以太坊是用户和开发者最喜欢的区块链，TVL在DeFi和NFT上的投资总额已经达到了550多亿。但是，这样高的使用率也给以太坊网络造成了严重的问题，特别是它的扩展性，当前的网络平均每秒能处理13.5次业务，同时维持着理想的分散化水平。
近年来，以太坊的扩展性发展出了许多新的方式，现在也在进行更多的探索。这些解决方法包括状态通道、普罗米斯、威利迪姆、鲁普斯和侧链。
尽管他们可以归入不同的范畴，但是他们其实并没有很大的区别。有些基本想法实质上是一样的，而且往往基于先前的想法。
以太坊扩容解决方案
以太坊扩展解决方案的示例。
状态通道
状态通道是最早和最容易扩展以太坊的方式。其核心理念是在链下进行事务的处理，并且仅将最后的结果返回到主要的网络中。这将会降低对主要网络的不必要的中间业务，并因此降低了网络的可能阻塞。
状态通道用户流。以太坊交易的数量可以减少到2笔——打开和关闭通道。
下面是如何在后台进行链下交易的。设想两个客户A和B要把钱转到他们中间。A给B10块，B给A5块，A给B,20块给B。如果A同意A在一次交易中给B总计10-5+20=25，而不是把这3个交易单独地发送给B。
为了总结这种思路，一群人可以开启一个状态信道，把钱锁在主网的多个签署的智能合同里。他们可以在他们中间完成链下的交易，只有当他们同意解除货币和关闭通道之后，他们才会把最后的状态更新到以太坊。
状态信道主要是在双方同意对方的行为时使用的微型交易和付款。由于没有足够的扩展来支持智能合同，因此dApp往往包括很多终端用户，这就使双方的协议变得更为复杂。
人们经常可以通过以太坊或者状态信道来进行智能合同dApp的互动，从而在每一个网络中创造出不同的事实。
Plasma会定期向以太坊发行Merkleroot状态哈希。所有的状态更新将被认为是有效的，直到某人提供了虚假的证据和对它的有效性提出疑问。
Plasma链仅仅是一条独力的区块链，由操作者操作，定期向以太坊网络存储检查点。这些检查点作为Merkleroot哈希来增加gas的效率。这就意味着，当使用以太坊级别来检验Plasma链的状态更新是否正确时，所有的事务计算都可以被卸载到Plasma链上。
为保证正确的状态变换，Plasma使用了一个防的机制。每一转变都被视为是对的，除非某人在这一时期内对此提出异议。任何错误的状态变换都会被抛弃，而新的转变会基于之前的正确的转变。
Plasma的工作性能一般。但是，其中一个问题是，如果操作员不能正常工作或者有恶意的话。如果操作者不再提供业务信息，就没有人可以产生一个证明来取消状态转换。所以，如果操作者的恶意操作，比如从其他帐户偷钱，那么最终将会被主要网络所接纳。
在本例中，对所有用户执行一个“大规模退出”计划，以便在Plasma生态系统中使用最新的有效状态。然而，所有的状态数据都会被转移到以太坊，从而导致网络拥挤。
另外，非EVM的兼容性也是一个问题。通用智能合同没有一个清晰的所有权结构，也就是说，每个人都可以在这种状态转变中获得进步，使得合同不能离开。
Validium将Merkle的root状态哈希和ZK证书作为一个检查点，在Ethernet上发行。利用ZK证明对状态的更新进行了验证。
Validium也在自己的区块链上运行，向以太坊发布Merkleroot状态哈希，这与Plasma相似。两者之间最大的差异是状态更新确认机制。Plasma依靠的是防伪机制，而Validium则是通过ZK来验证，比如ZK-SNARK和ZK-STARKs。
ZK验证是将产生的计算与状态更新一并提交给以太坊，以保证状态转换的有效性。虽然ZK证明的复杂的产生过程可以在链下进行，但是链上的验证是非常简单的。这样，Validium就能在更新了以太坊的状态和证书之后，就能立刻做出决定。
但是，由于其加密算法的复杂性，使得ZK和EVM的字节码之间存在着一定的兼容性。所以，目前的Validium应用只能用于一些简单的操作，比如一个代币传送，只需要简单的加法和减法。
数据的可用性依然是EVM不兼容的问题。Validium依然依靠DAC链下的数据存储，以保证业务数据总是能被重构成一个完全的区块链。但这又给安全模式添加了一种新的信任，这是因为，即便对方是分散的，也要相信对方总是有效的。
Rollup发行状态根和压缩事务信息。
Rollup解决了数据的可用性问题。他们可以被看作是下一代Plasma和Validium。除了状态更新以外，以以太坊中的calldata形式发布了交易信息。
这就意味着，只要将所有的calldata都提交到以太坊，就可以重新构建目前的区块链状态。所以，我们不必再依靠DAC等第三方来储存状态树。
有两种主要的Rollup：最优Rollup和ZKRollup。
OptimisticRollup
与Plasma链相似，Optimisticrollups在遇到挑战之前，它会认为状态转变是有效的。任何人都可以质疑和宣称，在以太坊的“验证协议”中，使用了一个“验证协议”，并宣称该系统的状态更新是错误的。
有许多防止的手段：
Optimism通过一次交互来证明以太坊在一个链条上进行所有的L2事务的验证。这个办法能立刻预防，但是会造成巨大的gas计算费用。
Arbitrum通过多个循环进行反，对“操作码”进行二进制搜索，以找到一个无效的过渡状态更新。在这个链条上只有一个运算代码，这就意味着需要更少的gas。
最后，反可以保证在不信任外界的情况下，以太坊上的发行状态是高效和完全可重构的。
Optimisticrollups还与EVM兼容，这就意味着可以很容易地将所有dApp移植到以太坊上，而不需要修改任何代码。这就使OptimisticRollup成为了一种以太坊的扩展方案。
ZKRollup
ZKrollup就是Validium与数据可用性的结合体。这个链会定期地将其散列状态和已压缩的事务资料提交到以太坊，并且通过有效性证明来确认状态的转变。
和Validium一样，ZKRollup在EVM中并不能很好的兼容EVM，这是因为要在一个完整的EVM环境中产生一个证明，这将花费几个小时。采用EVM或者ZK-EVM来实现ZKrollup的项目是在EVM兼容与性能之间进行权衡。实际上，Vitalik把ZK-EVM分成4种，分别是与EVM相当的EVM和部分兼容性EVM。
不同类型的ZK-EVM
目前，仅有Type4和类型3（如Scroll和PolygonHermez)，这是一种有效的方式，因为在利用ZK证明时，EVM的作用需要更多的灵活性。不过，随着以太坊对ZK-SNARK的使用越来越广泛，研发也越来越多，我们可以预见，Type2和Type1ZK-EVM将会越来越普及。
侧链
侧链是一个独力的区块链，它有自己的区块参数和一致的机制。他们能和以太坊之间的双向桥进行通讯。但是，不像其它的扩展方案，侧链不向以太坊公布任何事务或状态数据；所以，请不要继承以太坊的安全。
因为侧链具有自身的数据块参数，所以他们可以很容易地支持比以太坊更高的吞吐量，比如，缩短数据块的时间或者增大数据块的尺寸。
但是，为了达到这些目的，他们会以安全和分散为代价，比如拥有一个中阳验证程序或者需要高端的计算机硬件。因为以太坊的远景目标是分散和安全，所以侧链并没有成为EthernetFoundation的主要目标，虽然他们被视为降低以太坊业务最有效的方式。
扩展解决方案的未来
过去的扩展解决办法是不断改进的，它解决了之前的扩展设计中的一些重要问题，比如状态转换的确认和数据的可用性。在目前的情况下，rollup被视为最高级的扩展以太坊的安全和EVM兼容来满足一般应用。但是，在Rollup上还有很多可以提高的地方，以便进一步提高安全性、去中心化和可伸缩性：
分散的Rollup排序程序-Rollup能够使用PoS一样的方法来挑选排序程序，从而减少中杨化和审核的危险。
Rollup间的直接通讯渠道-Rollup间的桥接和消息传输不需要以太坊为中介，可以提高用户的使用体验，减少交易费用。
尽管类似Rollup的链下扩展方案能够实现多种扩展，Ethernet也有其自身的打算，即通过ETH升级来实现底层的扩展。以太坊切片是一个具有里程碑意义的更新，它可以通过整合Rollup来提高以太坊的扩展性。
切片是Rollup的数据可用性的一层，64个Ethernet2.0区块链中的一部分可以作为Rollup的“数据仓库”来将哈希根分发到Rollup上。理论上，切片和Rollup可以使以太坊的生产能力达到100,000TPS。
代码可以被分割，其它的区块链可以运行EVM的字节码和Ethernet之类的智能合同。但是，这种实施的实际需求还有待确定，因为以前的分片链利用所带来的巨大的吞吐量。
有了充足的扩展性，以太坊能够为目前正在使用的诸如Visa之类的web2服务提供高的业务吞吐量。在金融方面，这是一个重大的步骤。
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