區(qū)塊鏈的多層結構都有那些？L1 與 L2 有什么區(qū)別？新手完整指南
區(qū)塊鏈層：完整指南區(qū)塊鏈被稱為革命性的，但其潛力的本質在于其多層架構。這些層決定了信息在分布式網絡中的傳遞、驗證、記錄和訪問方式。從硬件基礎層到面向應用的頂層，所有層都具有獨特的功能，以促進區(qū)塊鏈的基本特性：透明性、安全性、去中心化和不可篡改。
在本教程中，我們將探討區(qū)塊鏈的多層結構，并將其從第 0 層分解到第 3 層。我們還將探討區(qū)塊鏈技術的功能層（硬件、數據、網絡、共識和應用程序），以及第 1 層和第 2 層協(xié)議之間的主要區(qū)別。讀完本文后，您應該能夠很好地理解區(qū)塊鏈各層如何交互、擴展以及如何支持實際應用。
區(qū)塊鏈的多層結構都有那些？L1 與 L2 有什么區(qū)別？新手完整指南
區(qū)塊鏈架構
區(qū)塊鏈徹底改變了數據存儲、傳輸和保護的方式，如今已成為 21 世紀最具革命性的創(chuàng)新之一。其應用領域在金融、供應鏈和 Web3 業(yè)務領域擁有巨大的擴展空間，因此對區(qū)塊鏈各層及其運作方式的理解也正在成倍增長。下文將以通俗易懂、系統(tǒng)化的方式講解區(qū)塊鏈的加密層，以便開發(fā)者和投資者更好地理解其背后的運作機制。
區(qū)塊鏈其實就是一個分布式、永久的賬本，用于維護網絡上的交易數據。比如，比特幣就基于 Layer 1 區(qū)塊鏈，它擁有自己的共識、數據和網絡。比特幣的每筆交易都會被記錄在這個賬本上，因此它是一個開放安全的系統(tǒng)，任何人都可以審計。
與傳統(tǒng)的中心化系統(tǒng)不同，區(qū)塊鏈架構不存在單點故障。由于系統(tǒng)在驗證者（或節(jié)點）鏈上復制，因此極難被黑客入侵或偽造。區(qū)塊鏈層確保透明度，減少第三方使用，并降低運營成本。
現在讓我們詳細討論區(qū)塊鏈架構的各個層，看看它們各自如何有助于構建一個安全和分散的數字系統(tǒng)。
區(qū)塊鏈的 5 個功能層
區(qū)塊鏈有五個功能層：硬件層、數據層、網絡層、共識層和應用層。這些區(qū)塊鏈技術層相互協(xié)作，無縫銜接，促進去中心化網絡的運行——從后端基礎設施到終端用戶的應用程序。
1.硬件層
硬件基礎設施層是整個區(qū)塊鏈平臺的基礎。它涵蓋所有用于承載區(qū)塊鏈節(jié)點的物理設備——計算機、服務器和網絡設備。它們構成一個點對點（P2P）節(jié)點網絡，提供去中心化的數據交換和驗證。網絡中的每個節(jié)點在運行智能合約、驗證交易以及服務區(qū)塊鏈方面都發(fā)揮著重要作用。
2.數據層
數據層負責格式化、存儲和加密綁定交易數據。每筆交易都記錄在一個區(qū)塊中，其中包含加密貨幣金額、接收方公鑰以及發(fā)送方簽名（即加密綁定）等關鍵信息。區(qū)塊按順序堆疊，構成了區(qū)塊鏈本身。
每條鏈的創(chuàng)世區(qū)塊都被用作錨點。它永遠不會在正向被引用，而所有其他區(qū)塊都會在正向和反向被引用，從而對鏈進行加密哈希運算。
3.網絡層
網絡層支持區(qū)塊鏈上的節(jié)點間通信。它使每個節(jié)點能夠獲取網絡中正在驗證的交易和區(qū)塊的最新信息。這對于去中心化共識和區(qū)塊傳播至關重要。
也就是說，區(qū)塊鏈的網絡層就像一個消息傳遞協(xié)議——連接用戶和驗證者，發(fā)送交易，并實現節(jié)點發(fā)現。如果沒有這樣的層，區(qū)塊鏈就不能用作分布式賬本。
4.共識層
區(qū)塊鏈中的共識層是去中心化決策的基石。它保證網絡上所有節(jié)點在特定時間點對區(qū)塊鏈的狀態(tài)達成一致。不同的區(qū)塊鏈采用不同的共識機制，例如工作量證明 (PoW) 或權益證明 (PoS)，以驗證交易并添加新區(qū)塊。
讓我們考慮一個例子：兩個驗證者正在驗證兩筆相互沖突的交易，共識算法保證其中一筆交易會被添加到區(qū)塊鏈。在 PoW 中，礦工們相互競爭解決復雜的難題，獲勝者將獲得添加區(qū)塊的權利。在 PoS 中，驗證者是根據網絡中的權益來選擇的。
5.應用層
應用層是用戶和開發(fā)者訪問區(qū)塊鏈網絡的入口。應用層運行著各種去中心化應用程序 (dApp)，例如錢包、DeFi 協(xié)議、NFT 市場、DAO 等。雖然前端可能看起來和感覺上與傳統(tǒng)應用程序相似，但后端卻以去中心化基礎設施的形式呈現。
智能合約——嵌入區(qū)塊鏈的程序代碼——在此層執(zhí)行，執(zhí)行邏輯并最大限度地減少中間人。第 3 層區(qū)塊鏈協(xié)議也是其中的一部分，這使得基于第 2 層擴容解決方案或第 1 層區(qū)塊鏈的用戶友好型應用程序成為可能。
深入研究分層區(qū)塊鏈協(xié)議
最后，讓我們將功能層疊加在區(qū)塊鏈協(xié)議的層上，更正確地稱為第 0 層、第 1 層、第 2 層和第 3 層。
- 第 0 層——這是基礎層，包含物理基礎設施、互聯(lián)網協(xié)議以及連接一系列區(qū)塊鏈的底層架構。例如 Cosmos 和Polkadot，它們在生態(tài)系統(tǒng)之間具有互操作性。
- 第 1 層 - 這是區(qū)塊鏈的基礎層，負責監(jiān)督數據管理、共識和網絡交互。比特幣、以太坊、Solana和Cardano是第 1 層區(qū)塊鏈，dApp 和智能合約可以在其中原生運行。
- 第 2 層——第 2 層區(qū)塊鏈構建在第 1 層之上，在不犧牲安全性的情況下提供可擴展性。例如 Optimism、Arbitrum和閃電網絡。這些加密貨幣層正在緩解擁堵和交易費用。
- 第三層——也稱為應用層，承載 dApp、接口和開發(fā)者工具。第三層繼承了底層的安全性，提供更豐富的用戶體驗。
這種多層級的區(qū)塊鏈結構使應用程序高效、安全且可擴展，并提供了跨鏈交互和額外定制化的機會。理解區(qū)塊鏈層級對于在復雜的 Web3 環(huán)境中運行至關重要。
交易、創(chuàng)建 dApp 或接收加密支付都依賴于每個區(qū)塊鏈層確保系統(tǒng)的完整性和性能。
區(qū)塊鏈架構層提供模塊化和靈活性。
- 第 1 層提供信任和去中心化。
- 第 2 層提供可擴展性。
- 第 3 層將區(qū)塊鏈帶給用戶。
隨著采用率的增長以及 ZK-rollups、跨鏈橋和主 權鏈等技術的成熟，上述加密層將成為全球數字基礎設施的基礎。
區(qū)塊鏈技術的層次
第 0 層：基礎設施和互操作性
Layer 0 是區(qū)塊鏈構建的最低層級基礎，所有后續(xù)層級都建立在其之上。Layer 0 由物理設備（節(jié)點、服務器、硬件）、網絡連接和互操作性協(xié)議組成，使兩個或多個 Layer 1 鏈能夠相互通信。
主要工作：
- 開發(fā)連接和通信協(xié)議
- 促進主 權鏈之間的互操作性
- 提供用于啟動新 Layer 1 的開發(fā)框架
示例：Cosmos、Polkadot、Avalanche 的 Subnet 架構。
第 0 層主要負責通過促進跨鏈數據共享、智能合約之間的交互和流動性轉移來解決區(qū)塊鏈網絡中的碎片化問題。
第 1 層：基礎區(qū)塊鏈協(xié)議
Layer 1 是基礎區(qū)塊鏈網絡。它指定主鏈共識算法、區(qū)塊結構和賬本規(guī)則。所有基本交易都在這里進行驗證和結算。
主要特點：
- 執(zhí)行共識（PoW、PoS 等）
- 處理交易最終性
- 支持原生代幣和智能合約
例子：
- 比特幣：點對點價值轉移第一層
- 以太坊：智能合約第 1 層
- Cardano、Solana、Tezos：用于提高速度、降低費用和減少能源消耗的擴展器
問題：第 1 層受到可擴展性的限制，因此在高需求環(huán)境中交易處理時間較慢且費用增加。
第 2 層：擴展解決方案
Layer 2 解決方案堆疊在 Layer 1 之上，在不損害去中心化的情況下提高可擴展性和效率。這些解決方案包括：
- Rollups：將鏈下交易與發(fā)布到 Layer 1 的證明進行捆綁（例如 Optimism、Arbitrum）
- 狀態(tài)通道：秘密支付通道（例如比特幣閃電網絡）
- 側鏈：與第 1 層交互的獨立鏈（例如以太坊的 Polygon）
好處：
- 更高的交易容量
- 降低 gas/交易費用
- 更好的用戶體驗
第 2 層是大規(guī)模采用所缺少的環(huán)節(jié)，特別是對于低延遲和高容量的 dApp（例如游戲、DeFi）。
第 3 層：應用和執(zhí)行
第 3 層是應用層，dApp 和智能合約就駐留在此層。用戶界面位于此處，并支持針對原生移動應用程序或標準 Web 應用程序的區(qū)塊鏈功能。
構建塊：
- 用戶界面
- 去中心化協(xié)議（DeFi、NFT、DAO 等）
- 智能合約邏輯
創(chuàng)新和實驗就在這里發(fā)生。從 Uniswap 到 OpenSea，區(qū)塊鏈中的許多活動都發(fā)生在第三層，處于較低層級的安全性之上。
L1 與 L2 區(qū)塊鏈：有什么區(qū)別？
| 特征 | 第 1 層區(qū)塊鏈 | 第 2 層區(qū)塊鏈 |
|---|---|---|
| 角色 | 基礎協(xié)議層 | L1 之上的擴展解決方案 |
| 例子 | 比特幣、以太坊、Solana | 閃電網絡、Arbitrum |
| 可擴展性 | 有限的 | 高的 |
| 費用 | 更高 | 降低 |
| 安全 | 本國的 | 繼承自 L1 |
| 定制 | 低的 | 高的 |
實際用途
研究區(qū)塊鏈層并不是一個理論概念——實際用途是應用它們來解決實際問題：
第 0 層示例 - Polkadot
Polkadot 為不同區(qū)塊鏈（平行鏈）之間的互聯(lián)互通提供了底層框架。它促進了原本孤立的網絡之間的通信和互聯(lián)互通——一個真正的 Layer 0 協(xié)議。
第 1 層示例 - 以太坊
以太坊是 Layer 1 區(qū)塊鏈，具備線內共識、數據存儲和智能合約功能。它是 DeFi 和 NFT 的天堂，但其可擴展性限制引發(fā)了人們對 Layer 2 解決方案的興趣。
第 2 層示例 - 任意與樂觀
這些 Layer 2 解決方案通過將交易路由到鏈下并在主網上提交，從而減少了以太坊的擁堵和 Gas 成本。它們在不影響安全性的情況下顯著提高了吞吐量。
Layer 3 示例 - Uniswap 和 OpenSea
像 Uniswap（去中心化交易所）和 OpenSea（NFT 市場）這樣的平臺，都是建立在第 2 層和第 1 層解決方案之上的。這些平臺可以被視為第 3 層實現，為區(qū)塊鏈上的用戶提供接口和業(yè)務邏輯。
每一層都有特定的用途——了解解決方案所在的位置有助于確定其實用性、可擴展性和風險狀況。
分層區(qū)塊鏈架構的未來
隨著區(qū)塊鏈的日益普及，分層架構將不斷發(fā)展，以滿足可擴展性、互操作性和監(jiān)管方面的需求。塑造未來的一些關鍵趨勢包括：
模塊化區(qū)塊鏈：
開發(fā)人員不再試圖用單一的區(qū)塊鏈包攬所有事情，而是轉向模塊化架構，其中每個層級（執(zhí)行、共識、數據可用性）都可以獨立優(yōu)化。Celestia 和基于 Cosmos SDK 的區(qū)塊鏈就是一些例子。
零知識證明（ZKP）：
Layer 2 和 Layer 3 正在越來越多地引入高級加密技術，以在不影響可擴展性的前提下提供隱私保護。例如，ZK-rollups 可以確保更快、更安全的交易。
鏈之間的互操作性：
0 層協(xié)議和橋接技術將在簡化 1 層和 2 層網絡之間的通信方面發(fā)揮關鍵作用。這將減少碎片化并釋放前所未有的效用。
主 權應用鏈
團隊不是在共享基礎設施上執(zhí)行 dApp，而是開發(fā)自己的第 1 層或第 2 層鏈，這些鏈針對特定用例（游戲、社交媒體、供應鏈等）進行了優(yōu)化。
人工智能和物聯(lián)網集成：
硬件和網絡層將越來越多地與人工智能代理和物聯(lián)網設備集成，因此區(qū)塊鏈將嵌入到分散的技術堆棧中。
最終，分層設計使區(qū)塊鏈技術具有適應性并面向未來。隨著更多用例的出現——從CBDC到Web3社交平臺——我們很可能會看到整個區(qū)塊鏈堆棧的進一步專業(yè)化。
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