我们正处于区块链2.0向3.0转化的时代，目标是大规模的商用。传统的区块链技术，如比特币和以太坊，在性能上面已经显得力不从心。
作为史上最慢的分布式数据库，比特币和以太坊的TPS（每秒交易数）离商用有多远呢？有图为证
说好的区块链TPS，怎么只画了VISA和支付宝呢？不是我没画，只是比特币的7笔交易，以太坊的十来笔交易，在图上根本显示不出来。
现在诞生了很多以提升TPS为目标的竞争链，动辄声称百万级TPS，比特币和以太坊是不是已经成为昨日黄花了呢？
V神说，不，我觉得还可以再抢救一下。
治病要先找到病因，传统区块链技术性能差的原因来自于两方面
1.每一个全节点都需要校验并记录所有的交易数据，不可水平扩展
2.运行在开放网络中，网络时延，节点数量全都是未知数，要全网节点达成共识，需要很大的开销
故事大致是这样的，我们斥巨资打造了全世界最靠谱的银行
也聘请了一个非常可靠的业务员，他只有一个缺点...
结果自然是
好了，我们知道区块链扩容是迫在眉睫的事情，but how？
方法一，多开几家银行，自然分流。对应到的是各种Altcoin，Cosmos，Polkadot等方案
方法二，多请几个业务员，把闪电先生远在家乡的父老乡亲都请过来帮忙，办事的柜台多了，效率自然也就上去了。对应到的是sharding和DAG这些方案
方法三，既然闪电先生效率不行，You can you up啊，换一个更快的业务员吧。对应到的是各种新的共识算法，比如说POS，DPOS，PBFT等。注意这里并不是说这些新的共识算法一定会比POW优胜，各种方式其实各有优劣，本文不做评价
方法四，也是我们今天要所要讲的，“我都TMD忙成🐶了你们就别来给老子添乱自己事情自己解决”方案，俗称链下扩容（off-chain），或者说是层2扩容
那么，到底什么是链下扩容呢？
链下扩容顾名思义，就是把交易或者处理的过程放在链下执行，区块链只对最终结果进行记录或者仲裁。参与者需要在链上抵押资产，通过经济制裁的方式惩罚作弊者，保证链下安全。链下扩容方案建立在区块链基础层以上，不需要更新基础层，所以也被称为层2扩容。链下扩容的发展我觉得可以分为三个阶段。接下来我们对这几个阶段分别解释
State channels（状态通道）
状态通道最早出现在比特币上，成为闪电网络，接着，以太坊上也出现了类似的方案，叫雷电网络。两者在原理上差不多，得益于以太坊的智能合约，后者实现更简单，我们以之为例说明。
状态通道的目标是交易扩容，让区块链上一两位数的交易量扩充百千倍甚至更多。
交易开始之前，交易双方各提供一笔准备金，后续的交易都在准备金中进行。
银行和用户之间约定：
•双方同时签名，退回准备金
•单方签名，也能退回准备金，但是发起退款的一方需要等待一个冷却期
冷却期的作用有两个，一是鼓励大家维持交易通道，二是防止欺诈
交易通道建立起来以后，接下来的交易就用打白条（合约）的方式进行，再也不需要到银行排队了，白条的格式如下图所示
最终结算的时候，大家只要把最后一张合约拿到银行，即可完成结算并提现，相当于把很多笔的交易结果打包上链了。
这样，问题来了，银行并不知道最后一笔交易到底发生在什么时候。Bob可以提交第一张交易合约取现从中获利。为了应对这个问题，发起提现的一方需等待一个冷却期才能取回自己的资金，在这个冷却期内，如果交易另一方能提供更新版本的签名合约，作弊方将被罚没准备金。
我们通过准备金和签名合约，我们把大部分的交易从链上转移到链下，同时还保证了交易双方“诚实”的执行交易和结算。但是，在这一步，只有建立起交易通道的双方可以发起交易，这在现实中限制很大。对于没有建立和维护交易通道的用户来说，怎么处理呢？
我们通过借道的方式间接交易
借道这种方式存在着天然的限制，无法保证原子性，如果Alice把钱打给Bob以后，Bob不付给Carol怎么办？解决方法是哈希锁，成为HTLC。
1.交易路径上的每两方建立按先后顺序建立加锁合约，加锁的密钥掌握在交易终点用户（Carol）手上。
2.合约路径建立完成后，Carol公开密钥，通道用户可以以之提现。
交易通道建立起来以后，Carol要提现，必须展示哈希锁的密钥，在展示哈希锁密钥的同时，Bob也自然的可以从Alice手上拿到自己应得的部分。
通过交易通道，我们可以把海量的交易打包后上链，让区块链每秒能处理的交易数大大提升，那它是不是就是完美的解决方案呢？在我看来，至少存在下面缺陷
•锁定的准备金只能在Channel中使用，只有关闭通道以后才是真正的提现，当网络存在海量通道时，通道的集中关闭会导致类似银行挤兑的系统性风险，压垮网络。
•交易双方需要监视网络，在冷却器内及时提供证明防止欺诈，从被动防御转变为主动防御
•闪电网络中只有保存最终的资金状态保存，中间的交易细节全部被忽略
•通道需要准备金维持，不可能任意两个用户间都存在交易通道，最终很可能会有大资金形成中心化的中转节点，这个大资金实际上具备了审查交易的能力
TrueBit-计算外包
状态通道解决的交易容量问题，那么TrueBit解决的就是智能合约容量问题。
我们知道，以太坊中的智能合约需要每台矿机执行计算。复杂的智能合约需要耗费大量的计算资源，经济上体现为智能合约用户需要交付大量的以太币（gas）作为驱动。
TrueBit的思路是把智能合约的运算外包给第三方，把复杂的计算任务放到链下执行。通过经济激励，促使第三方之间互相监督，保证计算结果正确性。以太坊作为一个数字法庭，对计算结果作为终极校验并惩罚作恶者。
TrueBit的基本过程是这样的
•用户（下文称为Task Giver）上传需要执行的代码（下文成为任务），并提供佣金。
•链下第三方（下文称为Solver）发现这个任务，认为佣金可以接受，执行计算任务并答公示运算结果，同时提供一笔保证金。
•另外的第三方验证者（下文称为Verifier）重新执行任务，如果发现Solver造假，可以发起挑战，同样需要提供一笔保证金。
•通过链上的智能合约让Solver和Verifier玩一个验证游戏（verification game），通过Task Giver在链上提供的执行代码验证答案真伪，提供正确答案的一方获取佣金，造假的一方从保证金中支付整个验证过程所需的gas。
•如果在挑战期内没有人能提供证据证明Solver造假，Solver获得佣金。
在基本过程之外，TrueBit其实还设计了很多精巧方法去优化协议，比如说计算分段和税金-乐透制度等，详见拙作TrueBit白皮书解读。
Plasma-链中链
Plasma的野心比状态通道和TrueBit都要大得多，它要做的是通过多级子链来减轻区块链父链的负担，从而达到近乎无限的扩容。
•子链负责处理各自数据和业务，可以有自己独立的共识算法
•父链中保存了子链块hash和子链的校验规则，必要时进行仲裁和经济惩罚
Plasma要解决两个最重要的事情，一是子链的反欺诈，另一个是资金的进入与退出。
对于子链反欺诈，Plasma采用了欺诈证明的办法来解决
对于每个子链，需要在根链（以太坊）上创建智能合约，明确子链的游戏规则，诸如子链的块验证，父链跟子链的token转换等。同时，子链出块方需要在父链中锁定资金，用于后续追责。
业务数据保存在子链，子链的块hash同步到父链中作为凭证。任意第三方可以负责监督子链的运行，如果发现欺诈行为，可以把问题区块提交父链验证，便于追责和问题区块回滚。
不难看出，欺诈证明跟TrueBit基本思路如出一辙，只是智能合约换成了区块链，图灵状态换成了区块哈希。
对于子链参与者，plasma提供了一个资金退出的机制。
用户只要提供在子链上最新的交易结果，就可以把资金安全的回退到父链中。父链不会监督子链每个区块，无法确认用户提供的交易结果实时性，资金回退需要等待一个挑战期，防止用户欺诈，机制类似于状态通道。
小结
跟其它扩容方案相比，链下扩容具有如下特点：
结合使用了密码学和经济学，比较好的传承了比特币的思想，是最有信仰，最性感的扩容方案
理论上可以对区块链性能有非常大的提升，但实际效果很大程度取决于“人”，实际效果需要时间证明
目前仍然比较年轻，实现也相当复杂，存在着一系列的风险
不管结果如何，我觉得链下扩容会是一个可以媲美比特币的社会实验。
再多说一句，现在社会实验这个词已经被用滥了。EOS的社区化治理，说是社会实验，还勉强说得过去；某社区言论领袖搞的打车链，还是空气状态，就已经号称自己是伟大的社会实验，这就有点扯了。
