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什么是区块链中的Layer 1?

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摘要

(如比特币、币安链、以太坊),以及这些网络的基础架构。Layer 1区块链无需其他网络参与,即可验证并完成交易。提升Layer 1网络的可扩展性非常困难,比特币就已经印证了这一点。为解决这一问题,开发人员创建了依靠Layer 1网络的安全性和共识运作的Layer 2协议。比特币的闪电网络就是Layer 2协议的一个典型例子。闪电网络允许用户先进行自由交易,随后再将其写入主链。

导语

Layer 1和Layer 2这两个术语可以帮助我们理解不同区块链、项目和开发工具的架构。如果您曾好奇Polygon和以太坊之间、Polkadot和它的平行链之间是何种关系,那么了解不同的区块链层次有助于解开谜团。

什么是Layer 1?

Layer 1网络是底层区块链的别称。币安智能链(BNB)、以太坊(ETH)、比特币(BTC)和Solana都属于Layer-1协议。我们称之为Layer 1,是因为它们是所在生态系统中的主要网络。与之相对的链下解决方案和Layer 2解决方案都是在主链上搭建的。
换言之,Layer 1协议能够在自身的区块链上处理并完成交易,同时自带用于支付交易费用的原生代币

Layer 1扩容

Layer 1网络普遍存在难以扩容的问题。面对日益增长的交易需求,比特币和其他大型区块链都在力图加快交易的处理速度。比特币使用的工作量证明(PoW)共识机制需要大量计算资源。

PoW兼顾了去中心化和安全性,但在交易高峰期,网络运行速度仍会下降,从而导致交易确认时间延长,费用上涨。

多年以来,区块链开发人员一直在研究可拓展性解决方案,但是至今仍未就最优替代方案达成一致。Layer 1扩容的可选方案包括:

1.扩大区块规模,使每个区块能够处理更多交易。
2.更改共识机制。即将上线的以太坊2.0版本就采用了这一方案。

3.实施分片, 分割数据库。

改进Layer 1需要大费一番周折。很多情况下,不是所有网络用户都会同意这样的变更。这么做可能会导致社区分裂,甚至发生硬分叉。2017年比特币分裂出比特币现金就是硬分叉的后果。

隔离见证(SegWit)

比特币的SegWit(隔离见证)是Layer 1扩容解决方案的一个例子。隔离见证通过改变区块数据的组织方式(将数字签名从交易数据中移除)增加了比特币的吞吐量。这么做可以释放区块空间,使每个区块能够处理更多交易,而且不会影响网络的安全。Segwit是通过反相兼容的软分叉实施的。这意味着,还没有通过更新来包含隔离见证(SegWit)的比特币节点仍能处理交易。

什么是Layer 1分片?

分片是一种常见的Layer 1扩展解决方案,可用于增加交易的吞吐量。这是一种数据库分割技术,可以应用于区块链的分布式账本。网络连同上面的节点一起被分割成不同的分片,以此平摊工作量并提升交易速度。每个分片处理整个网络的一部分活动,即每个分片都有自己负责的交易、自己的节点和独立的区块。

分片后,无需在每个节点上保存完整的区块链副本。每个节点会将完成的工作写入主链,实时共享本地数据,包括地址余额和其他关键参数。

Layer 1与Layer 2对比

Layer 1存在一些无法突破的瓶颈。由于受到技术限制,区块链主网很难或几乎不可能实施某些变更。例如,以太坊正在升级过渡到权益证明(PoS)系统,但是整个流程已耗时数年。
由于可扩展性问题,Layer 1本身并不适合某些用例。比特币网络的交易流程耗时过长,现实中不可能在网络上运行任何区块链游戏。但是,游戏的开发人员可能仍然想利用Layer 1的安全性和去中心化属性。那么,最佳办法就是在这一网络上构建Layer 2解决方案。

闪电网络

Layer 2解决方案以Layer 1为构建基础,并依靠Layer 1完成交易。闪电网络就是一个著名的示例。在流量高峰期要花费数小时才能在比特币网络上完成一笔交易。而闪电网络允许用户在主链下使用比特币进行快速支付,稍后再将余额提交至主链。这样可以将所有人的交易汇总成一份最终记录,从而节省时间和资源。

Layer 1区块链示例

我们已经了解了什么是Layer 1,现在让我们来看一些例子。Layer 1区块链种类繁多,五花八门。很多区块链都支持独特的用例。不是所有区块链都和比特币或以太坊相类。为了解决区块链的三角难题,在安全、去中心化和可扩展性之间取得较好的平衡,每个网络都有自己的一套解决方案。

Elrond

Elrond是创建于2018年的一个Layer 1网络。该网络使用分片技术来提升性能和可扩展性。Elrond区块链每秒可处理超过10万笔交易。安全权益证明(SPoS)共识协议和自适应状态分片是其独有的两大特色。

自适应状态分片指的是随网络用户增减分割或合并分片。网络的整体架构,包括其状态和交易,都会被分割。验证者也会被分配到不同的分片中,降低分片被恶意接管的风险。

Elrond的原生代币EGLD用于结算交易费用,部署DApp,以及奖励参与网络验证机制的用户。同时,Elrond网络已经获得了负二氧化碳排放认证,其抵消的二氧化碳量超过PoS机制的排放量。

Harmony

Harmony是使用有效权益证明(EPoS)和分片技术的Layer 1网络。区块链主网共有四个分片,同时创建并验证新的区块。各个分片以自己的速度运行,区块高度各不相同。
目前,Harmony实行“跨链金融”战略来吸引开发人员和用户。连接以太坊和比特币的去信任跨链桥使用户在兑换代币时无需承担桥接中常见的托管风险,在Harmony的战略中扮演着重要的角色。Harmony依靠去中心化自治组织(DAO)和零知识证明来实现扩展Web3的的核心愿景。
多链和跨链似乎是DeFi(去中心化金融)的未来发展方向,这使得Harmony的桥接服务对用户更具吸引力。非同质化代币基础架构、DAO工具和协议间桥接是Harmony重点关注的领域。

其原生代币ONE用于支付网络交易费用。用户也可以质押代币参与Harmony的共识机制与治理。成功参与的验证者将获得区块奖励和交易费用。

Celo

Celo是2017年Go Ethereum分叉产生的一个Layer 1网络。分叉后,网络已经进行了一些重大变更,包括实施PoS以及启用独特的地址系统。Celo Web3生态系统包括去中心化金融、非同质化代币以及支付解决方案。网络已经确认了一亿多笔交易。在Celo上,任何人都可以使用电话号码或邮件地址作为公钥。运行区块链不需要特殊硬件,标准计算机也可以轻松应对。
Celo的主要代币CELO是用于安全保护、交易和奖励的标准效用代币。网络还使用cUSD,cEUR和cREAL作为稳定币。这些代币由用户生成,稳定挂钩的机制与MakerDAO的DAI代币类似。另外,使用Celo稳定币进行的交易可以使用任何其他Celo资产支付。

加密货币市场的波动性和入门难度会使很多人望而却步,而Celo采用地址系统和稳定币的目的就是提升便利性,从而推广加密货币。

THORChain

THORChain是一个跨链免许可的去中心化交易平台(DEX)。该Layer 1网络使用Cosmos SDK构建,通过Tendermint共识机制验证交易。THORChain的主要目标是实现去中心化的跨链流动性,免去资产挂钩或包装的流程,使跨链投资者无需承受两者带来的额外风险

运行过程中,THORChain扮演了保险库管理员的角色,通过监管存取,创造去中心化流动性,去除中心化的中间机构。RUNE是THORChain的原生代币,用于支付交易费用,参与治理,验证交易以及保护网络安全。

THORChain的自动化做市商(AMM)模型使用RUNE作为基础货币,用户可以使用RUNE交换其他任何受支持的资产。在某种程度上,项目的运作与跨链Uniswap有相似之处,RUNE在项目中充当了流动性资金池的结算资产与安全资产。

Kava

Kava这种Layer 1区块链兼具Cosmos的速度和互操作性,同时还拥有以太坊的开发者支持体系。Kava网络使用“共链”架构,其特点是为EVM和Cosmos SDK开发环境提供了不同的链条。借助Cosmos共链上的IBC支持,开发者部署的去中心化应用程序可以在Cosmos和以太坊的生态体系间无缝运行。

Kava使用Tendermint PoS共识机制,为EVM共链上的应用程序性提供强大的可扩展性。Kava网络由KavaDAO提供资金支持,该网络上公开的链上开发人员激励机制会根据项目的使用情况对每条共链上排名前一百的项目进行奖励。

Kava支持两种代币,分别是原生效用代币和治理代币KAVA,和与美元挂钩的稳定币USDX。KAVA用于支付交易费用,验证者可以质押代币生成网络共识。用户可以将质押的KAVA代币委托给验证者,赚取一部分发行的KAVA币。质押者和验证者也可以给治理提案投票,决定网络的参数。

IoTeX

IoTeX创建于2017年,是一个专注整合区块链和物联网的Layer 1网络。IoTeX用户可以掌控设备生成的数据,让机器为DApp、资产以及服务提供支撑。用户的个人信息具有一定价值,通过区块链管理信息能够确保信息的安全。

IoTeX将软件与硬件相结合,在不牺牲用户体验的情况下,提供了掌控隐私和数据的全新解决方案。用户可以使用名为MachineFi的系统,使用现实世界中的数据赚取数字资产。

IoTeX推出了两款值得关注的硬件产品,分别是Ucam和Pebble Tracker。Ucam是一款高级家用安全摄像头,使用户在任何地方都能掌握家中情况并完全拥有数据隐私。Pebble Tracker是一款支持4G且带有追踪功能的智能全球定位系统,不仅能追踪GPS数据,还能实时追踪环境数据,包括气温、湿度和空气质量。

就区块链架构而言,IoTeX上有不少以它为基础的Layer 2协议。区块链会提供工具来创建使用IoTeX进行最终确认的自定义网络。这些链条也可以通过IoTeX进行互动交流和信息共享。开发人员可以轻松创建新的子链,满足自有IoT设备的特定需求。IoTeX的代币IOTX用于支付交易费用、质押、治理和网络验证。

总结

当今的区块链生态体系中有多个Layer 1网络和Layer 2协议。虽然很容易混淆,但只要掌握了基础概念,就能轻松理解整体架构。在研究新的区块链项目,尤其是专注于网络互操作性和跨链解决方案的项目时,掌握基础概念非常实用。

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