区块链Layer 1与Layer 2可扩展性解决方案
- hacken
- 发布于 2025-06-27 23:59
- 阅读 11
本文探讨了区块链技术面临的可扩展性挑战，即区块链三难困境，介绍了Layer 1和Layer 2网络及其各自的扩展方案。Layer 1通过改变共识机制、分叉和分片等方式扩展，Layer 2则采用状态通道、Rollups、嵌套区块链和侧链等技术，旨在提高区块链网络的处理速度和效率。
更新于：2025年6月26日
8 分钟阅读
作者：Hacken
区块链技术的用户群正快速地从一小部分人发展到数百万人。截至2023年初，研究分析师证实，全球有超过4.2亿人拥有加密货币。尽管这种令人难以置信的增长值得称赞，但它给区块链网络的运营带来了基础设施瓶颈。这就是区块链可扩展性问题出现的地方。如果我们不能实现高度的可扩展性，区块链就无法实现主流应用。
什么是可扩展性三难困境？
理解这些关键词对于正确理解这个概念至关重要。首先，三难困境（Trilemma）是一个拉丁词，指的是在三个可用选项中难以选择最佳或较好的一个。可扩展性意味着在不迟缓的情况下，方便地处理日益增长的交易数据量的能力。可扩展性三难困境是指区块链网络必须在以下三个品质中选择两个：具有抗攻击性的安全性、绝对的去中心化以及在极短时间内处理更多交易的能力。
有趣的是，这种为了获得某些品质而牺牲其他品质的现象也发生在核心计算机科学中，被称为CAP或Brewer定理。Brewer定理指出，分布式系统只能从以下三个品质中选择两个：分区容错性、可用性和一致性。继续说，例如，BNB Chain 只有 21 个验证器。与拥有 1,900 个验证器的 Solana 相比，BNB Chain 的去中心化程度不够高。然而，值得注意的是，BNB Chain 牺牲了绝对的去中心化，以提高其安全性和交易速度。
当该链最近受到攻击时，少数验证器迅速同意暂停该链，从而控制了这次攻击。从另一个角度来看，以太坊牺牲了可扩展性，以提高其安全性和去中心化程度，因为它有 500,000 个验证器。大量的验证器意味着两个事实。首先，在以太坊上进行51%攻击几乎是不可能的，因为没有人能够获得51%的验证器来妥协。其次，它表明该链是透明和去中心化的。
解决区块链三难困境
| Layer 1（一层网络） | Layer 2（二层网络） |
| 共识机制的改变 | 状态通道 |
| 链分叉 | Rollups（汇总） |
| 分片 | 嵌套区块链 |
| 侧链 |
区块链技术如何才能摆脱可扩展性三难困境的循环？一些 Web3 研究人员提出了一些可行的解决方案。区块链三难困境可以通过各种机制来解决，以帮助网络更快地处理活动、保护其安全性并保持其去中心化的性质。
Layer 1 网络
Layer 1 网络是一个底层区块链或主区块链网络。Layer 1 网络是基础区块链。它们促进区块链交易和活动本身。除此之外，它们的架构允许它们在其上托管一些其他的依赖区块链。Layer 1 网络有其自己的区块链层，包括数据可用性、共识和 P2P 网络。
Layer 1 区块链和可扩展性解决方案
Layer 1 区块链的例子有：
- Aptos
- Algorand
- Avalanche
- Bitcoin
- Cardano
- Celo
- Cronos
- Cosmos
- Elrond
- Ethereum
- Fantom
- Harmony
- Hedera
由于较高的交易量，每个 Layer 1 区块链都必须开发或采用自定义的扩展解决方案以实现可持续性。这些包括：
- 共识机制的改变
每个区块链协议中的节点都需要达成一致，然后才能批准交易为有效。在此基础上，不同的区块链网络有不同的达成协议的方法，称为共识机制。
一些共识机制不如 Layer 1 扩展解决方案有效。一个流行的例子是工作量证明方法，其中矿工解决密码学算法。
以太坊可能是最好的Layer 1区块链网络，可以作为一个案例研究。它从工作量证明（PoW）转向了权益证明（PoS）。前者只能处理大约每秒10笔交易。但后者将以太坊的数据处理负载增加到大约32个区块。虽然以太坊在可扩展性方面还有很长的路要走，但转向PoS是朝着这个方向迈出的重要一步。
- 链分叉
分叉链仅仅意味着升级或调整它。然而，值得注意的是，分叉可以是软分叉或硬分叉。软分叉是与链的旧性质兼容的新的基础设施变化。另一方面，硬分叉是与之前链不同的操作模式的新变化。比特币是最好的网络，在其区块链可扩展性的旅程中建模了一个软分叉。
为了促进可扩展性，比特币研究人员提出了一个Layer 1扩展解决方案，即将交易中的见证人隔离。这导致了流行的 SegWit 软分叉。自软分叉以来，比特币区块链网络的性能得到了极大的提升。其处理负载从处理超过一个区块中的 1600 笔交易增加到处理几乎 3000 笔交易。
- 分片
分片是一种扩展解决方案，其中数据被分成更小的部分以进行更快的处理。通过分片，区块链网络的状态将被分成可观的部分，称为分片。
因此，只有单个位中的节点才会处理交易。这比区块链协议上的所有节点都同意所花费的时间更有效和更快。没有特定的Layer 1成功实施了分片。充其量，它仍然是一个概念，主要的Layer 1区块链（如以太坊）正在长期努力实现。
Layer 2网络
Layer 2网络是覆盖在主链上的区块链，用于增强主链的性能。由于大多数叠加网络都无法很快实现分片，因此叠加网络可以帮助提高其吞吐量。
L2 从主链中取出成批的交易，代表它们处理这些交易，然后将它们捆绑回 Layer 1。Layer 2扩展解决方案减轻了叠加网络的大部分负担，它们变得不那么拥挤。
大多数叠加网络依赖于 Layer 1 区块链来实现安全性和数据可用性。但是，即使执行必须与 Layer 1 的状态同步，它们通常也有其自定义的共识和执行层。
Layer 2 区块链和可扩展性解决方案
Layer 2 区块链的主要例子包括
- Arbitrum
- Boba Network
- Lightning Network
- Loopring
- Metis
- StarkNet
- Skale
- Optimism
- Parastate
- Polygon
以下是大多数 L2 网络已采用的扩展解决方案：
- 状态通道
Layer 2区块链网络通常利用状态通道机制来扩展其底层区块链。状态通道因其无与伦比的速度和隐私性而受到赞赏。Layer 1 状态的某些部分将被移动到区块链之外的多重签名钱包中。状态通道中的参与者可以直接在彼此之间进行活动。例如，由于他们使用的是多重签名合约，因此可以通过双方协议来发送资金。
他们不需要让矿工参与他们的活动。当他们总体上完成后，通道的最后状态将与主链的当前状态集成。状态通道是目前最好的扩展解决方案。例如，Lightning Network，比特币上的一个状态通道，可以处理大约 100 万 TPS。
- Rollups（汇总）
Rollup是在区块链生态系统中越来越被广泛接受的一种扩展解决方案。Rollups从主链中堆积成批的交易，在链下执行它们，然后将处理后的交易加载到主链中。
这使主链摆脱了自行处理所有事情的困境。在rollup的帮助下，以太坊等Layer 1网络往往更具可扩展性。此外，rollup的运行方式也不同。一些使用零知识机制，而另一些使用乐观方法。具有ZK rollup的Layer 2网络的示例是StarkNet，而Optimism使用Optimistic rollup机制。研究证实，ZKRollups上的智能合约每秒最多可以具有100,000个交易容量。
- Nested Blockchain（嵌套区块链）
在工程学中，嵌套是指一个程序或指令容纳其他程序或指令的状态。嵌套是一种 Layer 2 扩展解决方案，其中区块链协议在其内部或之上容纳其他区块链。嵌套链从父链开始，父链也有子链。在处理交易时，父链将委托给子链。子链将执行交易并将最终结果发送给父链。一旦父链有了已执行的交易，它将为 Layer 1 提供结果。这是最好的扩展解决方案之一，并且速度更快，因为每个人都在努力。Ethereum Plasma是以太坊上嵌套区块链协议的典型示例，具有相对较快的交易容量，为5,000 TPS。
- Sidechains（侧链）
侧链是一种与主链并行存在的Layer 2扩展解决方案，用于优化其性能。一旦侧链正在处理来自主链的交易，资产就会被锁定。大多数侧链还有一个联盟或独立的第三方，用于交叉检查主网和侧链之间的活动中是否存在异常。该联合会可以是智能合约或某些人。尽管侧链是独立的，但它们仍然在一定程度上依赖于主链的安全性。但是，如果侧链的安全性受到破坏，则攻击不会影响主链。诸如Polygon之类的侧链可以处理大约65,000 TPS。
区块链 Layer 1 与 Layer 2：区别
基于以下几点，Layer 1 和 Layer 2 区块链网络之间存在主要差异：
- 目的上的差异
首先，Layer 1 区块链的目的是独立工作。这在其独立的、自我存在的和主要性质中很明显。它们在自身内部拥有所有数据可用性层、共识层和执行层。但 Layer 2 扩展解决方案并非如此。它们的目的是帮助 Layer 1 区块链，而不是成为基础区块链本身。因此，Layer 2 网络在设计上依赖于主网络。
- 扩展方法的差异
第二个主要区别是每种方式实现可扩展性的二分法。Layer 1 区块链利用诸如更改共识机制、分叉链和分片之类的方法。相比之下，Layer 2 扩展解决方案以状态通道、嵌套区块链、rollup 和侧链的形式存在。
| 区别 | Layer 1 | Layer 2 |
|---|---|---|
| 目的 | 独立存在 | 帮助 Layer 1 |
| 扩展方法 | 更改共识机制、分叉链和分片。 | 状态通道、嵌套区块链、rollup 和侧链 |
L1 和 L2 的安全状态 - 为什么你需要使用 Hacken 审计你的项目
毫无疑问，L1 和 L2 区块链通常拥有巨额收入。因此，它们是黑客的主要目标。2022 年 10 月，黑客攻击了 BNB 链，盗取了价值高达 5.7 亿美元的 BNB。回想一下，一群白帽黑客在 2021 年报告了Polygon 上的高危漏洞。同样，一位白帽黑客还在 Arbitrum-Ethereum 桥上发现了一个关键漏洞。
无论你正在构建 Layer 1 还是 Layer 2 区块链，请确保你尽职尽责地确保严密的安全。这就是为什么你需要最好的区块链安全审计公司 Hacken。我们通过有效的审计流程确保 L1 和 L2 区块链的安全性。凭借我们 5 年的运营经验，我们已经审计了 1,000 多个项目。
一旦你联系我们，我们将商定你获得审计结果的时间。在内部，我们的资深区块链审计团队将严格审查你的 Layer 1 和 Layer 2 区块链的架构。我们将提供一份审计报告，对漏洞的严重程度进行分类。除此之外，我们还将为你提供有关如何修复已发现的区块链安全漏洞的专家建议。
总结
区块链需要满足日益增长的应用需求。因此，Layer 1 区块链网络在处理数百万用户和交易方面的缓慢性质不适合生态系统的最佳增长。因此，Layer 2 区块链及其各种自定义扩展解决方案应运而生。本文讨论了 Layer 1 与 Layer 2 区块链的扩展解决方案。同时，模块化链的最新发展可能也会对区块链层的可扩展性产生更大的影响。
- 原文链接： hacken.io/discover/l1-l2...
- 登链社区 AI 助手，为大家转译优秀英文文章，如有翻译不通的地方，还请包涵～
