区块链是一项革命性的技术，可以安全、透明地交换数据。它利用一系列层来存储和处理信息，称为层 0-3。每一层都有自己的目的和功能，从而形成一个可以处理各种交易的综合系统。

区块链被定义为一种分布式账本技术（DLT），可促进两方或多方之间安全且可信的数字资产交换。它是一个独特的系统，作为一个开放的、分散的网络，可以同时在多台计算机上存储数据。

第1层

为了验证和完成交易，第 1 层是基础区块链，可以在其上构建多个其他层。它们可以独立于其他区块链工作。

Layer1可以分为三段：

数据层 - 负责存储与网络内交易相关的所有数据。这包括交易历史记录、余额、地址等。该层还通过使用加密算法（哈希）来帮助验证每笔交易，以确保准确性和安全性。

网络层——负责处理区块链网络上用户之间的通信。它负责在网络上广播交易和其他消息，并验证这些消息的准确性和合法性。

共识层-允许区块链就所有用户在进行交易时必须遵循的一组规则达成一致。它通过利用工作量证明、权益证明或拜占庭容错等共识算法，确保所有交易都是有效且最新的。

应用程序/智能合约层是区块链网络中发生大部分功能的地方。该层包含可用于构建在区块链生态系统之上运行的应用程序的代码（或智能合约）。这些应用程序能够以安全、分布式的方式执行事务并存储数据。并非所有第一层协议都具有智能合约功能。

此类网络的例子有比特币、Solana、以太坊和卡尔达诺——所有这些网络都有自己的原生代币。该代币用于代替交易费用，并作为网络参与者加入网络的激励。

虽然这些硬币根据基础项目有不同的面额，但它们的目的保持不变：为区块链的功能提供经济支持机制。

第一层网络存在扩展问题，因为区块链难以处理网络所需的交易数量。这导致交易费用急剧增加。

区块链三难困境是由 Vitalik Buterin 创造的术语，在讨论该问题的潜在解决方案时经常被引用；本质上需要平衡去中心化、安全性和可扩展性。

其中许多方法都有自己的权衡。例如资助超级节点——从而购买超级计算机和大型服务器——以提高可扩展性，但创建本质上集中的区块链。

解决区块链三难困境的方法：

增加块大小

增加第一层网络的区块大小可以有效地处理更多交易。然而，维持无限大的区块是不可行的，因为由于数据需求增加和去中心化程度降低，较大的区块意味着交易速度较慢。这通过块大小的增加限制了可扩展性，以降低安全性的潜在成本限制了性能的提升。

改变共识机制

虽然工作量证明 (POW) 机制仍然存在，但它们的可持续性和可扩展性不如权益证明 (POS) 机制。这就是以太坊从POW过渡到POS的原因；目的是提供一种更安全、更可靠的共识算法，在可扩展性方面产生更好的结果。

分片

分片是一种数据库分区技术，用于扩展分布式数据库的性能。通过跨多个节点分割和分布区块链分类账，分片提供了增强的可扩展性，从而提高了交易吞吐量，因为多个分片可以并行处理交易。与传统的串行方法相比，这可以提高性能并显着减少处理时间。

类似于吃一块蛋糕，分成几片。通过这种方式，即使数据量增加或出现任何网络拥塞，分片网络也会更加高效，因为所有参与节点同步处理交易。

第2层

第 2 层协议构建在第 1 层区块链之上，以解决其可扩展性问题，而不会使基础层负担过重。

这是通过创建一个称为“链外”的辅助框架来完成的，该框架允许比第 1 层支持更好的通信吞吐量和更快的交易时间。

使用第 2 层协议，可以提高交易速度并增加交易吞吐量，这意味着可以在定义的时间段内一次处理更多交易。当主网络变得拥塞并变慢时，这会非常有益，因为它有助于降低交易费用并提高整体性能。

以下是 Layer2s 解决可扩展性三角问题的几种方法：

渠道

通道提供了第 2 层解决方案，允许用户在基础层上报告之前在链外进行多个交易。这可以实现更快、更高效的交易。通道有两种类型：支付通道和状态通道。支付通道仅支持支付，而状态通道则支持更广泛的活动，例如通常在区块链上进行的活动，例如处理智能合约。

缺点是参与的用户必须为网络所知，因此公开参与是不可能的。此外，所有用户在参与该渠道之前都必须将其代币锁定在多重签名智能合约中。

等离子体

Plasma 框架由 Joseph Poon 和 Vitalik Buterin 创建，利用智能合约和数字树创建“子链”，它们是原始区块链（也称为“母链”）的副本。

该方法允许将交易从主链转移到子链上，从而提高交易速度并降低交易费用，并且适用于数字钱包等特定情况。

Plasma 的开发人员专门设计了它，以确保在特定的等待期结束之前没有用户可以进行交易。

然而，该系统不能用于帮助扩展通用智能合约。

侧链

侧链是与主区块链或第 1 层并行运行的区块链，具有几个与经典区块链不同的独特特征。侧链拥有自己独立的区块链，通常使用不同的共识机制，并且具有与第 1 层不同的块大小要求。

然而，尽管侧链有自己独立的链，但它们仍然通过共享虚拟机连接到第一层。这意味着可以在第 1 层网络上使用的任何合约或交易也可以在侧链上使用，从而在两种类型的链之间创建一个广泛的互操作性基础设施。

汇总

Rollup 通过将侧链上的多个交易分组为基础层上的单个交易并使用 SNARK（简洁的非交互式知识论证）作为加密证明来实现扩展。

虽然有两种类型的汇总 - ZK 汇总和乐观汇总 - 差异在于它们在层之间移动的能力。

乐观汇总利用虚拟机，可以更轻松地从第 1 层迁移到第 2 层，而 ZK 汇总则放弃此功能以提高效率和速度。

层0

Layer 0 协议在实现资产移动、完善用户体验以及减少与跨链互操作性相关的障碍方面发挥着关键作用。这些协议为 Layer 1 的区块链项目提供了有效的解决方案来解决主要问题，例如在 Layer1 生态系统之间移动的困难。

一组 Layer0 协议不只有一种设计；而是一种设计。可以采用不同的共识机制和区块参数来达到区分的目的。一些 Layer0 代币可以充当有效的反垃圾邮件过滤器，因为用户必须先抵押这些代币，然后才能访问相关的生态系统。

Cosmos 是第 0 层协议，以其开源工具套件而闻名，由 Tendermint、Cosmos SDK 和 IBC 组成。这些产品允许开发人员在可互操作的环境中无缝构建自己的区块链解决方案；互惠架构使组件能够自由地相互交互。这种虚拟世界的协作愿景已经在 Cosmoshood 中实现，它是由其忠实拥护者精心创造的——允许区块链网络独立繁荣但集体存在，体现了“区块链互联网”。

另一个常见的例子是Polkadot。

第三层

第 3 层是为基于区块链的解决方案提供支持的协议。通常称为“应用层”，它为第 1 层协议提供处理指令。这使得构建在区块链平台之上的 dapp、游戏、分布式存储和其他应用程序能够正常运行。

如果没有这些应用程序，仅第 1 层协议的用途将非常有限；第 3 层对于释放其力量至关重要。

第四层？

Layer4 并不存在，所讨论的层被称为区块链的四层，但这是因为我们在编程世界中从 0 开始计数。

结论

区块链网络的可扩展性高度依赖于其架构和所采用的技术堆栈。网络的每一层都有一个重要的目的，即允许更大的吞吐量和与其他区块链的互操作性。第 1 层协议形成基础层或主区块链，而侧链、汇总和第 0 层协议则为扩展提供额外支持。

第 3 层协议提供允许用户访问构建在整个系统之上的应用程序的指令。这些元素共同有助于创建一个能够安全处理大规模交易的强大的去信任基础设施。

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