Layer 1（區塊鏈第 1 層）

Layer 1（區塊鏈第 1 層）是區塊鏈技術的基礎架構層，是整個區塊鏈生態系的根本，負責處理與驗證交易、執行共識機制並維護網路安全。作為區塊鏈的主鏈或基礎層，Layer 1 協議如 Bitcoin（比特幣）、Ethereum（以太坊）、Solana（索拉納）等，皆直接於其本地網路上進行所有操作，並透過自身節點網絡和共識機制，確保資料的不可竄改性與安全性。Layer 1 的效能、安全性及去中心化程度，會主動決定其上所構建整體生態系統的基本特性與侷限。

背景：Layer 1 的起源

Layer 1 的概念起源於 Bitcoin 網路的創立，當中本聰於 2008 年發表 Bitcoin 白皮書時，設計了首個完整的區塊鏈基礎層協議，使得無中央權威下的點對點價值轉移成為可能。

隨著區塊鏈技術發展，不同 Layer 1 解決方案陸續誕生，各自以不同方式嘗試解決區塊鏈三難困境（Blockchain Trilemma），即安全性、去中心化與可擴展性間的平衡：

1. Bitcoin：專注於價值儲存與轉移，優先考量安全性及去中心化。
2. Ethereum：引入智能合約功能，奠定了可編程區塊鏈的核心概念。
3. Solana：結合 Proof of History 與 Proof of Stake 共識機制，追求高吞吐量表現。
4. Polkadot：設計具互操作性的多鏈架構。
5. Cardano：以科學研究及同行審查方法開發的區塊鏈。

每種 Layer 1 解決方案的誕生，皆象徵區塊鏈技術演進過程中，針對不同需求與挑戰的創新突破。

工作機制：Layer 1 如何運作

Layer 1 區塊鏈的核心運作機制包含以下重點組件：

1. 共識機制：確保網路參與者就交易有效性達成一致的演算法，主要包括：

   • 工作量證明（Proof of Work, PoW）：以解決複雜數學問題來驗證交易並創建新區塊
   • 權益證明（Proof of Stake, PoS）：驗證者依持有代幣數量取得創建新區塊的權利
   • 授權權益證明（Delegated Proof of Stake, DPoS）：代幣持有者選舉代表進行交易驗證
   • 實用拜占庭容錯（Practical Byzantine Fault Tolerance, PBFT）：節點透過投票達成共識

2. 資料結構：大多數 Layer 1 採用區塊鏈結構，將交易包裝成區塊並串接，部分創新項目則採用有向無環圖（Directed Acyclic Graph, DAG）等替代架構，後續統一以 DAG 稱之。

3. 網路協議：規範節點間如何溝通、交易如何傳播及新區塊如何廣播。

4. 虛擬機與執行環境：支援智能合約的 Layer 1 需搭配虛擬機執行程式碼，如 Ethereum 的 EVM、Solana 的 Sealevel 等。

5. 狀態管理：追蹤帳戶餘額與智能合約狀態等網路關鍵資訊。

6. 密碼學基元：提供公鑰加密、雜湊函數等核心安全保障。

這些組件共同運作，使 Layer 1 能夠獨立且安全地完成交易驗證、執行與資料儲存。

Layer 1 的風險與挑戰

Layer 1 區塊鏈面臨多項挑戰與風險：

1. 技術挑戰：

   • 可擴展性瓶頸：多數 Layer 1 難以同時維持高吞吐量、低延遲及去中心化
   • 安全漏洞：核心協議缺陷可能危及整體網路
   • 共識機制弱點：如 PoW 的能源消耗問題、PoS 的「無利害關係」攻擊

2. 治理挑戰：

   • 硬分叉風險：社群分歧可能導致鏈分裂
   • 去中心化與效率的平衡：參與者增加通常使決策流程更加緩慢
   • 激勵機制設計：需確保驗證者及節點營運者有足夠誘因長期維護網路

3. 採用及競爭風險：

   • 網路效應挑戰：新 Layer 1 必須建立足夠的用戶基礎與開發者生態
   • 相容性問題：不同 Layer 1 間互操作性有限
   • 監管不確定性：各司法管轄區的監管方向可能影響 Layer 1 發展

4. 經濟風險：

   • 若代幣價格波動，特別是在 PoS 系統中，將會影響網路安全
   • 礦工或驗證者的集中化威脅網路去中心化

這些挑戰推動 Layer 2 擴展方案與跨鏈橋接技術的研發，進而嘗試突破 Layer 1 的固有限制，同時維持其安全性。

隨著區塊鏈技術持續進化，Layer 1 協議不斷透過升級與創新設計因應挑戰，也穩固其作為區塊鏈生態基石的角色。更多新興 Layer 1 項目也持續探索嶄新架構和共識機制，力求在區塊鏈三難困境中取得更佳平衡。