区块链Layer 1与Layer 2扩展解决方案

什么是区块链Layer 1和Layer 2？

Layer 1指的是区块链架构的基础层。这是区块链网络的主要结构。比特币、以太坊和BNB链就属于Layer 1区块链。Layer 2是指建立在其他区块链之上的网络。因此，如果比特币属于Layer 1，那么，在比特币之上运行的Lightning Network就是Layer 2的一个范例。

区块链网络可扩展性改进可分为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解决方案则利用一个外部的平行网络，来促进主链以外的交易。

为什么区块链可扩展性如此重要？

想象一下，一座大城市和它快速发展的郊区之间新建的一条高速公路。随着通过高速公路的交通量增加，拥堵变得非常常见，尤其在高峰时段，从A地到B地的平均时间会显著增加。考虑到道路基础设施的容量有限，而需求却在不断增长，出现这种现象也不足为奇。

现在，有关当局能做些什么，来帮助更多上班族更快地通过这条线路出行呢？其中一种解决方案是改善高速公路本身，在道路两侧增加额外的车道。但这并非总是可行，因为这个解决方案的成本不菲，会给那些通行于这条高速公路的人造成相当大的麻烦。另一种选择则是发挥创意，考虑各种与改变核心基础设施无关的方法，比如修建额外的服务道路，甚至沿着高速公路开通一条轻轨交通线。

在区块链技术的世界中，主要高速公路便是Layer 1（主要网络），而额外的服务道路则是Layer 2解决方案（提高整体容量的次要网络）。

比特币、以太坊和Polkadot均被认为是Layer 1区块链。它们是底层区块链，为各自的生态系统处理和记录交易，并拥有原生加密货币——通常用于支付费用和提供更广泛的效用。Polygon是以太坊Layer 2扩展解决方案的一个示例。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元素。它是衡量速度和效率的标准，表示在某个特定的时间范围内可以处理和记录多少交易。随着用户数量的增加以及同时进行的交易数量的增加，使用Layer 1区块链可能会速度缓慢且成本高昂。对于使用工作证明机制而非权益证明的Layer 1区块链而言，更是如此。

Layer 1当前问题

比特币和以太坊都是存在可扩展性问题的Layer 1网络。二者都通过分布式共识模型来保证网络的安全。这意味着所有交易在验证之前，都要经过多个节点的验证。所谓的挖矿节点都争相解决一个复杂的计算难题，而成功的矿工将获得这个网络的原生加密货币作为奖励。

换句话说，所有交易在得到确认之前，都需要几个节点的独立验证。这种有效方法可将正确且经过验证的数据记录到区块链，同时降低了不良行为者攻击的风险。然而，一旦您的网络像以太坊或比特币那样流行，吞吐量需求就会成为一个日益严峻的问题。在网络拥堵的时候，用户将面临更慢的确认时间以及更高的交易手续费。

Layer 1扩展解决方案如何运作？

对于Layer 1区块链，有几个选项可以提高吞吐量和整体网络容量。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。

Layer 1网络上的可扩展性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。

更大的变化，如将比特币的区块大小增加至8MB，则需要硬分叉。这将创建两个版本的区块链，一个进行了更新，一个没有更新。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到多个更小的部分，可以同时而不是按顺序处理数据。

Layer 2扩展解决方案如何运作？

正如上文中所讨论的，Layer 2解决方案依赖于平行或独立于主链运行的次要网络。

汇总

零知识汇总（最常见的一种）将链下Layer 2交易捆绑起来，作为一个交易提交到主链。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。

侧链

侧链是独立的区块链网络，有自己的一组验证者。这意味着，主链上的桥接智能合约并不会验证侧链网络的有效性。因此，您需要相信侧链的操作是正确的，因为它能够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环境。各方将底层区块链的一部分封存起来，并将其连接到链下交易通道。这通常通过事先约定的智能合约或多重签名来完成。随后，各方在链下执行一笔交易或一批交易，而不立即向底层分布式账本（即主链）提交交易数据。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。这种机制提高了交易的处理速度，并增加了网络的总体容量。诸如比特币闪电网络和以太坊的Raiden之类的解决方案，都是基于状态通道运作的。

嵌套区块链

这种解决方案依赖于一组位于主要“父”区块链之上的二级链。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，它的作用仅限于在必要时解决争议。日常工作被委托给“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。OmiseGO的Plasma项目就是Layer 2嵌套区块链解决方案的一个实例。

Layer 1和Layer 2扩展解决方案的局限性

Layer 1和Layer 2解决方案都有独特的优势和劣势。围绕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来接受变化。

验证者可能不想这样做，比如从工作量证明转变为权益证明时。转向更高效的系统将导致矿工失去收入，从而让他们失去提高可扩展性的动力。

Layer 2提供了一种更快速的方法来提高可扩展性。然而，根据所使用的方法，原始区块链的安全性很可能大打折扣。用户之所以信任以太坊和比特币之类的网络，是因为它们的复原力和安全记录。如果摒弃Layer 1的某些方面，您往往不得不依靠Layer 2团队和网络来提高效率和安全。

Layer 1和Layer 2之后是什么？

一个关键问题在于，随着Layer 1的可扩展性增强，我们是否还需要Layer 2解决方案。现有区块链有所改进，且具有良好可扩展性的新网络已经创建。但想要提高主要系统的可扩展性需要很长时间，无法得到保证。最可能的选择是使Layer 1专注于安全性，并允许Layer 2网络根据特定用例定制服务。

在不久的将来，像以太坊这样的大型链很有可能仍占据主导地位，因为它们拥有大量用户和开发者社区。但其庞大、去中心化的验证者组和可靠的信誉为Layer 2解决方案目标奠定了坚实基础。