比特币是区块链技术的先驱者，在其被广泛采用的过程中面临着挑战。由于其原始设计每秒只能处理七笔交易，网络经常面临可扩展性问题，导致高费用和较慢的交易时间。为了解决这些问题，比特币的第二层解决方案（L2）应运而生。这些项目旨在通过开发一个执行层，将交易处理在主链之外，从而提高吞吐量并保持安全性，以增强比特币区块链。这些L2还可以实现智能合约等新功能。
比特币的第二层（L2）是建立在比特币区块链之上的次要协议或网络，旨在解决其可扩展性限制并改善交易吞吐量、费用和速度。一些比特币L2还引入了智能合约功能，使比特币能够实现去中心化金融（defi）等新的用途。比特币L2通过创建与主网络分离的执行层来扩展比特币区块链。这个执行层在链下处理交易，然后将交易数据提交给比特币区块链进行最终结算。
比特币和以太坊第二层解决方案之间的主要区别源于两个基础层区块链之间的基本架构差异。以下是一些关键区别：
安全继承：
与以太坊的L2不同，验证者主动验证L2交易，并直接从以太坊主网继承安全性，比特币的L2网络目前没有从同样的直接参与中获益。比特币L2依赖于自己独立的安全协议和机制来验证L2网络内的交易。
交易验证：
虽然以太坊的L2可以利用以太坊主网验证复杂状态转换、欺诈证明和零知识证明等能力，但比特币网络缺乏这些先进的验证能力。这限制了可以在比特币上构建的L2解决方案的类型与以太坊相比。
智能合约功能：
以太坊被设计为一个具有原生支持智能合约的通用区块链，而比特币没有。因此，虽然两者都致力于可扩展性，比特币的第二层除了关注增强的可编程性和智能合约功能外，还有其他方面。
结算层：
比特币的第二层通过在比特币区块链上结算交易，利用工作量证明共识提供的著名安全性和去中心化性。以太坊的第二层则在以太坊主网上结算，利用了一种可能不太安全的权益证明共识模型。
比特币第二层的需求主要来自比特币区块链基础层（L1）固有的可扩展性限制。直接扩展比特币的基础层将需要在去中心化或安全性方面进行权衡。第二层提供了一种在仍然继承比特币强大安全模型的情况下扩展比特币的方法，通过在主链上结算。
需要第二层解决方案的主要原因包括：
可扩展性和交易吞吐量：由于每个区块的时间为10分钟，区块大小有限，比特币网络每秒只能处理约7笔交易。这种低吞吐量导致网络拥堵、确认时间长和高交易费用，使得比特币在大规模的小额支付和日常交易中不实用。
高交易费用：在网络活动高峰期，比特币交易费用可能会大幅上涨，平均费用在2024年4月20日的拥堵时期甚至超过120美元。高费用使得小额交易经济上不可行。
有限的智能合约功能：比特币的基础层主要设计用于简单的价值转移，缺乏去中心化应用（dapps）、去中心化金融（defi）和其他用例所需的高级智能合约功能。
释放比特币的资本：比特币的大量资本仍然没有得到充分利用，因为它主要被用作价值储存。第二层旨在通过实现更快的交易、智能合约和构建在比特币上的创新应用来释放这些资本。
在不损害安全性的情况下进行扩展：由于区块链三难问题，直接扩展比特币的基础层将需要在去中心化或安全性方面进行权衡。
比特币的第二层工作方式是通过将交易执行和数据从比特币主链移至单独的Rollup链或层，同时仍与比特币进行数据可用性和共识的锚定。
Rollup技术涉及的关键机制包括在Rollup链上的交易执行、数据压缩以及与比特币第一层的锚定。用户将交易提交到Rollup链上进行执行，而不是直接在比特币区块链上执行。Rollup链处理这些交易，相应地更新账户余额。在链下处理了许多交易后，Rollup将交易数据压缩或“Roll up”成一个紧凑的加密证明或承诺，表示这些交易在状态上的净影响。然后，将这个压缩的证明定期提交到比特币区块链作为一个交易。比特币的第一层上的一个智能合约或验证机制可以有效地验证和应用Rollup证明所代表的状态转换。
然而，比特币的Rollup面临一个关键挑战，因为基础比特币层缺乏本地验证Rollup系统产生的加密证明或承诺的能力。目前正在探索几种方法来实现比特币上的Rollup，包括主权Rollup和扩展比特币脚本。
主权Rollup使用比特币作为数据可用性层，而不依赖其进行有效性证明。这些Rollup独立运行，处理链下交易，并仅在比特币上发布压缩的交易数据。它们在链下管理自己的共识机制和交易执行环境，利用比特币来锚定和存储Rollup的压缩数据。为了在Rollup中移动像BTC这样的资产，使用去中心化的存款系统，例如sBTC，依赖于一组去中心化的签名者，而不是比特币的基础层。
扩展比特币脚本语言和操作码以实现有效性Rollup允许比特币的基础层验证和执行Rollup的状态转换。这可能需要对比特币进行软分叉升级，添加新的操作码，如OP_CAT或WTC，以实现更好的可编程性。
如上所述，实施比特币第二层解决方案有三种主要方法。有关这些方法如何工作的详细信息，请参见上面的部分。
比特币第二层解决方案的优势包括：
可扩展性：比特币第二层解决方案最显著的优势之一是它们能够大幅提高网络的交易容量。通过在主链之外处理交易，第二层项目可以比比特币的基础层处理更多的每秒交易量。这种减轻对主链的负担可以使网络操作更加顺畅和高效。增加的可扩展性对于比特币在日常交易和高频交易中的广泛采用至关重要。
较低的交易费用：由于第二层交易不需要将所有交易数据记录在比特币区块链上，它们大大减少了需要存储的数据量。这导致较低的交易费用，使得微支付和其他小额转账成为经济可行的。用户从降低的成本中受益，这对于汇款和微支付等应用程序尤为重要，其中高费用可能是禁止性的。
更快的确认时间：第二层解决方案可以实现几乎即时的交易确认，与比特币基础层的平均10分钟区块时间形成鲜明对比。这种快速的确认时间对于需要快速结算的用例非常重要，例如销售点交易和在线商务。实现更快的确认能力提升了用户体验，并扩大了比特币的实际应用范围。
增强的隐私：一些第二层实现提供了增强的隐私功能。混合路由和支付通道匿名等技术使得追踪交易变得更加困难，为用户提供了更高级别的隐私保护。
智能合约功能：某些比特币第二层项目在比特币之上实现了智能合约功能。这个增加解锁了新的用例，包括dapps和defi协议。
继承的安全性：第二层解决方案从底层的比特币区块链中继承了一定程度的安全性。通过将交易锚定到比特币的强大和去中心化的工作量证明共识，第二层网络可以从保护比特币网络的大量计算能力中获益。
比特币L2网络面临的挑战包括安全地在比特币和L2网络之间建立桥接以及在比特币网络上结算证明的速度和能力。桥接可能存在安全风险，未来需要提高结算速度和成本以实现可扩展性。
比特币L2解决方案面临的一些最大挑战包括：
比特币和L2网络之间的安全桥接：比特币L2网络（如侧链）使用桥梁与比特币主链连接。这些桥梁通过在比特币上锁定资产并在L2链上铸造等价代币的方式工作。然而，这种桥接设计存在安全风险和用户体验问题。许多加密货币的黑客攻击和损失都是由于跨链桥梁的漏洞导致的。
在比特币网络上结算的速度和成本：虽然L2解决方案在链下处理交易，但最终需要在比特币的基础层上结算最终状态。这个结算过程在比特币的基础层上的速度和成本是影响L2网络效率的重要因素。
在没有直接比特币验证的情况下保持安全性：与以太坊的L2不同，比特币的L2网络并没有完全继承比特币节点的安全性，这些节点验证交易。比特币的L2必须依赖自己独立的安全协议，这使得实现与比特币基础层相同级别的安全性变得困难。
增加的集中化风险：一些L2解决方案需要建立支付通道和中继节点，或者运行自己的共识机制。这可能导致控制权集中在少数实体手中，可能削弱比特币的去中心化原则。
技术复杂性和集成挑战：将L2解决方案与比特币的现有基础设施进行集成涉及到重大的技术复杂性，例如确保兼容性、保持安全标准以及在社区中就提议的更新达成共识。