區塊鏈 Layer 1 與 Layer 2：基礎知識要點
加密貨幣和區塊鏈的普及率呈指數級增長，顯著增加用戶和交易數量。這給區塊鏈網絡運營帶來了基礎設施瓶頸。爲了實現主流應用，業界需要尋找解決方案來解決其可擴展性問題，以迎合不斷增長的用戶、交易和數據需求。
業內採用的兩個主要解決方案包括 Layer 1 和 Layer 2：
第 1 層：底層區塊鏈架構
第 1 層擴展解決方案：對第 1 層進行了基本修改
第 2 層：第 1 層網絡之上的第三方集成
第 2 層擴容解決方案：無需對其代碼或架構進行任何根本性更改，即可提高 Layer 1 平台的速度
在本文中，我們將探討區塊鏈 Trilemma、Layer 1 和 Layer 2，以及如何幫助區塊鏈實現可擴展性。
區塊鏈 Trilemma
區塊鏈三聯詞是指區塊鏈同時實現以下三個特徵的難題：
去中心化：整個網絡的計算能力/共識分配
安全：防範惡意行爲者和網絡攻擊
可擴展性：區塊鏈支持高交易吞吐量的能力
有人認爲，任何系統都只能實現三個特徵中的兩個，迫使它放棄一個。
區塊鏈 Trilemma 示例
通常情況下，區塊鏈與區塊鏈三聯體相抗衡。下面我們來看幾個突出的例子。
以太坊
以太坊是去中心化且高度安全的，擁有約 561，000 名驗證者。幾乎不可能攻擊以太坊的區塊鏈，因爲攻擊者需要超過 51% 的驗證者才能破壞網絡。然而，這在可擴展性方面得到了權衡，這就是爲什麼以太坊的網絡費用在高活躍時期會發生爆炸。
幣安智能鏈（BNB 鏈）
與以太坊相比，BNB Chain 最多僅允許 21 名驗證者。因此，BNB Chain 顯然並未去中心化。然而，這使其能夠實現高度的安全性和可擴展性。
區塊鏈可擴展性爲何如此重要？
「可擴展性」一詞的定義因專家而異。然而，區塊鏈可擴展性的核心是指系統能夠爲每個用戶提供豐富的體驗，無論用戶在任何特定時間的總數量如何。
吞吐量是指系統每秒處理的交易次數。儘管 Visa 等公司/支付渠道透過 VisaNet 電子支付網絡處理近 20，000 TPS，但比特幣主鏈只能實現 3 至 7 TPS。
容量差異可能令人震驚，但背後有一個簡單的解釋。比特幣採用去中心化系統，而 VisaNet 在中心化系統上運行。前者利用更多的處理能力和時間來保護用戶的隱私。每筆數據交易都必須經過多個步驟，包括接受、挖礦、分配和節點網絡驗證。
隨着加密貨幣有望成爲商業世界的勢在必行的力量，區塊鏈開發者正在努力擴大區塊鏈處理的範圍。透過創建區塊鏈層並優化 Layer 2 擴展，他們希望加快處理速度並增加 TPS 數量。
區塊鏈的可擴展性問題
以太坊爲例。在區塊鏈技術中，共識機制是一種容錯系統，允許在分佈式節點中對單個網絡狀態達成協議。這些協議確保所有節點在交易上達成一致並同步。這使得以太坊鏈難以覆蓋或攻擊。
由於以太坊的穩定性和安全性，ICO熱潮開始了，導致個人在區塊鏈上創建加密貨幣和去中心化應用程序（DApp）。因此，用戶湧入，以太坊的交易數量有所增加。隨着系統堵塞，以太坊網絡上交易處理方的交易費或礦工費也隨之增加。
當區塊鏈網絡堵塞時，待處理交易最終會進入內存池，需要更多時間進行處理。爲解決這一問題，礦工開始優先考慮礦價較高的交易，以便進行確認。這進一步提高了交易所需的最低成本。
價格上漲的週期將達到礦工費飆升的地步，讓每個人的情況變得更糟。第 2 層擴展旨在爲這一問題提供解決方案，降低交易成本。
什麼是 Layer 1？
第 1 層是構建其他區塊鏈和 DApp 的主要區塊鏈網絡。他們能夠支持在區塊鏈上進行的交易和運營。爲了提高可擴展性，Layer 1 必須直接更改區塊鏈的代碼或架構。例如，提高區塊確認速度或提高區塊的含數據容量。
以太坊、幣安智能鏈和 Solana 是最著名的 Layer 1。
下面我們來瞭解一下第 1 層擴展解決方案。
第 1 層擴展解決方案
共識機制
不同的區塊鏈採用不同的共識機制。
比特幣等區塊鏈利用工作證明 （PoW）。儘管 PoW 系統安全性很高，但速度可能很慢。這是因爲它需要強大的計算能力來解決加密算法問題。以太坊始於 PoW 共識機制，當大量用戶加入以太坊網絡時，導致網絡嚴重擁堵。
此後，以太坊透過合併轉而使用質押證明 （PoS） 共識機制，現在透過網絡共識處理和驗證新區塊。這一轉變使以太坊能夠將其速度從每秒 10-20 次交易 （TPS） 更改爲超過 20，000 TPS。在保持去中心化和安全性的同時，我們實現了這一目標。
鏈叉
區塊鏈開發團隊通常會推出第 1 層擴展解決方案。劃轉鏈是指升級或調整區塊鏈。分叉有兩種類型：軟分叉和硬分叉。
軟叉是與現有區塊鏈兼容的架構變化。另一方面，硬分叉是區塊鏈架構的改變，與現有架構截然不同。
軟分叉就是比特幣網絡的 SegWit 軟分叉，將網絡性能從每區塊約 1，600 筆提升至 3，000 筆。
而對區塊鏈進行更大的修改，例如將比特幣的區塊大小增加到8MB，則需要一個硬分叉。這將創建兩個版本的比特幣，一個更新版本和一箇舊網絡。
分片
分片是將大型交易集劃分爲稱爲「分片」的較小數據集的擴展技術之一。該網絡並行處理這些網絡分片，支持對多個交易進行順序處理，而不是對每筆交易進行順序處理。這是一種更快、更有效的機制。
此外，每個網絡節點都分配給某個分片，而不是保留區塊鏈的全部副本。單個分片利用跨分片通信協議交換地址、餘額和一般狀態，同時爲主鏈提供證明。
集成分片的區塊鏈示例包括 Ziliqa 和 Tezos。
但需要注意的是，分片是實驗性的，沒有 Layer 1 成功實施。
什麼是 Layer 2？
第 2 層透過運行區塊鏈協議來提高區塊鏈協議的可擴展性和效率。它將使用外部並行網絡實現遠離 Layer 1 的交易。
爲了完成交易結果，Layer 2s 從主鏈中提取交易組合，代其處理，然後將交易組合回 Layer 1。Layer 1 區塊鏈的擁擠程度更低，透過將大部分數據處理抽象爲輔助架構，最終實現更可擴展。
第 2 層的主要示例包括 Polygon、Optimism、Arbitrum、zkSync 和比特幣閃電網絡。
第 2 層擴展解決方案
下面介紹了 Layer 2 擴展解決方案。
嵌套區塊鏈
嵌套是 Layer 2 擴展解決方案之一，區塊鏈協議可存儲內部或頂部的其他區塊鏈。嵌套區塊鏈架構通常涉及主區塊鏈，該主區塊鏈爲更廣泛的網絡設置規則和參數，而執行是在輔鏈的互聯網絡上進行的。
嵌套鏈由父鏈和子鏈組成。父鏈將委託給子鏈執行交易。交易將由子鏈執行，子鏈隨後會將結果告知父鏈。交易完成後，父鏈將爲 Layer 1 提供結果。
除非需要解決爭議，否則底層基礎區塊鏈不參與嵌套鏈的網絡操作。因爲每個人都在攜手合作，所以這是最棒的擴展方法之一，而且速度更快。這一範式中的分工減少了主鏈上的處理負載，極大地提高了可擴展性。
OMG 等離子項目就是一個例子，它充當以太坊的第 2 層區塊鏈，確保交易更便宜、更快捷。
狀態頻道
區塊鏈與鏈外交易渠道之間的雙向通信可透過狀態渠道促進。狀態通道本質上是一種與網絡相鄰的資源，它使用多西格碼或智能合約機制執行活動，而無需由第 1 層的節點進行驗證。
無需將交易數據提交至 Layer 1，即可執行交易。交易完成後，通道的最終狀態將發送至第 1 層進行驗證。該機制可提高交易速度，提高網絡的整體吞吐量。 州頻道擁有無與倫比的速度和隱私。無需透過礦工等第三方進行路由，國家渠道是現有最佳擴容解決方案之一。
以太坊 Raiden Network 和比特幣 Lightning Network 都是國家頻道的示例。這兩種通道均使用哈希時鎖合約 （HTLC） 執行的狀態通道。雖然閃電網絡允許用戶在短時間內完成大量微交易，但Raiden還將允許用戶透過其渠道運行智能合約。
像閃電網絡這樣的國家頻道也完全安全，因爲只有參與者知道交易。另一方面，以太坊 Layer 1 區塊鏈將所有交易記錄在可公開審計的分類賬中。
側鏈
大型批量交易通常使用側鏈，側鏈是獨特的區塊鏈網絡，具有自己的驗證器（和共識機制），與 Layer 1 共存，以提高其速度和可擴展性。
採用側鏈設計，Layer 1 的主要職責是維護整體安全性、驗證批量交易記錄並解決衝突。側鏈完成主鏈交易處理後，資產將被鎖定。此外，大多數側鏈都有聯合會或其他獨立的第三方，他們會仔細檢查主網與側鏈之間的活動是否存在任何違規行爲。智能合約或一羣人類可以組成聯合會。
側鏈和狀態通道主要存在兩大區別：
在側鏈上進行的交易並非參與者之間的私人交易，而是在賬本上公開交易。
主鏈和其他側鏈不受側鏈安全漏洞影響。
累計
在區塊鏈環境中越來越受歡迎的一種擴展方法是卷積。在彙總中，來自 Layer 1 的交易組被捆綁起來，在鏈下處理，然後加載回主鏈。
因此，第 1 層無需獨立處理所有事務。Rollup 使以太坊等 Layer 1 網絡更具可擴展性。彙總的功能也有所不同。其他人則採用樂觀的態度，而有些人則採用零知識程序。
卷積有兩種類型：
彙總有助於提高交易吞吐量、公開參與並降低用戶的礦工費。
第 1 層和第 2 層的侷限性
區塊鏈分層具有諸多優勢。例如，Layer 1 解決方案的主要優勢在於，開發人員無需在現有架構中添加任何內容，因爲基層會發生變化。
同時，Layer 2 擴展解決方案不會篡改基層協議。此外，這些解決方案支持多種微交易，無需用戶支付高額手續費，也無需浪費時間進行礦工認證。
然而，這兩個區塊鏈層都有需要考慮的侷限性。
新增現有協議
區塊鏈層的主要問題是將其添加到現有協議中。比特幣和以太坊都有數十億美元的市值限制。用戶每天交易數百萬美元。因此，透過不必要的編碼和實驗使這一過程複雜化是沒有意義的，因爲這需要大量資金。
第 1 層和第 2 層的未來是什麼？
可擴展性是目前區塊鏈行業無法大規模採用加密貨幣的原因之一。隨着加密貨幣需求的增加，區塊鏈協議的擴展壓力也會增加。由於兩個區塊鏈層都有一定的侷限性，因此未來的解決方案將是構建一個能夠解決可擴展性問題的協議。
結語
關於上述瓶頸，有兩種選擇：1） 緩解結垢問題，或 2） 尋找可行的替代方案。區塊鏈開發者正在選擇前者，轉向以太坊的 Layer 2 擴展。
在發佈時，區塊鏈系統仍在開發中。未來最迫切的問題是區塊鏈層和 Layer2 擴展是暫時的還是永久的。