比较 Layer 1 与 Layer 2：改变加密生态系统的区块链扩展解决方案

区块链技术已证明其在提升信任、增强交易安全性以及提高整个商业网络数据透明度方面的能力。这一去中心化系统通过减少运营成本和简化原本复杂的流程来运作。然而，随着采用速度的加快，迫切的问题也随之出现：如何让区块链根据市场需求不断发展？在这里，Layer 1 与 Layer 2 的对比成为关键话题。这两种方法为解决相同的扩展性挑战提供了不同的方案——即如何在不牺牲安全性或去中心化的前提下处理更多交易。

为了保持竞争力，区块链生态系统需要采用最前沿的创新技术，如先进的扩展技术、分片技术、增强的安全协议以及更强的去中心化措施。深入理解 Layer 1 和 Layer 2 的差异，以及它们如何协同工作，是未来优化区块链网络的关键。

区块链三难困境：为何 Layer 1 与 Layer 2 变得如此重要

区块链的扩展性不仅是技术难题——它是一个根本性的问题，被称为“区块链三难困境”。这一革命性概念最早由以太坊的联合创始人 Vitalik Buterin 提出，已深刻影响行业对区块链设计的思考方式。

区块链三难困境指出，区块链系统面临一个似乎无法解决的困境：必须在去中心化、扩展性和安全性三者之间取得平衡。根据这一理论，不可能同时在三方面都达到最优。每个加密项目最终都必须在这三项中做出牺牲，以实现可接受的折中。

这也是为什么 Layer 1 与 Layer 2 的对比如此重要。Layer 1（基础链）试图通过修改其核心协议来解决三难困境，而 Layer 2（链上之上的解决方案）则采用更轻量级的方法，在已有基础上构建。找到这三者之间的完美平衡，对于区块链的长期采用至关重要。因此，持续创新各种解决方案机制，以应对不断演变的挑战，是必要的。

理解差异：区块链网络中的 Layer 1 与 Layer 2

在深入具体解决方案之前，理解 Layer 1 和 Layer 2 在根本上的差异非常重要。两者采用完全不同的机制来实现扩展性目标。

Layer 1（基础链） 包括：

• 分片（Sharding）：将整个区块链网络的状态拆分成多个较小的数据片（shards），实现并行处理
• 共识机制变更：从工作量证明（PoW）迁移到权益证明（PoS），以提升扩展性并降低能耗
• SegWit（隔离见证）：将签名数据与交易主体分离，优化区块空间利用

Layer 2（链上之上的解决方案） 包括：

• 状态通道（State Channels）：允许双方在链外进行多次交易，无需每次都广播到整个网络
• 侧链（Sidechains）：独立的区块链网络，通过桥接与主链连接，提升互操作性
• Rollups（汇总）：将交易数据打包后从主链移出，链下执行交易，链上仅存安全保证

这些差异不仅是学术上的，它们对网络性能、用户成本和安全分布具有实际影响。

Layer 1 解决方案：提升基础区块链的容量

Layer 1 是所有区块链操作的基础，也称为主链或主网。Layer 1 的扩展方案，也叫链上扩展，旨在通过改进网络本身来处理更多交易，无需额外的层。

比特币和以太坊是最著名的两个 Layer 1 网络。它们都采用去中心化的共识模型，确保交易安全，多个节点分布在全球范围内验证和确认每笔交易，然后将其加入区块。然而，随着用户数量的激增，对更快确认时间和更低交易成本的需求也在不断增长。

Layer 1 解决方案提供多种直接提升网络扩展性的途径。常见策略包括修改协议规则、增加区块大小、缩短区块生成时间。实现这些变更通常需要社区进行硬分叉或软分叉，比如比特币的 SegWit 升级。

另一种提升吞吐量的技术是分片（Sharding）。分片将区块链的操作拆分成多个可以同时处理的片段，从而大幅提升整体网络容量。

Layer 1 如何提升扩展性：从分片到权益证明

分片技术

分片借鉴分布式数据库架构，将整个区块链状态拆分成多个“片段”。每个节点只负责特定的片段，处理对应的交易。不同片段之间通过特定协议通信，分享账户余额、地址信息等全局状态。

例如，Zilliqa 实现了“基于交易的分片”。交易被划分成小组，分别由不同的片段并行处理，显著提高了吞吐量。

转向权益证明（PoS）

权益证明（PoS）是一种比工作量证明（PoW）更高效的共识机制。它用较少的能源，符合环保趋势。

在 PoS 中，节点通过“质押”一定的资产（stake）来验证新区块。系统依赖“验证者”而非算力，既节能，又能提升网络扩展性、安全性和效率。

以太坊向 Ethereum 2.0 转型，采用 PoS，目标将每秒处理交易数（TPS）从目前的约30提升到100,000。这一飞跃将根本解决以太坊的网络拥堵问题，带来更流畅、更高效的用户体验。

SegWit：交易数据优化

SegWit（隔离见证）通过将数字签名数据与交易主体分离，减少每笔交易的空间占用，从而在同样空间内处理更多交易。

比特币的区块大小限制为1MB，限制了每个区块的交易数量。高流量时，交易延迟明显增加。

SegWit 通过将签名数据存放在单独结构中，减少了交易的“重量”。签名数据占用的空间约为原交易的四分之一，极大提升了处理能力。

此外，SegWit 具有向后兼容性，支持旧节点无缝升级，确保网络平稳过渡。

代表性 Layer 1 项目与技术

Layer 1 解决方案主要通过改进网络架构或协议实现扩展，无需额外的链或系统。

一些领先项目包括：

• Ethereum 2.0：从 PoW 转向 PoS，加入分片技术
• Cardano：采用 Ouroboros PoS 共识机制，强调高效与节能
• Algorand：纯 PoS，追求高速交易和最终确认
• Fantom：使用异步拜占庭容错（aBFT）共识，支持高吞吐
• 比特币+SegWit：通过 SegWit 提升交易容量

Layer 1 解决方案的优势

Layer 1 方案相较 Layer 2 有诸多优势：

无需额外链或基础设施：Layer 1 通过协议规则的修改提升容量，无需建立额外的链或系统，保持网络结构的完整性。

长远的协议变革：通过根本性调整协议，带来交易吞吐提升、网络效率改善、安全性增强、成本降低和可持续扩展，同时保持去中心化。

降低交易成本：缓解网络拥堵，用户无需激烈竞争空间，交易成本自然下降。

维护去中心化：通过透明的协议变更，确保网络由用户共同控制，避免被少数实体垄断。开放环境也便于新工具和创新的引入。

Layer 1 方案的局限性

尽管优势明显，Layer 1 方案也面临挑战：

矿工/验证者收入影响：转向更高效的机制（如 PoS）可能减少验证者的收益，影响其激励。

硬件限制：节点的存储和带宽限制，可能成为性能瓶颈。

潜在拥堵：即使改进，交易量极大时仍可能出现瓶颈。

跨片交易复杂：分片技术虽有潜力，但跨片交易的延迟和带宽需求仍在优化中。

Layer 2 解决方案：通过附加层实现扩展

Layer 2 指在基础链之上的网络或系统，提供额外功能和性能提升。其核心思想是：让基础链专注于安全和去中心化，Layer 2 负责扩展。

Layer 2 必须通过 Layer 1 来确认交易，确保安全。这与侧链不同，后者可能有不同的共识机制和安全保证。

Layer 2 提供了优雅的扩展方案，支持更快、更高效的交易，同时保持 Layer 1 的安全和去中心化。这样，整个生态系统可以更好地平衡三难困境。

Layer 2 的三大主要类别

Rollups：批处理与链外执行

Rollups 通过在链外执行交易和智能合约，只将验证结果提交到主链，极大提升吞吐和降低成本。

实现方式包括：

1. 链外执行：在 Layer 2 上进行交易，减少主链负担
2. 交易批处理：将大量交易打包成批，上传到主链
3. 最少信任验证者：只需一个验证者验证，降低硬件要求同时保证安全

状态通道（State Channels）：点对点链下交易

状态通道允许双方在链外进行多次交易，只有在关闭通道时才将最终状态提交到链上。极大提升交易速度和降低成本。

比特币的 Lightning Network 就是最著名的状态通道应用，支持快速、低成本的微支付。

侧链（Sidechains）：独立链与主链互通

侧链是独立的区块链，通过桥接技术与主链连接。它们有自己的共识机制，更灵活高效。

侧链不继承主链的安全保障，用户需信任侧链的验证者。它们帮助缓解主链拥堵，降低交易成本，扩展功能。

如 Polygon PoS、Skale、Rootstock 等都是流行的侧链方案。Ethereum 也计划通过 shard chain 与 Beacon Chain 连接，未来成为主链。

代表性 Layer 2 项目

• Arbitrum：基于以太坊的 Optimistic Rollup 方案，提升效率，降低成本，采用 ARB 代币治理，已转型为 DAO
• Lightning Network：比特币的链下微支付网络，支持快速低成本交易
• Optimism：以太坊上的 optimistic rollup，支持丰富的 DeFi 生态，TVL 超过5亿美元
• Polygon：“区块链互联网”，实现多链互操作，降低成本，支持NFT、DeFi等

Layer 2 的优势

• 极大提升效率：如 Arbitrum 通过 optimistic rollup 实现高吞吐和低成本
• 交易速度快，能耗低：Lightning Network 让比特币交易更快、更环保
• 扩展以太坊生态：Optimism 支持大规模 DeFi，提升扩展能力
• 实现多链互通：Polygon 打造“区块链互联网”，打破孤岛

Layer 2 的挑战

• 协议间连接有限：不同 Layer 2 之间或与 Layer 1 的交互可能复杂
• 流动性分散：多层生态可能导致流动性分散，影响效率
• 入门复杂：多层解决方案增加用户操作难度，跨链桥和账户管理复杂

Layer 1 与 Layer 2 的直观对比

核心问题在于：它们在实际操作中如何表现？两者各有优势，互为补充。

Layer 1 是独立的网络，涵盖数据可用性、共识机制和交易执行，强调安全性和基础保障。

Layer 2 依赖 Layer 1，旨在提升性能，提供更快、更便宜的交易体验。它们不是取代关系，而是协同工作。

Layer 1 通过改进共识算法和分片技术实现扩展，Layer 2 则通过状态通道、链下汇总和侧链等技术提升效率、吞吐和成本。

Layer 1 作为“真相源”和最终结算点，拥有原生代币，用于资源访问和激励机制创新。

Layer 2 提供类似功能，但在性能和成本上更优，采用不同的映射和安全保障机制，确保安全同时提升效率。

Ethereum 2.0 对 Layer 1 和 Layer 2 策略的影响

Ethereum 2.0 的持续升级是区块链转型的关键。自“合并”后，Ethereum 从 PoW 转向 PoS，极大提升了效率和安全性。

目标是实现每秒 100,000 笔交易（TPS），远超当前约30 TPS，解决长期困扰的网络拥堵问题，带来更佳的用户体验。

Ethereum 2.0 不会使 Layer 2 变得无关紧要。相反，它强化了 Layer 2 在长远扩展战略中的作用。Layer 2 依然能支持复杂的 DeFi 操作和跨链互操作。

虽然升级带来巨大改善，但仅靠 Layer 1 扩展仍有限制，比如跨链组合性（composability）不足。Layer 2 在这方面提供了更好的解决方案，改善用户体验。

现实应用与影响

扩展方案在实际中应用广泛，推动行业变革。

去中心化金融（DeFi）

以太坊作为 Layer 1 的代表，拥有丰富的 DeFi 生态。MakerDAO 通过智能合约发行稳定币 DAI，背后由 ETH 支持，价格稳定在 $1。ETH 当前价格约 $1.96K，24小时变动+0.45%。

以太坊还支持借贷、交易、支付和数据存储等应用。其安全可靠的数据传输能力，有望革新信息存储与共享方式。

Layer 2 的 Lightning Network 也在金融应用中大放异彩，支持微支付、跨境汇款、游戏和快速结算。例如，Nostr 网络利用 Lightning 实现微支付，Strike App 提供低成本跨境转账，THNDR Games 将 Lightning 集成到移动游戏中，OpenNode 支持商家接受比特币支付。

Polygon 在 DeFi 市场也占据重要位置，2023年6月其 DeFi TVL 约 $1.3亿，平台上有主要的 DeFi 协议如 Compound（COMP）价格约 $18.14，Aave（AAVE）约 $115.90。Polygon 还支持 NFT 交易，降低交易成本。

NFT 和数字收藏品市场

Ethereum 是全球 NFT 市场的基础，支持艺术、音乐等作品的数字所有权。NFT 经济带来了新型的创作者经济。

Polygon 作为 Layer 2 解决方案，显著降低了 NFT 交易成本，推动 NFT 更普及，扩大市场规模。

游戏与 Web 3 娱乐

Polygon 成立 Polygon Studios，助力游戏从 Web 2.0 迁移到 Web 3.0。提供营销、社区支持和投资，帮助开发者构建区块链游戏。

Ethereum 的强大基础结合 Polygon 的扩展技术，缓解网络延迟和高交易成本问题，提升区块链游戏的用户体验。

区块链扩展的未来：前景展望

未来，区块链的扩展方案正处于研发热潮中。开发者专注于分片、链下交易和 Layer 2 解决方案，以提升吞吐能力和网络扩展性。

目标是解决固有的速度慢、成本高等问题，让区块链更易于主流应用。混合方案结合两者优势，有望实现最优效果。

多种扩展策略将使区块链更易用、更快、更友好新手，推动加密货币的普及。

随着网络扩展能力的提升，区块链将更适合日常交易和主流应用，吸引更多用户。满足不断增长的 DeFi 和其他区块链应用需求，成为数字时代的必然。

创新如 LayerZero 不断突破跨链互操作和跨链扩展的边界。

结语：构建可扩展的未来区块链

区块链扩展方案的未来充满希望。持续的研发确保网络扩展性不断提升。结合 Layer 1 和 Layer 2 的混合策略，为生态系统带来无限可能。

理解 Layer 1 与 Layer 2 的区别，是未来区块链战略的关键。扩展性方案对主流加密货币的采用影响深远，网络越能扩展，越能应对不断增长的 DeFi 和其他应用需求。

我们正迈向一个更易用、更普及、更安全的数字环境。借助坚实的基础链和高效的链上解决方案，区块链生态正迎来前所未有的变革。