超越区块链三难：Layer 1 和 Layer 2 解决方案如何塑造加密货币的未来

核心挑战：为什么每个区块链都面临同样的问题

加密货币的爆炸性增长创造了一个尚未被任何区块链完全解决的根本问题。当数百万用户同时涌入网络时，交易速度会显著减慢。比特币网络每秒处理大约7笔交易，而以太坊历史上甚至在更拥堵的情况下也面临困难。这不是一个错误——这是去中心化网络工作方式的一个特性。

区块链三难困境解释了为什么：大多数网络无法同时实现高去中心化、强大的安全性和快速的可扩展性。它们被迫选择两个而牺牲第三个。一个优先考虑去中心化和安全性的区块链自然会缓慢处理交易。一个快速处理交易的区块链往往会集中更多的权力或削弱安全性。

第一层与第二层：两种根本不同的方法

为了摆脱三难困境，开发者们追求了两条不同的路径。Layer 1 解决方案 修改区块链的核心架构——规则、共识机制和基础设施。Layer 2 解决方案 则工作方式不同：它们是建立在现有区块链之上的二级网络，处理计算重担而不改变基础层。

这样想吧：Layer 1 就像重新设计高速公路的整个结构，以容纳更多的汽车。Layer 2 就像建造平行道路和接驳系统，以减少主干道上的交通。

直接方法：第一层扩展解决方案

切换共识机制

以太坊在2022年从工作量证明转向权益证明，展示了共识变化如何影响性能。通过用质押模型取代能源密集型的挖矿(，验证者锁定硬币以赚取奖励)，Ethereum提高了处理数据的能力，同时减少了电力消耗。这个单一的变化并没有完全解决可扩展性问题，但为进一步的改进奠定了基础。

分片：将问题分解成小块

想象一个数据库被划分为更小的、独立的部分，这些部分可以同时处理事务。这就是分片。与其让每个验证者处理每个事务(当前模型)，网络将事务分散到不同的分片上。如果一个区块链通常可以处理每秒100个事务，使用64个分片的分片技术理论上可以处理每秒6,400个事务。

权衡是什么？实现分片需要进行根本重组，并且如果分片失衡或跨分片通信失败，则会带来风险。

区块大小扩展

一些区块链简单地增加每个区块中可以容纳的交易数量。每个区块更多的交易意味着更高的吞吐量。然而，这给日常用户运行验证节点设置了一个门槛——需要更多的计算能力意味着能够操作节点的人会减少，这可能威胁到去中心化。

侧信道方法：第二层扩展解决方案

Rollups: 当前主导解决方案

Rollups 将数百笔交易在离线状态下进行打包，然后以压缩形式提交给 Layer 1。想象一下收集 500 笔交易，验证它们，然后只将摘要发送到主链，而不是单独的记录。

两种变体主导：

• 乐观汇总 (由 Arbitrum 和 Optimism) 使用，默认假设交易是有效的。任何人在欺诈证明期间都可以挑战无效交易，通过激励审查而不是持续验证来创建安全性。

• 零知识汇总 (zkSync, Scroll) 使用密码学证明即时验证交易有效性，提供无争议期的安全性。权衡是更大的计算复杂性。

侧链：独立的替代方案

Polygon的PoS网络 exemplifies 侧链——独立的区块链，拥有自己的验证者集，并与以太坊连接。它们比主网更快、更便宜，但关键是，它们管理自己的安全性。与继承 Layer 1 安全性的汇总不同，侧链的安全性依赖于它们自己的验证者。这种灵活性是有代价的：与基础层相比，安全保证略有降低。

状态通道：交易通道

状态通道使两个参与方能够在链外重复交易，仅在主区块链上结算开盘和收盘余额。比特币的闪电网络就是这样运作的，能够实现即时支付且费用极低。限制：状态通道最适合直接的点对点交互，而不是复杂的多方应用。

嵌套区块链：分层扩展

一个母区块链将工作委派给子链，这些子链处理交易并将结果反馈回来。以太坊的Plasma框架代表了这种架构。其好处在于灵活性——多个子链可以尝试不同的规则。缺点是增加了复杂性，并可能导致母子通信周期中的潜在延迟。

真实的权衡：你实际上获得和失去的是什么

这些方法之间的比较揭示了艰难的选择：

第一层升级

• 优点：增强所有构建在区块链上的应用程序的安全性
• 缺点：实施极其困难。重大变更需要全网共识，常常触发有争议的硬分叉，这可能会分裂社区。

第二层解决方案

• 优点：快速部署而不干扰主链；提供显著的速度和成本改善
• 缺点：为用户增加复杂性 (在网络之间桥接资产)；在多个L2中分散流动性；许多依赖中心化排序器，导致与去中心化的Layer 1验证相比，形成潜在的单点故障。

我们为什么需要两者：混合的未来

区块链技术的发展不会遵循单一路径。相反，预计 Layer 1 的改进，如分片，将提供长期安全基础，而 Layer 2 网络则处理当前主流采用所需的交易量。

一个成熟的区块链生态系统可能会作为一种混合体运作：

• 第一层用于安全性和结算：基础链仍然是最终的真相裁判，处理关键交易和安全关键操作。
• 第二层以提高速度和可访问性：多个第二层网络(汇总，侧链，状态通道和嵌套区块链)服务于不同的用例——有些针对速度进行了优化，有些则注重隐私或低费用。

用户将通过最符合其需求的层 2 路由交易：用于隐私的零知识汇总，用于游戏速度的侧链，用于支付的状态通道。主链提供支撑一切的安全保证。

这对区块链采用意味着什么

区块链三难问题仍未解决——没有任何网络真正平衡地掌握这三种属性。然而，2024年出现的解决方案表明，问题本身可能稍有偏差。行业并不是强迫单一的区块链去做所有事情，而是在构建堆栈的互补系统。

第一层创新确保基础保持安全和可信。第二层解决方案使交易在现实世界的使用中变得实用。这种关注点的分离——基础的安全性，高层的速度——与互联网本身的架构相似，不同的层处理不同的责任。

未来的区块链将不会是一个在绝对去中心化的情况下处理每秒数百万笔交易的单一网络。它将是一个生态系统，在这个生态系统中，Layer 1 提供信任，Layer 2 提供性能，用户可以根据每时每刻的实际需求在它们之间无缝导航。