区块链的第 1 层与第 2 层解决方案科普及探讨

如果您是加密货币的投资者，在阅读加密白皮书时，您可能会看到短语“Layer 1”（第一层）或“Layer 2”（第二层）。您可能会混淆这两个短语的含义以及与区块链的关系。实际上，Layer 1 和 Layer 2 是区块链可扩展性的解决方案，本文将解释这两个概念及其扩展解决方案。

什么是第 1 层区块链？

加密中的“Layer-1”是指基本的主要的区块链架构。这是一个区块链网络的主要结构。例如，比特币、以太坊和莱特币链是第 1 层区块链。它们是底层架构。

什么是第 2 层区块链？

第 2 层区块链是指建立在其他底层区块链之上的网络。它由第三方构建并与Layer 1合作，可以增加节点数量，并提升吞吐量。

第 1 层和第 2 层有什么区别？

举个最经典的例子，比特币和闪电网络，比特币是第 1 层网络，而闪电网络（Lightning Network）是第 2 层网络，因为它工作在比特币之上。这是Layer 1和Layer 2的主要区别。但是，我们更关心区块链的可扩展性，所以不得不提Layer 1解决方案和Layer 2 解决方案。它们是提高网络可扩展性的方法。Layer 1 解决方案尝试直接修改原始区块链网络，而Layer 2 解决方案部署另一个并行网络以方便交易，无需与原始网络混淆。

第 1 层的问题是什么？

对于第 1 层区块链，明显的问题是确认时间和高昂的交易费用。以比特币为例，所有的交易都要经过多个节点的验证，节点竞争计算一个复杂的数学难题以获得奖励。这是验证区块链数据并剔除不良行为者的有效方法。但是，如果越来越多的用户涌入网络，吞吐量需求将成为一个严重的问题。确认时间会变慢，gas费会增加。

第 1 层扩展解决方案原理

为了增加吞吐量，有几种第 1 层解决方案。Layer 1 解决方案的基本规则是改进基础协议本身，使整个系统更具可扩展性。常见的第 1 层解决方案是：

• 切换共识协议
• 更改块大小
• 分片

以太坊等项目正在将共识协议从 PoW（Proof of Work）转换为 POS（Proof of Stake）或其他类型的共识协议。与工作量证明相比，权益证明将显着增加每秒交易量 (TPS)。另一种方法是增加块大小，例如将比特币的块大小增加到 8MB。近年来，分片也被越来越多的项目采用。分片将事务集划分为称为“分片”的小数据集，可以由网络并行处理，不同于原始网络按顺序处理每个事务。总之，Layer-1 扩展解决方案通过补充区块链协议的基础层来提高可扩展性，开发人员将需要对网络进行硬分叉或软分叉。

第 2 层扩展解决方案原理

与 Layer 1 解决方案不同，Layer 2 解决方案将 Layer 1 交易压力转移到另一个独立于主链的网络层。第 2 层解决方案包括：

• 状态通道。状态通道是交易方参与者之间的双向通信通道。通过智能合约或多重签名，各方连接到链下通道而不是底层区块链。因此参与者可以直接相互交互，而无需向矿工提交任何内容。一旦整个交易集结束，通道的最终状态就会被添加到区块链中。该解决方案将提高交易速度和网络容量。比特币的比特币闪电网络和以太坊的雷电网络是两种最常见的状态通道解决方案。
• 嵌套区块链。著名的应用是OMG Network的 Plasma 项目。在主链之上有几个多层级的区块链，称为嵌套区块链。这些区块链相互连接，形成父子链连接。父链将工作委托给其子链。然后子链执行这些操作并将结果发送回父链。至于主链，它不参与任何执行交易，仅限于争议解决。在这种情况下，该解决方案将减少工作量并显着增加主链的可扩展性。
• 汇总。Rollups 是第 2 层扩展解决方案之一。有两种主要类型的汇总：乐观汇总和零知识汇总。乐观汇总假设所有数据都是有效的，没有人隐藏虚假交易。它允许人们对铺位交易进行竞争，以防止欺诈交易。乐观汇总不计算交易，因此需要有一种机制来确保交易是合法的而不是欺诈性的。这就是欺诈证明的用武之地。如果有人注意到欺诈交易，汇总将执行欺诈证明并使用可用的状态数据运行交易的计算。参与者因进行欺诈而受到处罚，并因证明欺诈而受到补偿。这些应用程序是 Arbitrum One、Optimism 和 Boba Network。零知识汇总的工作方式不同，他们捆绑了链下第 2 层交易，并将它们作为一个交易提交到主链上。零知识证明允许某人在数学上证明一个陈述是真实的，而无需披露关于该陈述的额外信息。它可以用来检查交易的完整性，保持原有的网络安全。零知识汇总示例是 Loopring、Immutable X 和 ZKSync。
• 侧链。这是一种互操作性解决方案，使两个区块链能够通过轻量级证明来验证有关彼此进度的信息。

第 1 层和第 2 层解决方案的常见问题是什么？

第 1 层和第 2 层解决方案各有利弊。对于 Layer 1 解决方案，无需在主链之上添加任何架构。然而，开发者或社区应该说服验证者接受硬分叉。Layer 2 解决方案更容易实现，但缺点也很明显，在某种程度上，与原始区块链相比，它可能会失去安全性。Vitalik Buterin 提到了可扩展性三难困境。指的是一个区块链项目如何优化平衡去中心化、安全性和可扩展性的架构。一些项目，例如比特币，已经优化了安全性和去中心化，但是它们在可扩展性上妥协了。总之，无论是使用 Layer 1 Solutions 还是 Layer 2 Solutions，都无法完美解决可扩展性的三难困境，

第 1 层和第 2 层之后的解决方案是什么？

第 1 层和第 2 层之后的完美解决方案应该解决可扩展性的三难困境。一些项目正在努力解决这些难题。有很多项目试图基于第 1 层（作为安全层）并为用例（应用层）构建第 2 层。一些人正在构建一个具有新共识协议的新区块链，该协议更具可扩展性，并且还解决了去中心化和安全问题。尽管如此，要保持足够快的交易速度并确保安全性和去中心化并不是一件容易的事，因此前路漫漫。更值得一提的是，重新建立一个庞大的用户群和开发者社区也是一项艰巨的任务。

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