理解區塊鏈架構：Layer、1 和 2 的完整指南

區塊鏈技術類似於洋蔥——二者都有獨特的層次，服務於特定的目的。讓我們探索區塊鏈的分層架構，以了解每個組成部分如何在這個革命性的生態系統中運作。

基礎：Layer 1 區塊鏈

Layer 1代表基礎區塊鏈網路——可以獨立使用其自身基礎設施驗證和最終確定交易的基礎。比特幣，以太坊和卡爾達諾是Layer 1區塊鏈項目的典範。

這些網路具有自己的原生代幣 (coins)，用戶必須使用這些代幣在與區塊鏈交互時支付交易費用。

基層的擴展挑戰

第一層網路經常遇到擴展限制。當交易量超過處理能力時，用戶會經歷更高的費用和更慢的確認。

這個挑戰與維塔利克·布特林所稱的區塊鏈三難問題有關——在以下方面之間的困難平衡：

• 去中心化 (分布式網路控制)
• 安全 (對攻擊的抵抗)
• 可擴展性 (交易吞吐量)

所有擴展解決方案必須在這三個關鍵屬性之間權衡取舍。例如，部署強大的超級節點可能會增強網路容量，但會犧牲去中心化——這一基本區塊鏈原則。

層1擴展方法

基礎區塊鏈採用幾種策略來提高它們的可擴展性：

區塊大小擴展

增加區塊容量可以允許每個區塊處理更多交易，但這種方法有其局限性：

• 過大的區塊需要更長的下載時間
• 網路帶寬要求大幅增加
• 節點參與障礙上升，降低去中心化

共識機制優化

一些共識機制的擴展效率比其他機制更高：

• 比特幣使用的工作量證明(提供了強大的安全性，但吞吐量有限
• 以太坊等採用的權益證明 ) 提供了更好的可擴展性和更低的能耗要求

分片實現

分片將區塊鏈數據劃分爲可管理的段，稱爲“碎片”，將驗證工作負載分配到網路中：

• 每個節點僅處理一部分交易
• 處理後的分片被廣播到主鏈進行最終驗證
• 這種並行處理顯著提高了交易吞吐量

超越基礎：第二層解決方案

Layer 協議在 Layer 1 區塊鏈之上運行，專門設計用於解決可擴展性限制。這些解決方案創建二級框架，在基層上結算之前 "離線" 處理交易。

Layer 技術增強：

• 交易速度：減少單個交易的確認時間
• 交易吞吐量：提高網路處理每秒更多交易的能力
• 成本效率：在網路擁堵期間降低交易費用

( 第2層實施策略

多種方法使 Layer 擴展解決方案成爲可能：

支付和狀態通道

通道允許在將最終狀態記錄到基礎層之前進行多次鏈下交易:

• 支付通道 專注於各方之間的價值轉移
• 狀態通道 支持更廣泛的交互，包括智能合約操作

這些解決方案要求參與者必須爲網路所知，並在多籤名合約中鎖定代幣，從而限制了開放參與。

Plasma 框架

由Joseph Poon和Vitalik Buterin開發的Plasma創建了"子鏈"，這些子鏈鏡像父區塊鏈：

• 智能合約管理父鏈與子鏈之間的關係
• 交易發生在子鏈上，以減少主網擁堵
• 數值樹結構組織和驗證交易數據

雖然在特定用例中有效，但 Plasma 在復雜智能合約方面存在局限性，並且需要等待提款的時間。

側鏈解決方案

側鏈作爲獨立的區塊鏈，具有自己的共識機制，同時與主鏈保持兼容：

• 通過兼容的虛擬機連接到Layer 1
• 支持與母鏈兼容的合約和交易
• 根據他們自己的安全參數和區塊要求進行操作

匯總技術

Rollups 將多個鏈下交易批量處理爲單個鏈上交易，生成稱爲 SNARKs 的加密證明 ) 簡潔非交互式知識論證 ###:

ZK 匯總：

• 更快的交易處理和確認
• 資源利用效率更高
• 由於虛擬機限制，層間遷移更加復雜

樂觀匯總:

• 利用虛擬機實現更順暢的第一層到第二層遷移
• 實施防欺詐機制而不是有效性證明
• 實現更簡單的智能合約兼容性

互操作性層：層0協議

Layer 協議促進了不同 Layer 1 區塊鏈之間的跨鏈通信，解決了之前將用戶限制在特定生態系統中的孤立問題。

與第一層網路不同，在同一層零協議上構建的區塊鏈可以實現不同的：

• 共識機制
• 區塊參數和結構
• 網路規則和治理系統

許多 Layer 平台要求用戶在訪問其生態系統時質押本地代幣作爲反垃圾郵件措施。

( 突出的 Layer 示例

Cosmos 是最知名的 Layer 協議，提供開源工具，包括：

• Tendermint：用於構建區塊鏈的共識引擎
• Cosmos SDK：用於創建自定義區塊鏈的開發工具包
• IBC )區塊鏈間通信###: 使跨鏈交互成爲可能的協議

Cosmos旨在構建"區塊鏈的互聯網"，使獨立網路能夠無縫通信。使用Cosmos技術構建的主要項目包括主要交易平台、支付解決方案和區塊鏈基礎設施網路。

應用前沿：第三層

第3層代表應用協議，使基於區塊鏈的服務得以實現，如去中心化應用 (dApps)、遊戲、存儲解決方案及其他用戶界面。

通常被稱爲“應用層”，第3層提供了使區塊鏈在簡單交易之外有用的功能：

• 提供 Layer 1 處理的信息 (例如，智能合約指令)
• 爲基礎區塊鏈基礎設施創造實際應用案例
• 通過直觀的界面爲最終用戶提供直接價值

大多數第一層區塊鏈直接支持在其網路上進行第三層開發，盡管比特幣的基礎協議對此類能力有限。其他區塊鏈如以太坊、索拉納和卡爾達諾則擁有蓬勃發展的第三層生態系統，豐富了它們的網路。

現代的第三層應用程序越來越多地提供跨鏈功能，使用戶能夠在不同的區塊鏈之間與資產進行交互。這要求開發者使用多種編程語言(，如以太坊的Solidity和Cardano的Haskell)，以確保無縫的跨鏈操作。

完整的區塊鏈技術棧

區塊鏈生態系統由相互連接的層組成，每一層都具有不同的功能：

• 第0層：支持第1層協議之間的跨鏈互操作性(例如，Cosmos)
• 第一層：形成基礎區塊鏈網路，驗證和最終確定交易 (例如，比特幣)
• 第二層: 通過鏈下處理爲第一層網路提供擴展解決方案 (例如，閃電網絡)
• 第三層: 向最終用戶提供基於區塊鏈的應用程序和服務 (例如，去中心化交易所)

雖然一些討論提到區塊鏈架構中的"第四層"，但業界共識是從第零層到第三層——遵循從零開始計數的編程慣例。

每一層都針對區塊鏈生態系統中的特定挑戰，協同工作以創建一個全面的技術棧，平衡安全性、可擴展性和去中心化，同時爲全球用戶提供實用的應用程序。