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什么是区块链层级?

加密货币和区块链技术的广泛应用无疑导致了用户和交易数量的快速增长。但开发者们一直面临着一个难题:这些去中心化网络是否能相应地扩容以适应这种增长。公链网络由于优先考虑去中心化和安全性,所以往往难以实现高吞吐量和可扩容性。这个问题通常被称为区块链三难困境:一个去中心化系统要同时实现高度去中心化、安全性和可扩容性几乎是不可能的。根据这个理论,区块链目前最多只能实现其中两点,无法同时实现三点。因此,区块链网络通常得权衡决定优先考虑这三点中的哪一点。

尽管面临着这样的挑战,还是有越来越多的爱好者和专家在致力于开发扩容解决方案。其中一些解决方案侧重于修改主链(Layer 1)的体系结构,而其他解决方案则侧重于构建在底层网络之上的 Layer 2 协议。这些扩展解决方案旨在通过利用分片、侧链和链下处理等技术来提高区块链的性能。因此,这些努力还是有希望使区块链实现必要的可扩容性和吞吐量,从而发展成为一种更实用的技术,为大规模普及和日常使用打开大门。

当前的区块链技术有很多可用选项,这些选项往往会让用户不明白 Layer 1 和 Layer 2 链之间的区别。虽然为用户简化区块链的复杂性有很多好处,但先了解清楚你使用或投资的系统还是非常重要的。在本文中,我们将探讨 Layer 1 和 Layer 2 区块链之间的差异,以及正在开发的几种可扩容性解决方案,来解决这些系统固有的局限性。

  什么是区块链 Layer 1 和 Layer 2?

Layer 1 指的是支持网络核心功能的区块链架构的基础层,通常以它去中心化的特性以及专注于维护高水平的安全性而闻名。然而,Layer 1 可能因为这种设计而很难随着网络交易的增加而得到有效扩容,继而减慢交易吞吐量并增加费用。

相比之下,Layer 2 解决方案旨在在现有的 Layer 1 区块链之上运作,提供附加功能,同时缓解一些扩容性的问题。这些协议可以通过减少主链上处理的数据量而得以实现,从而提高网络的整体吞吐量。Layer 2 解决方案可以采取多种形式,例如侧链、状态通道或链下计算。

  为什么区块链扩容很重要?

通过参考以下类比,你可以更好地理解区块链扩容的概念以及它在维护整体可用性方面发挥的重要作用:

  在交通基础设施领域,由于容量有限和需求增加,主要城市和不断发展的郊区之间的新高速公路可能面临拥堵问题。缓解交通拥堵的一个解决方案是改善公路基础设施本身,比如增加额外车道。然而,这种解决方案不会总是实用,而且实施成本和时间也会很高。另一种方法是修建额外的服务道路或运行轻轨交通线路,可以在不改变核心基础设施的情况下提供额外的容量。

  同样,在区块链技术领域,像比特币、以太坊和 Polkadot 等 Layer 1 区块链作为基础层区块链,为各自的生态系统处理和记录交易。而像 Polygon 这样的 Layer 2 扩容解决方案则提供了二级网络来增强区块链的整体容量。这些解决方案定期向主区块链提交检查点以更新自身状态。

  区块链的吞吐量是衡量在给定时间段处理和记录交易的速度和效率的关键因素。随着用户和同时交易数量的增加,Layer 1 区块链可能面临处理缓慢和成本高的问题,特别是对于那些采用工作量证明机制而不是权益证明机制的区块链 。因此,Layer 2 解决方案可以作为一种实用的替代方案来提高区块链的可扩容性,而无需对核心基础设施进行昂贵的更改。

Layer 1 当前存在的问题

比特币和以太坊是使用分布式共识模型来保障网络安全的 Layer 1 网络的典型例子。这种模型要求多个节点独立验证每笔交易,才能进行验证,确保链上记录数据的完整性和准确性。具体来说,这是通过使用挖掘节点来实现的,这些节点参与解决复杂计算难题的竞争过程。然后,成功的矿工将获得网络原生加密货币的奖励。  

虽然这种分布式共识模型提供了记录验证数据的安全高效手段,但它也为比特币和以太坊等热门网络带来了扩容问题。随着网络流量的不断增加,交易吞吐量的需求成为了一个重大挑战。因此,在网络拥堵期间,用户可能会经历较慢的确认时间和更高的交易费用。

如何提高 Layer 1 的扩容解决方案?

Layer 1 区块链面临着网络拥堵和交易吞吐量不断增加的挑战。有几种办法可以提高整体网络容量。如果区块链使用工作量证明,转向权益证明可能是一种选择,这样可以增加每秒交易量(TPS),同时降低处理手续费。尽管如此,加密社区对权益证明的好处和长期影响存在不同的看法。

在 Layer 1 上的扩容解决方案通常由项目开发团队开发和实施。通常由项目的开发团队引入。根据解决方案的不同,社区将需要对网络进行硬分叉或软分叉。一些小的变化是向后兼容的,例如比特币的 SegWit 更新,只需要软分叉。更大的变化,如将比特币的区块大小增加至 8 MB,则需要硬分叉。这将创建两个版本的区块链,一个是更新版,一个是未更新版。

  提高网络吞吐量的另一个选择是分片。它会将一个区块链的操作拆分为多个更小的部分,可同时而不是按顺序处理数据。这能提高整体网络容量,还能实现更高的 TPS。不过分片也可能会带来安全风险,因为每个分片都会变得容易受到攻击。因此,实施强有力的安全措施,并仔细考虑这种方法的潜在风险和好处是至关重要的。

Layer 2 的几种扩容解决方案

Layer 2 扩容方案旨在解决 Layer 1 区块链的扩容问题。Layer 2 解决方案通过利用在主链并行或独立运行的二级网络来工作。最常见的Layer 2 扩容方案是汇总、侧链、状态通道和嵌套区块链。

  汇总

汇总将链下 Layer 2 交易捆绑,作为一个交易提交到主链。零汇总使用有效性证明来检查交易的完整性。资产通过桥接智能合约保存在原始链上,智能合约确认汇总功能按预期运行。这样既保证了原始网络的安全性,又减少了汇总的资源消耗。  

较为突出的汇总方案包括 zkSync 和 StarkNet。前者是一种流行的零汇总方案,支持 Ethereum 和其他 EVM 兼容链,这种设计可扩容、安全和用户友好,支持高吞吐量、快速、低成本的交易。 

StarkNet 是由 StarkWare 开发的新汇总技术,使用 STARK 证明而非零汇总证明。这样可以实现更高效、更经济的汇总,从而支持更广泛的用例,包括复杂的计算和隐私保护应用程序。

侧链

侧链是独立的区块链网络,有自己的验证者集。这意味着,主链上的桥接智能合约不会验证侧链网络的有效性。因此你要相信侧链的操作是正确的,因为它可以控制原始链上的资产。

 状态通道

状态通道是交易各方之间的双向通信通道链下进行交互的方法。这种方法有助于消除通常与依赖第三方(如矿工)有关的等待时间,各方通常通过事先约定的智能合约或多重签名,将底层区块链的一部分封存起来,并连接到链下交易通道。各方可以直接交互,无需向矿工提交任何内容,从而建立一个无信任系统。一旦该集合中的所有交易完成,通道的最终“状态”将被广播到区块链上进行验证。

最流行的两种状态通道解决方案是比特币闪电网络和以太坊的 Raiden 网络。两者都利用哈希时间锁合同(HTLCs)执行状态通道。闪电网络允许参与者在短时间内进行大量的微交易,而 Raiden 网络使参与者能够通过他们的通道运行智能合约。通过使用状态通道,参与者的交易时间更短,费用更低,扩容性也更高,这使得它成为个人和企业进行频繁或大量交易的有吸引力的选择。

 嵌套区块链

嵌套区块链依赖于一组位于主要“父”区块链之上的二级链。这些链根据父链设定的规则和参数运作,主链只在必要时解决争议。日常工作委托给“子”链,这些子链在主链下完成处理,并将已处理的交易返回主链。

权衡 Layer 1 和 Layer 2 扩容解决方案的可行性

Layer 1 和 Layer 2 的扩容解决方案都有自身的优势和挑战。虽然 Layer 1 解决方案可以有效地改进协议可扩容性,但这也需要硬分叉才能实现。要说服验证者采用这些变化也会很困难,尤其是那些可能会影响收入流的变化,工作量证明到权益证明的转变也是如此。  

另一方面, Layer 2 解决方案提供了一种提高可扩容性更快的方法。但是,采用这种方法可能会危及原始区块链的安全性。以太坊和比特币因其安全可靠的跟踪记录而获得信任,而将网络的某些方面转移到 Layer 2 则依赖于 Layer 2 团队和网络的效率和安全性。  

在决定区块链网络扩容最佳方法时,考虑 Layer 1 和 Layer 2 解决方案所存在的潜在限制和风险很重要。决策应该考虑网络及用户的特性和需求。在实现可扩容性的同时,平衡区块链网络的安全性和去中心化也非常重要。

结束语

区块链技术的可扩容性一直是一个长期的挑战,促使人们采取双管齐下的方法,包括 Layer 1 的改进和 Layer 2 的解决方案。随着现有的区块链和新网络在可扩展性方面取得长足进步,还是不确定是否需要 Layer 2 解决方案。虽然主要系统可能需要一段时间来提高其可扩容性,但对 Layer 1 安全性的关注为针对特定用例定制 Layer 2 解决方案奠定了基础。像以太坊这样已经建立了用户和开发人员社区的大型链很可能在不久的将来占据主导地位,但去中心化的验证器集和信任声誉也会使它们成为针对特定 Layer 2 解决方案的基础。  

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