区块链扩容：Layer 1 与 Layer 2 的博弈

加密货币和区块链的普及速度呈指数级增长，用户数量和交易量也随之激增。虽然区块链技术具有革命性意义，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——一直是一个挑战。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不可能三角，它指出，一个去中心化系统几乎不可能同时实现同样高的去中心化、安全性和可扩展性水平。实际上，区块链网络只能同时具备三者中的两项。

幸运的是，数以千计的爱好者和专家正在努力寻找扩容解决方案。其中一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：究竟有何不同？

随着大量区块链和加密货币的出现，你可能无法分辨自己使用的是 Layer 1 还是 Layer 2 链。隐藏区块链复杂性有其优势，但了解你正在投资或使用的系统仍然至关重要。本文将帮助你理解 Layer 1 和 Layer 2 区块链以及各种扩容解决方案的区别。

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。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 2 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 解决方案将直接更改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远离主链的交易。

区块链可扩展性为何重要？

想象一下，在主要城市及其快速发展的郊区之间正在建设一条新的高速公路。随着通过高速公路的交通量增加，拥堵变得普遍——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。这不足为奇，因为道路基础设施的容量有限，而需求却不断增长。

那么，当局可以采取哪些措施来帮助更多通勤者更快地通过这条路线出行呢？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，会给那些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。

在区块链技术领域，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、以太坊和波卡都被认为是 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 是以太坊 Layer 2 扩容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。

Layer 1 当前面临的问题

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

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。这是一种高效的方式，可以将正确、经过验证的数据记录到区块链中，同时降低恶意行为者攻击的风险。然而，一旦网络像以太坊或比特币一样流行，吞吐量需求就会成为一个不断增长的难题。在网络拥堵时期，用户将面临更慢的确认时间和更高的交易费用。

Layer 1 扩容解决方案如何运作？

Layer 1 区块链有多种选择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来说，过渡到权益证明可能是提高每秒交易数 (TPS) 并降低处理费用的一个选择。尽管如此，加密货币社区对权益证明的益处和长期影响仍存在不同的看法。

Layer 1 网络上的扩容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，则需要硬分叉。这会创建两个版本的区块链，一个带有更新，一个没有更新。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成多个较小的部分，这些部分可以同时处理数据，而不是顺序处理。

Layer 2 扩容解决方案如何运作？

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

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上。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优势。

侧链

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

状态通道是交易双方之间的双向通信环境。双方隔离一部分底层区块链，并将其连接到链下交易通道。这通常是通过预先商定的智能合约或多重签名来完成的。然后，各方在链下执行交易或一批交易，而无需立即将交易数据提交到底层分布式账本（即主链）。一旦集合中的所有交易都完成，通道的最终“状态”就会广播到区块链上进行验证。此机制可以提高交易速度并增加网络的整体容量。像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

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将处理后的交易返回主链。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 扩容解决方案的局限性

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。但是，这也意味着必须说服验证者通过硬分叉来接受更改。

一个可能的例子是验证者可能不想从工作量证明切换到权益证明。矿工将因这种向更高效系统的切换而损失收入，从而使他们不愿提高可扩展性。

Layer 2 提供了一种更快的方法来提高可扩展性。但是，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 中移除，你通常必须依赖 Layer 2 团队和网络来实现效率和安全性。

Layer 1 和 Layer 2 之后会发生什么？

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，新的网络也已经具备良好的可扩展性。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。最有可能的选择是 Layer 1 侧重于安全性，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很可能会继续占据主导地位，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

自加密货币诞生以来，对改进可扩展性的追求已经形成了两条途径：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过 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容方法。