為什麼 Bitcoin 需要 Layer-2 解決方案

Bitcoin Layer-1 的限制

Bitcoin 網路以去中心化的全球共識機制來處理交易。每約 10 分鐘，礦工會將所有待處理交易打包成一個區塊，並將其新增至區塊鏈。這個固定出塊間隔，以及 1 至 4 MB 的區塊大小上限，令 Bitcoin 吞吐量最多每秒僅約 7 筆交易，遠遠無法滿足全球金融基礎設施的需求規模。

這些限制是設計者縝密規劃的結果。Bitcoin 明確以去中心化與安全性優先於速度與彈性。其腳本語言刻意不具圖靈完備性，最大程度減少系統漏洞，確保行為可預期與易於審核。這也限制了網路的可編程性，使其無法原生支援更複雜邏輯或更高吞吐量的應用。

因此，Bitcoin Layer 1 在高峰時期常出現較嚴重的延遲與壅塞。當待處理交易數超過區塊容量時，用戶必須透過支付更高手續費來爭取較快的交易確認。這種狀況多次發生，例如 2017 年多頭市場、2023 年 Ordinals 熱潮，以及 2025 年初受 ETF 熱潮帶動的高需求，手續費曾達數百 sat/vByte（聰/虛擬位元組）。對於匯款、微支付或日常消費等小額交易而言，在這種手續費環境下，Bitcoin 常常失去實用性。

雖然手續費市場是激勵礦工並維持長期安全性的必要機制，但其同時也成為大規模普及的阻礙。Bitcoin Layer 1 依然高度安全、去中心化，但可擴展性與可編程性受到結構上的侷限。因此，Layer 2 解決方案應運而生，希望帶來更快速、更低成本、更具彈性的交易模式。

區塊鏈架構中的 Layer-2 設計模式

Layer-2 解決方案（Layer-2 Solutions）是在 Bitcoin 等基礎層之上運行的協議，目標是將交易從主鏈卸載，同時保留 Bitcoin 結算的安全性。這些系統透過批次處理、壓縮等方式簡化交易資料，僅在必要時與主鏈互動。

區塊鏈 Layer-2 架構主要有幾種設計模式：一種是支付通道（payment channels），讓用戶間建立雙向通道，可多次交易，只在通道關閉時回寫主鏈。另一種是側鏈（sidechains），於主鏈平行運行、具獨立共識機制的鏈，資產轉移透過 peg-in、peg-out 完成。

另一類是 rollups（聚合卷積），將大量交易聚合於鏈下，僅將壓縮後的證明或資料包提交至主鏈。根據交易驗證方式，分為 optimistic 及 zero-knowledge 兩種。雖然該設計起源於 Ethereum，但現今新技術逐漸將其帶入 Bitcoin 生態。

還有一種模式為聯邦制（federation-based）系統，由一組可信實體共同管理資產託管與交易處理，例如 Chaumian eCash 或聯合 UTXO 架構。這些模型讓用戶享有匿名性或低摩擦託管，但需仰賴簽署方或監護人團體。

近期 Bitcoin 研究引進了 BitVM，透過巧妙運用挑戰-回應邏輯，使任意運算得以在 Bitcoin 上驗證。雖仍屬實驗階段，BitVM 有望為 Bitcoin Layer-2 空間帶來通用運算能力。

這些設計模式各自突破不同限制，有的提升可擴展性，有的強化隱私或賦予可編程性。共同點是它們堅持以 Bitcoin 為最終結算層，並將大部分邏輯移至鏈外執行。

安全性、去中心化與可擴展性的權衡

所有 Layer-2 解決方案均需在安全性、去中心化與可擴展性三大核心特性間取捨，此概念即「可擴展性三難問題」（scalability trilemma）：通常若優化其二，必然削弱第三者。

Bitcoin 基礎層高度保障安全與去中心化，因此必須犧牲吞吐量。Layer-2 則致力於在影響安全或去中心化最小的情況下提升可擴展性，但各項之間的權衡仍然不可避免。

例如 Lightning Network 這類支付通道（payment channels）承襲 Bitcoin 安全架構，但在去中心化與路由效率上受限。通道需要鏈上資產鎖定，支付僅限於節點網路內互聯。路由流動性常見不均，行動用戶可能遭遇連線穩定疑慮，且需仰賴 watchtower 或主動監控，以防爭議時遭詐騙。

如 Fedimint 這類聯邦系統則強調隱私與易用性，卻降低去中心化程度。監護人可能審核或誤管資金；雖協議針對多方託管、社群選舉設計防弊，使用者仍必須信賴聯邦大多數成員。

至於側鏈（sidechains，如 Liquid、Rootstock），這些鏈提供可編程性與可擴展性，但其安全性依賴另組驗證節點，並未沿用 Bitcoin 工作量證明。轉入側鏈的資產多數以聯邦或智慧合約鎖定，其安全性取決於側鏈本身的共識。

rollups 在資料完整性與擴展性上有優勢，尤其隨著零知識證明（zero-knowledge proofs）技術進步。但礙於 Bitcoin 缺乏原生支援，rollups 開發面臨更多限制。像 Citrea、Botanix 等專案正嘗試藉由 Taproot 等 soft fork 實現 rollups，受限於指令靈活度，技術門檻較高。

BitVM 則兼具廣闊潛力與新型信任激勵機制，目前處於研究階段。它可在無需修改 Bitcoin 共識規則下執行任意邏輯，但須擁有複雜的爭議解決流程與相對較高延遲。

各類設計都需在三大屬性中謹慎抉擇。有些重視速度與成本效率，有些則優先抗審查或可編程性。使用者與開發者須根據應用場景，評估最適合自身需求的權衡方式。

Bitcoin Layer-2 的類型

近年來，Bitcoin Layer-2 生態顯著成熟，從早期支付通道（payment channels）已發展為多元擴展技術集合，各類解決方案對應不同用戶需求與場景。

Lightning Network 是目前 Bitcoin Layer-2 中覆蓋最廣的方案。它透過雙向通道網路，提供即時、低成本的支付體驗。通道一旦建立，用戶即可跨多個節點進行路由轉帳，特別適用於高頻、小額交易，例如小費、微型購買、國際匯款。Lightning 屬於非託管、最小信任設計，但流動性模式對初學者或企業而言較為複雜。

如 Fedimint 和 Ark 這類聯邦系統則專注隱私與簡化用戶體驗。Fedimint 採用 Chaumian eCash 架構，用戶將 BTC 存入多位監護人組成的信任群，取得匿名代幣。這些代幣可用於隱私支付，最終可兌換回鏈上 BTC 或 Lightning 網路。Ark 則是新穎設計，由一個主節點聚合多位用戶交易並廣播，創造可匿名的單輪支付。兩種模式都提升隱私性，但需依賴一定託管信任或協調機制。

側鏈（sidechains）則建立於與主鏈不同規則與執行環境的平行鏈上，擴展 Bitcoin 功能。Blockstream 的 Liquid 為聯邦制側鏈，專為交易所間資產快速、隱密轉移而設計；Rootstock 為 Bitcoin 導入類似 Ethereum 的虛擬機，支援智慧合約與去中心化應用。此類系統適合複雜金融應用，但用戶需信賴 peg 機制及驗證節點組的誠信。

rollups 在 Bitcoin 生態剛剛起步。Citrea 正開發基於零知識證明（zero-knowledge proof）的 rollup，以 Bitcoin 為結算層，合約於鏈下運算。Botanix 則打造 EVM 相容性 rollup，將交易資料錨定於 Bitcoin 區塊。這些專案目標在於將 Ethereum 的擴展優勢引入 Bitcoin，但由於 Bitcoin 的腳本語言較為保守，因此仍面臨獨特的技術挑戰。

BitVM 代表 Layer-2 發展全新方向。此方案於 2023 年提出，允許經互動式 fraud-proof 機制在 Bitcoin 上驗證通用運算。藉由挑戰-回應機制實現圖靈完備邏輯，BitVM 可望支援如跨鏈橋、預言機、rollups 等複雜應用，且不需硬分岔。目前尚未大規模部署。