Layer1 vs Layer2: 区块链扩容方案对比

区块链技术日新月异，用户和交易数量呈指数级增长。虽然区块链的革命性显而易见，但可扩展性——系统在满足不断增长的需求的同时保持增长的能力——始终是一个挑战。高度去中心化和安全的公共区块链网络往往难以实现高吞吐量。

这通常被称为区块链三难困境：去中心化、安全性和可扩展性这三个要素很难在同一个系统中同时达到很高的水平。现实情况是，区块链网络通常只能兼顾其中两个。

幸运的是，数千名爱好者和专家正在努力寻找扩展解决方案。有些解决方案旨在调整主区块链（Layer 1）的架构，而另一些则针对在底层网络之上运行的Layer 2协议。

Layer 1 与 Layer 2 区块链

面对众多区块链和加密货币，你可能难以区分Layer 1和Layer 2链。隐藏区块链的复杂性固然有好处，但了解你正在投资或使用的系统仍然至关重要。本文将阐明Layer 1和Layer 2区块链以及各种可扩展性解决方案之间的区别。

Layer 1指的是区块链架构的基础层，是区块链网络的主要结构。比特币、以太坊和BNB链都是Layer 1区块链的例子。Layer 2指的是构建在其他区块链之上的网络。例如，如果比特币是Layer 1，那么在其之上运行的闪电网络就是一个Layer 1的例子。

区块链网络的可扩展性改进可以分为Layer 1和Layer 2解决方案。Layer 1解决方案将直接改变原始区块链的规则和机制；Layer 2解决方案将使用外部的并行网络来促进主链之外的交易。

为什么区块链的可扩展性如此重要？

想象一下，一条连接主要城市及其快速发展的郊区的新高速公路正在建设中。随着通过高速公路的交通量增加，拥堵变得越来越普遍——尤其是在高峰时段——从A点到B点的平均时间可能会显著增加。毕竟，道路基础设施的容量是有限的，而需求却不断增长。

那么，有关部门该如何帮助更多通勤者更快地通过这条路线呢？一个解决方案是改进高速公路本身，在道路的两侧增加额外的车道。然而，这并不总是切实可行的，因为它是一个昂贵的解决方案，会给已经使用高速公路的人带来相当大的麻烦。另一种方法是发挥创意，考虑各种与核心基础设施无关的方法，例如建设额外的服务道路，甚至沿着高速公路开通轻轨线路。

在区块链技术的世界里，主要高速公路将是Layer 1（主网络），而额外的服务道路将是Layer 2解决方案（用于提高整体容量的辅助网络）。

比特币、以太坊和Polkadot都被认为是Layer 1区块链。它们是处理和记录各自生态系统交易的基础层区块链，具有原生加密货币——通常用于支付费用并提供更广泛的效用。Polygon是Layer 2以太坊扩展解决方案的一个例子。Polygon网络定期向以太坊主网提交检查点以更新其状态。

吞吐能力是区块链的一个重要组成部分。它衡量的是速度和效率，显示在特定时间段内可以处理和记录多少笔交易。随着用户数量的增加和同时交易数量的增加，Layer 1区块链可能会变得缓慢且使用成本高昂。对于使用工作量证明机制而不是权益证明机制的Layer 1区块链来说，尤其如此。

当前Layer 1的问题

比特币和以太坊是具有可扩展性问题的Layer 1网络的良好例子。两者都通过分布式共识模型来保护网络安全。这意味着所有交易都必须由多个节点验证，然后才能被确认。所谓的矿工节点都在竞争解决一个复杂的计算难题，成功的矿工将获得网络原生加密货币的奖励。

换句话说，所有交易都需要多个节点的独立验证才能得到确认。这是一种有效的方式，可以将正确、已验证的数据记录到区块链中，同时降低不良行为者攻击的风险。然而，一旦网络像以太坊或比特币一样普及，吞吐量需求就会成为一个日益增长的难题。在网络拥塞期间，用户将面临更慢的确认时间和更高的交易费用。

Layer 1扩展解决方案如何工作？

Layer 1区块链有几种可用的选项可以提高吞吐量和整体网络容量。对于使用工作量证明的区块链，转换为权益证明可能是提高每秒交易量（TPS）并降低处理费用的一个选项。尽管如此，加密社区对权益证明的益处和长期影响仍存在不同看法。

Layer 1网络上的扩展解决方案通常由项目的开发团队引入。根据解决方案的不同，社区可能需要对网络进行硬分叉或软分叉。一些小的更改是向后兼容的，例如比特币的SegWit更新。

较大的更改，例如将比特币的区块大小增加到8MB，需要硬分叉。这会创建两个版本的区块链，一个带有更新，一个没有。另一种提高网络吞吐量的方法是分片。这将区块链的操作拆分为多个较小的部分，这些部分可以同时而不是顺序地处理数据。

Layer 2扩展解决方案如何工作？

如前所述，Layer 2解决方案依赖于与主链并行或独立工作的辅助网络。

• 汇总（Rollups）：零知识汇总（最常见的一种）捆绑链下Layer 2交易，并将它们作为一笔交易提交到主链。这些系统使用有效性证明来检查交易的完整性。资产保存在原始链上，并使用桥接智能合约，智能合约确认汇总按预期运行。这提供了原始网络的安全性以及资源消耗较少的汇总的好处。

• 侧链（Sidechains）：侧链是具有自己验证器集的独立区块链网络。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，你需要相信侧链运行正确，因为它能够控制原始链上的资产。

• 状态通道（State Channels）：状态通道是在交易双方之间的双向通信环境。双方隔离底层区块链的一部分，并将其连接到链下交易通道。这通常通过预先商定的智能合约或多重签名来完成。然后，各方在链下执行交易或一批交易，而不会立即将交易数据提交到底层的分布式账本（即主链）。一旦集合中的所有交易都完成，通道的最终“状态”就会广播到区块链进行验证。这种机制可以提高交易速度，并增加网络的整体容量。比特币闪电网络和以太坊的Raiden等解决方案都是基于状态通道运行的。

• 嵌套区块链（Nested Blockchains）：此解决方案依赖于一组位于主“父”区块链之上的辅助链。嵌套区块链根据父链设置的规则和参数运行。主链不参与执行交易，其作用仅限于在必要时进行争议解决。日常工作由“子”链负责，子链在链下完成处理后的交易后将其返回主链。OmiseGO的Plasma项目就是一个Layer 2嵌套区块链解决方案的实例。

Layer 1和Layer 2扩展解决方案的局限性

Layer 1和Layer 2解决方案都具有独特的优势和劣势。使用Layer 1可以为大规模协议改进提供最有效的解决方案。然而，这也意味着必须说服验证者通过硬分叉接受更改。

一个可能的例子是，验证者可能不想从工作量证明转向权益证明。矿工将通过这种转向更高效的系统的转变而损失收入，从而阻止他们提高可扩展性。

Layer 2提供了一种更快的方法来提高可扩展性。然而，根据使用的方法的不同，你可能会失去原始区块链的大部分安全性。用户信任以太坊和比特币等网络的弹性和安全记录。通过将某些方面从Layer 1转移出去，你通常必须依赖Layer 2团队和网络来保证效率和安全。

Layer 1和Layer 2之后的下一步？

一个关键问题是，随着Layer 1变得更具可扩展性，我们是否还需要Layer 2解决方案。现有的区块链正在改进，并且正在创建具有良好可扩展性的新网络。然而，主要系统需要很长时间才能提高其可扩展性，而且这并非有保证的。最可能的方案是Layer 1专注于安全性，并允许Layer 2网络将其服务定制到特定用例。

在不久的将来，像以太坊这样的大型链仍然很可能占据主导地位，因为它们拥有庞大的用户和开发者社区。然而，其庞大、去中心化的验证器集合和值得信赖的声誉为有针对性的Layer 2解决方案创造了坚实的基础。

结语

自从加密货币诞生以来，对改进可扩展性的追求已经形成了一种双管齐下的方法，即Layer 1改进和Layer 2解决方案。如果你拥有多元化的加密货币投资组合，那么你很可能已经接触到了Layer 1和Layer 2网络。现在，你已经了解了两者之间的区别以及它们提供的不同扩展方法。