定是多链的。ETH2.0会使以太坊龙头地位更加稳固。但其他公链，也都可以拥有足够的市场空间。
