自中本聪将比特币带到世界关注以来，区块链技术迅速发展。此后，为了满足 DeFi 和 DEX 等去中心化产品的所有需求，区块链，尤其是 Layer 1 区块链，必须尽可能地适应和扩展。可扩展性的提升也意味着对链的完整性和安全性的风险，这意味着开发者必须在保持网络安全的同时实现区块链的可扩展性。注意，区块链最初的设计重点仅在于去中心化和安全性，这导致了其自我施加的可扩展性限制，如较小的区块大小和较低的出块率。

什么是区块链 Layer 1？

Layer 1 协议是对区块链现有基础层的简单补充。一些著名的例子包括以太坊和比特币，Layer 1 协议一直在试验其协议，主要通过增加每个区块的数据存储容量（区块大小）以及提高出块率来适应和扩展，以提升吞吐量/交易速度。限制吞吐量最终会导致网络拥堵。为了缓解拥堵，网络需要单个节点配备更高的硬件和软件要求。此时，只有有限的人能够负担运行节点的成本。当网络拥堵导致运行节点的成本上升，加上对有限区块空间的高需求时，节点会优先处理支付最高费用的交易，而不是按接收顺序处理交易，从而不可避免地推高用户的平均交易费用。

更现代的 Layer 1 区块链网络（尤其是 2021 年以来上线的那些）现在正在努力使其协议既可扩展、快速，又能降低用户的交易费用。像 Shardeum 这样的区块链正在使用分片（sharding）等机制来显著提升可扩展性，并在使用量增长时保持低费用。分片特别涉及将 Layer 1 链拆分为更小的链（称为分片），每个分片能够独立处理交易和智能合约。这些分片可以并行运行，立即增加区块链网络的吞吐量。重要的是，许多最新的区块链不仅致力于提升可扩展性和降低成本，还保持高安全性和去中心化——这是区块链网络为人所知的两个属性。

什么是区块链 Layer 2？

更高的可扩展性和速度为更广泛的采用铺平了道路，尽管 Layer 1 平台仍需要一些时间来解决区块链三难困境（即同时保持高安全性、去中心化和可扩展性）。但自从以太坊在 2016 年通过引入智能合约将比特币的创新带入全新领域，并使区块链技术能够被金融、艺术、治理等多个行业使用以来，对 Layer 2 可扩展解决方案的需求一夜之间爆发。公共区块链此前仅履行去中心化支付处理器和点对点价值转移的职责，突然看到用户交易量迅速增长，而它们根本没有为此做好准备。

Layer 1 扩展解决方案如何工作？

Layer 1 上两种普遍接受的解决方案（尽管并非没有权衡）是改进共识协议和分片。

1. 共识协议改进

调整共识协议（包括交易的排序和处理方式）可以提高可扩展性。例如，权益证明（Proof of Stake）可能被视为不如工作量证明（Proof of Work）安全。但同时，人们普遍认为权益证明对于公共区块链来说足够安全，同时更环保，这一观点在以太坊最近的合并中得到体现——网络从 PoW 共识转向 PoS 机制。然而，这里至关重要的是社区对项目的接受度，尤其是在调整现有共识机制或迁移到新机制这一非常复杂和严肃的任务上。

2. 分片（Sharding）

另一个最近获得大量关注的解决方案是分片。分片使网络能够被分割成更小的部分，从而实现更并行的交易处理。这反过来有助于在高需求期间扩展网络，同时保持低 Gas 费用和快速最终性。

像 Shardeum 这样的网络使用 Proof of Quorum 共识算法以及权益证明，以确保最高级别的可扩展性，而无需牺牲安全性和去中心化。

3. 修改区块大小和出块率

虽然这种方法在优先考虑安全性和去中心化的公共区块链中不太常见，但在私有链中调整区块大小和出块率的做法却很流行。在比特币和以太坊等网络中，区块大小被故意保持较小，出块率比私有区块链更长。这种设计策略有助于维护网络安全并降低中心化风险。虽然较大的区块大小可以通过每个区块容纳更多交易来增加网络吞吐量，但这通常是以牺牲去中心化为代价的。

私有区块链通常设计用于满足特定组织需求，优先考虑效率和可扩展性而非去中心化。通过调整区块大小和出块率，这些网络可以优化更高的交易吞吐量和更快的确认时间，以满足需要快速可靠交易处理的企业和零售流程。这种灵活性允许私有链根据企业和零售环境的独特需求进行定制，其中速度和容量等性能指标至关重要。目前运营的大多数稳定币项目都是私有区块链的例子。

Layer 2 扩展解决方案如何工作？

如前所述，Layer 2 解决方案在当前层之上使用另一层区块链，以确保减轻主网的负载。像 Polygon 这样的区块链网络允许网络的智能合约在以太坊网络中验证，最终结果会随着时间推送到主网，以确保相同级别的安全性和去中心化，同时增加可扩展性。

1. 卷叠（Rollups）

卷叠基本上将 Layer 2 区块链上的多笔交易捆绑在一起，并提交给主网。有效性证明用于确保交易的完整性，更不用说资产继续存在于主网上了。

2. 侧链（Sidechains）

这些是拥有自己验证者的独立区块链。尽管主网不参与验证交易，但由于链包含自己的验证者，这仍然是最安全的 Layer 2 链之一。

3. 状态通道（State Channels）

状态通道通常是双方之间的双向通信环境。然后双方封闭区块链的一部分，并将其连接到新的链下交易通道。通常通过商定的智能合约完成，双方在链下执行交易，只有交易的最终状态提交到主链。这种方法的流行例子包括比特币的闪电网络（Lightning Network）和以太坊的 Raiden，它们基于状态通道运行。

4. 嵌套区块链（Nested Blockchains）

嵌套区块链是存在于主链之上的多个次级区块链。规则和法规完全依赖于父链。然而，主链不参与交易的执行，常规交易被委托给嵌套区块链。

区块链层的重要性

区块链层的重要性源于一个简单的事实：区块链技术需要跟上世界的发展，同时以大规模扩展其效用和采用。区块链的多层结构支撑了其变革潜力。共同...

什么是区块链可扩展性问题？

考虑一下——Visa 网络处理交易的速度超过每秒 24,000 笔交易。相比之下，比特币和以太坊等区块链最多只能处理 15 TPS。即使是最近的区块链，实际平均处理速度也仅为 400 TPS（最大值）。如前所述，这是因为公共区块链必须优先考虑安全性和去中心化（注意，比特币是在 2008 年金融危机之后创新的，当时历史重演，传统中心化实体滥用权力和人民资源导致市场广泛低迷）。

注意，区块链网络（或任何网络）的吞吐量直接影响其可扩展性。如果处理交易的速度或吞吐量低，就意味着区块链每秒能处理的交易较少（TPS）。这一限制在用户活动激增时尤为明显，导致拥堵、交易延迟和更高的费用。因此，为了实现更广泛的采用并处理大规模应用，提高速度和吞吐量对于改善区块链可扩展性至关重要。

Layer 1 和 Layer 2 区块链之后是什么？

了解这两层的局限性将区块链技术引向未来的改进。事实上，在基础层之上还有更多的链上和链下层。技术的完善是一个逐步的过程。然而，专家们普遍认为，在根源层面解决区块链三难困境将是理想的选择。构建在 Layer 1 之上的应用和解决方案与其底层架构和原则紧密相连。这意味着它们的核心特性、功能和优势往往直接源于 Layer 1 区块链的能力。它们进一步作为基石，建立标准化协议，使不同应用甚至其他链能够无缝通信和共享数据。

虽然 Layer 1 链主要是无许可的，允许任何人无需外部同意即可创建定制的解决方案和应用，但必须认识到我们社会框架中并存的多样化场景。区块链本质上倡导包容性。国防机构或私营公司等实体经常处理敏感的交易和运营。此类组织可以受益于 Layer 1 的能力，利用零知识证明等高级工具来保持机密性。

尽管当前的 Layer 1 存在改进空间，但许多私营实体已通过独特的私有和联盟 Layer 1 链利用区块链，这些链优先考虑适应性而非绝对的去中心化。当它们修改这项技术以适应特定需求时，一个高度可扩展、成本效益高的公共 Layer 1 链的出现将进一步赋能这些实体无缝创新和完善其产品。你可以想象一个 Layer 3 或 Layer 4 的演进，它将致力于改善互操作性、更容易的应用开发框架，以及与现有系统相比的突破性链下存储系统。

常见问题解答（FAQs）

1. Layer 1 和 Layer 2 区块链有什么区别？

Layer 1 区块链是作为区块链网络基础的主要区块链。它们处理区块链的核心功能，例如交易处理、共识和智能合约执行。Layer 1 区块链的例子包括比特币、以太坊和 Shardeum。另一方面，Layer 2 区块链构建在 Layer 1 区块链之上，并提供附加功能和特性。Layer 2 解决方案旨在适度缓解 Layer 1 区块链在交易吞吐量、交易费用和处理时间方面的局限性。它们可以包括状态通道、卷叠和侧链等技术。此类网络的例子包括 Polygon、Arbitrum 和闪电网络。

2. 什么是 Layer 1 区块链的例子？

Layer 1 区块链的一个例子是以太坊，这是一个广泛用于去中心化应用（dapps）和智能合约的区块链平台。以太坊是 Layer 1 区块链，因为它作为处理交易、执行智能合约并维护自身共识机制的主要区块链运行。以太坊拥有自己的原生加密货币以太币（ETH），用于为平台上的交易和智能合约提供燃料。

3. 什么是 Layer 2 区块链的例子？

Layer 2 区块链的一个例子是闪电网络，这是一个构建在比特币区块链之上的 Layer 2 解决方案。闪电网络旨在通过在用户之间创建链下支付通道来实现更快、更便宜的比特币交易。交易可以相对快速地进行，费用低于链上比特币交易。闪电网络作为 Layer 2 解决方案运行，因为它依赖比特币区块链作为安全性和最终结算的基础层，同时在闪电网络的支付通道内处理大多数链下交易。

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