重點整理
區塊鏈可擴展性指的是：隨著需求成長，網路能夠處理更多交易的能力。對區塊鏈網路而言，若要在不犧牲安全性或去中心化的前提下達成這點會很困難。
區塊鏈三難困境（trilemma）描述了在同一時間達成可擴展性、安全性與去中心化所面臨的挑戰。
側鏈是與主鏈相連的獨立區塊鏈，讓交易能以不同規則與比底層更快的速度進行。
支付通道讓兩方能進行鏈下交易。只有開啟與關閉通道的交易會出現在區塊鏈上，因此可降低擁塞與費用。
簡介
可擴展性（Scalability）廣泛指的是系統能夠成長並承擔不斷增加的需求。在運算領域，你可以透過升級硬體來提升機器效能。對區塊鏈網路而言，挑戰則不同。讓區塊鏈擴容意味著提高它處理更多交易的能力，同時還要保持安全並讓眾多參與者能夠使用。
比特幣是個好例子。它的去中心化性質意味著必須有成千上萬的節點彼此保持同步。這會形成「一次最多能處理多少交易」的限制。當需求超過容量時，交易費用可能上升，確認時間也可能變慢。
與其試圖在底層解決所有問題，許多開發者把重心放在鏈下解決方案。最重要的兩種方法是側鏈與支付通道。本文將說明它們如何運作，以及它們如何融入更廣泛的第二層（Layer 2）生態。
區塊鏈可擴展性問題
運行一個比特幣節點相對不算昂貴，即使是中低階硬體也做得到。但由於成千上萬的節點需要保持同步，網路在能處理多少交易方面會受到限制。透過限制區塊大小與區塊時間，可幫助所有參與者維持資料庫的可管理性。
這個瓶頸會在高需求期間變得明顯。你可以把它想成一列有固定座位數量、並依照固定時刻表出發的火車。當想要上車的人數超過座位數時，票價就會上升。擁塞的網路會提高「每秒交易數（TPS）」所帶來的成本，並拖慢那些不願支付溢價費用的人的確認速度。
以太坊創辦人 Vitalik Buterin 將這個挑戰稱為區塊鏈三難困境。他提出，區塊鏈系統在三種特性之間存在權衡：可擴展性、安全性與去中心化。提升其中任兩項，往往會使第三項變差。因此，許多人認為可擴展性最好在次級層（secondary layer）而不是主鏈本身上處理。
什麼是鏈下擴容解決方案？
鏈下擴容允許交易在不負擔主區塊鏈的情況下進行。建立在某條鏈之上的協議讓使用者能夠發送與接收資金，但各個單獨交易不會被記錄在主區塊鏈上。這讓底層保持精簡，同時仍能支援高交易量。
最早期且應用最廣泛的兩種方法是側鏈與支付通道。兩者都能減輕主鏈負載，但運作方式非常不同。
側鏈簡介
什麼是側鏈？
側鏈是一條與主鏈並行運作的獨立區塊鏈，並透過雙向掛鉤（two-way peg）連接到主鏈。資產可以在主鏈與側鏈之間移動，之後也能再移回來。側鏈會獨立運作，擁有自己的共識規則、區塊時間與驗證者。
側鏈如何運作？
當使用者把資產轉移到側鏈時，他們在主鏈上的資金會被鎖定，並在側鏈上發行等額數量。當他們返回時，側鏈代幣會被銷毀（burn），原本的資金會被解鎖。這種機制稱為雙向掛鉤（two-way peg）。
假設 Alice 有五枚比特幣，想使用一條更快的側鏈。她把比特幣送到一個橋接地址（bridge address），由該地址負責鎖定資金。接著，她會在側鏈上收到五枚對應的代幣。
Alice 現在可以在側鏈上自由交易。當她準備返回時，她把側鏈代幣送到一個特殊地址，並由主鏈釋放她原本的比特幣。就比特幣而言，她只做了兩筆交易：一筆進入側鏈、一筆離開側鏈。
為什麼使用側鏈？
側鏈不受主鏈規則約束。它們可以採用不同的共識機制，更頻繁地產生區塊，並更快速完成交易。它們也能作為新功能的測試環境，因為側鏈上的錯誤不會影響底層網路。
權衡在於安全性。側鏈通常比主鏈安全性更低，因為它的驗證者數量較少，且使用自己的共識模型。在側鏈上進行交易的使用者，所信任的是側鏈的規則，而非比特幣本身。
以太坊的 Plasma 是較早期的框架，與側鏈在某些方面有相似之處。它使用子鏈的層級結構，將交易從以太坊主網卸載出去。儘管它有一些限制，但它有助於奠定更進階的第二層（Layer 2）設計基礎。
支付通道（Payment Channels）簡介
什麼是支付通道？
支付通道讓雙方在不需將每一筆交易發布到區塊鏈的情況下進行鏈下交易。最知名的實作是比特幣的 Lightning Network。支付通道使用智慧合約來強制執行參與者之間的共同餘額，讓他們能夠在不必每次都支付鏈上手續費的前提下，隨意更新該餘額。
支付通道如何運作？
要開啟一個通道，兩位參與者會將資金存入一個共享的多重簽名地址。該地址需要雙方都為任何交易進行簽署。然後，雙方會共同維護一份私有的帳務表（balance sheet），用來記錄每個人目前各持有多少。
假設 Alice 和 Bob 都各自向同一個共享地址存入 10 BTC。起初兩人各有 10 BTC。若 Alice 想支付 Bob 1 BTC，便會更新餘額表：Alice 有 9 BTC，Bob 有 11 BTC。這個更新不會觸碰區塊鏈。之後他們可以持續互相交易，並根據需要反覆更新餘額。
當他們完成交易後，會簽署一筆最終交易，將各自的當前餘額寄給每個人。無論中間發生了多少次鏈下更新，只需要兩筆上鏈交易：一筆用於開啟通道、一筆用於關閉通道。中間的所有交易都是免費且幾乎即時完成。
支付路由（Payment routing）
當支付通道彼此連結成網路時，它們的威力會特別凸顯。若 Bob 已與 Carol 開通一個通道，Alice 就能在不與 Carol 直接建立通道的情況下支付 Carol。她會透過 Bob 進行轉送，而 Bob 再把支付內容轉交給 Carol。這種路由可以跨越多個節點（多次跳轉）。
在一個連通良好的網路中，任意兩位參與者之間通常會存在多條路徑。付款會找到具有足夠容量的路徑，並轉發指定金額。這就是 Lightning Network 如何讓比特幣使用者之間，即使彼此從未直接互動過，也能完成支付。
第二層（Layer 2）擴容如何演進？
自從側鏈與支付通道被提出後，第二層生態系已大幅成長。一類稱為「彙總（rollups）」的新增擴容方案，已成為以太坊的主流做法。彙總在鏈下執行交易，並將壓縮後的資料回傳至主鏈，從而繼承以太坊的安全性，而不是依賴一組獨立的驗證者。
除了彙總之外，狀態通道（state channels）也已出現，作為支付通道的一種概括（泛化）。它們允許各種狀態的變更發生在鏈下，且不僅限於代幣轉移。這為超越單純支付的應用開啟了更多可能性。
在比特幣上，Lightning Network 持續作為主要的支付通道解決方案在發展。針對比特幣的第二層網路也逐漸壯大，加入智慧合約能力，並把比特幣流動性橋接到其他生態系。每種做法都涉及不同的信任假設，因此在選擇使用哪個方案時，理解其中的權衡非常重要。
常見問題（FAQ）
什麼是區塊鏈可擴展性？
區塊鏈可擴展性是指區塊鏈網路在需求增加時，能夠處理更多交易的能力。大多數區塊鏈都會面臨「每秒最多能處理多少筆交易」的限制，這可能在需求高時導致擁塞與更高的費用。
什麼是區塊鏈三難困境（trilemma）？
區塊鏈三難困境是指：區塊鏈無法在同一時間完全達成可擴展性、安全性與去中心化。要提升其中一項性質，往往就需要犧牲另一項性質。
側鏈和支付通道之間有什麼差異？
側鏈是一條與主鏈並行的獨立區塊鏈。它有自己的驗證者與共識規則。支付通道則是雙方之間的一種鏈下協議，它透過智慧合約來追蹤餘額，而不需要一條獨立的區塊鏈。
Lightning Network 安全嗎？
Lightning Network 使用加密合約來降低作弊風險。試圖廣播較舊的通道狀態的參與者，可能會受到對方的懲罰。不過，使用者應該讓節點保持線上，或使用 watchtower 服務來監控通道。和任何技術一樣，在使用之前了解相關風險是值得的。
什麼是彙總（rollups）？它們與側鏈有何不同？
彙總在主鏈之外執行交易，但會把壓縮後的交易資料回寫到主鏈，並繼承底層的安全性。相較之下，側鏈則是在自己的獨立安全模型下運作。這意味著側鏈可以更快、更靈活，但它們依賴的是自身驗證者，而不是主鏈的安全性保證。
最後的思考
側鏈與支付通道是解決區塊鏈可擴展性問題的最早期方案之一。兩者都旨在把交易從主鏈移到外部，以減少擁塞與費用，同時仍保留透過底層進行結算（settlement）的可用性。
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