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区块链第 1 层与第 2 层扩展解决方案

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加密货币和区块链的普及呈指数级增长,用户和交易的数量也在增长。虽然很容易看出区块链是多么具有革命性,但可扩展性——一个系统在满足不断增长的需求的同时增长的能力——一直是一个挑战。高度分散和安全的公共区块链网络通常难以实现高吞吐量。 

这通常被描述为区块链三难困境,它指出去中心化系统几乎不可能同时实现同样高水平的去中心化、安全性和可扩展性。实际上,区块链网络只能具有三分之二的因素。 

然而幸运的是,成千上万的爱好者和专家正在研究扩展解决方案。其中一些解决方案旨在调整主区块链(第 1 层)的架构,而其他解决方案则针对在底层网络之上运行的第 2 层协议。

介绍

由于有大量可用的区块链和加密货币,您可能不知道您使用的是第 1 层还是第 2 层链。隐藏区块链复杂性有好处,但值得了解您正在投资或使用的系统。通过本文,您将了解第 1 层和第 2 层区块链之间的差异以及各种可扩展性解决方案。

区块链第 1 层与第 2 层扩展解决方案

什么是区块链第 1 层与第 2 层?

术语第 1 层是指区块链架构的基础级别。它是区块链网络的主要结构。比特币、以太坊和 BNB 链是第 1 层区块链的示例。第 2 层是指建立在其他区块链之上的网络。因此,如果比特币是第 1 层,那么在其上运行的闪电网络就是第 2 层的示例。 

区块链网络可扩展性改进可分为第 1 层和第 2 层解决方案。Layer 1 解决方案将直接改变原始区块链的规则和机制。第 2 层解决方案将使用外部并行网络来促进远离主链的交易。

为什么区块链可扩展性很重要?

想象一下,在一个主要城市和它快速发展的郊区之间正在修建一条新的高速公路。随着通过高速公路的交通量增加和拥堵变得普遍——尤其是在高峰时段——从 A 到 B 的平均时间可能会显着增加。难怪,鉴于道路基础设施容量有限且需求不断增长。

现在,当局可以做些什么来帮助更多的通勤者更快地通过这条路线旅行?一种解决方案是改善高速公路本身,在道路的每一侧增加额外的车道。然而,这并不总是实用的,因为它是一种昂贵的解决方案,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并考虑与改变核心基础设施无关的各种方法,例如建造额外的服务道路,甚至在高速公路沿线开通轻轨交通线。

在区块链技术的世界中,主要高速公路将是第 1 层(主网络),而附加的服务道路将是第 2 层解决方案(提高整体容量的二级网络)。

比特币以太坊波卡都被认为是第 1 层区块链。它们是为各自的生态系统处理和记录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是以太坊第 2 层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。

吞吐量能力是区块链的重要元素。它是速度和效率的衡量标准,显示在特定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和同时交易数量的增加,第 1 层区块链的使用可能会变得缓慢且昂贵。对于使用工作证明机制而不是权益证明的第 1 层区块链来说尤其如此。 

当前的第 1 层问题

比特币和以太坊是存在扩展问题的第 1 层网络的好例子。两者都通过分布式共识模型保护网络。这意味着所有交易在被验证之前都要经过多个节点的验证。所谓的挖矿节点都竞相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。这是一种记录和记录正确的、经过验证的数据到区块链的有效方式,同时降低了不良行为者的攻击风险。但是,一旦您拥有像以太坊或比特币这样流行的网络,吞吐量需求就会成为一个不断增长的问题。在网络拥塞时,用户将面临更慢的确认时间和更高的交易费用。

第 1 层扩展解决方案如何工作?

第 1 层区块链有几个选项可以增加吞吐量和整体网络容量。在使用工作证明的区块链的情况下,向股权证明的过渡可能是增加每秒交易量(TPS)同时降低处理费用的一种选择。尽管如此,加密社区对权益证明的好处和长期影响的看法不一。

第 1 层网络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,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,比如将比特币的大小增加到 8MB,需要硬分叉。这将创建两个版本的区块链,一个有更新,一个没有。增加网络吞吐量的另一个选择是分片。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处理数据。

第 2 层扩展解决方案如何工作?

如前所述,第 2 层解决方案依赖于平行或独立于主链工作的辅助网络。

汇总

零知识汇总(最常见的一种)捆绑链下第 2 层交易,并将它们作为一个交易提交到主链上。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密集度较低的汇总的好处。 

侧链

侧链是独立的区块链网络,拥有自己的验证器集。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,您需要相信侧链运行正常,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。各方封锁了底层区块链的一部分,并将其连接到链下交易通道。这通常通过预先约定的智能合约或多重签名来完成。然后,各方在链下执行一笔交易或一批交易,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等解决方案基于状态通道运行。

嵌套区块链

该解决方案依赖于一组位于主“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,其作用仅限于必要时的争议解决。日常工作被委派给“子”链,这些“子”链在完成主链后将已处理的交易返回到主链。OmiseGO的 Plasma 项目是第 2 层嵌套区块链解决方案的一个实例。

第 1 层和第 2 层扩展解决方案的局限性

第 1 层和第 2 层解决方案都具有独特的优点和缺点。使用第 1 层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。

验证者可能不想这样做的一个可能示例是从工作证明更改为权益证明。矿工将因转向更高效的系统而失去收入,从而阻碍他们提高可扩展性。

第 2 层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,您可能会失去很多原始区块链的安全性。用户信任以太坊和比特币等网络的弹性和安全记录。通过去除第 1 层的各个方面,您通常不得不依赖第 2 层团队和网络来提高效率和安全性。

第 1 层和第 2 层之后的下一步是什么?

一个关键问题是,随着第 1 层变得更具可扩展性,我们是否甚至需要第 2 层解决方案。现有的区块链得到了改进,并且已经创建了具有良好可扩展性的新网络。但是,主要系统需要很长时间才能提高其可扩展性,并且不能保证。最可能的选择是让第 1 层专注于安全性,并允许第 2 层网络根据特定用例定制其服务。 

在不久的将来,由于其庞大的用户和开发者社区,像以太坊这样的大型链很有可能仍将占据主导地位。然而,其庞大的去中心化验证器集和值得信赖的声誉为有针对性的第 2 层解决方案奠定了坚实的基础。

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