区块链技术给数据存储和传输方式带来了重大革命。 它被认为是 21 世纪最具突破性的创新之一。 然而，由于其 5 个技术层看似复杂，许多用户仍然不了解其基本结构。
区块链的核心是一个去中心化的分布式账本，可确保交易安全、透明和不可变。 它通过计算机网络发挥作用，验证每笔交易并将其记录在一系列加密的区块中，然后将这些区块链接在一起形成一条链。 尽管 Bitcoin 和 Ethereum 等加密货币近年来普及了这项技术，但其应用范围远远超出了数字货币本身。
要充分理解区块链技术的功能和潜力，必须了解实现其功能和有效性的多个层次。 希望利用区块链进行运营或投资的企业和投资者必须全面了解这些底层组件。
区块链技术的主要优势包括透明度、增强安全性、提高效率、降低运营成本以及消除中介机构。 随着 Web 3.0 和去中心化账本技术 (DLT) 的出现，了解区块链的不同层变得至关重要。 这些层在区块链系统的整体架构中发挥着至关重要的作用，实现了去中心化网络的无缝运行和组织。 在以下部分中，我们将探讨这些层的重要性以及它们如何为区块链技术的运作做出贡献。
区块链技术的组成部分
节点应用程序：节点应用程序允许任何连接互联网的计算机参与区块链生态系统。 节点应用程序的示例包括Bitcoin钱包和区块链平台。 在某些情况下，例如银行连锁店，参与可能仅限于银行等特定实体。
分布式/共享账本（数据库）：区块链系统采用分布式账本，使参与者能够访问共享数据库和内容。 分类账包含一系列必须遵守的规定。 例如，在bitcoin节点应用程序中，遵守程序代码的规定是必要的。
共识算法：共识算法对于区块链网络的功能和安全性至关重要。 他们确保区块链数据的完整性和一致性。 共识算法决定网络节点如何就接受哪些交易达成一致。 此外，区块链的防篡改是通过在对块进行任何更改时重新生成所有后续块的要求来实现的。
虚拟机：虚拟机是真实或假设的机器的软件表示，可以通过特定语言的指令进行控制。 它将物理对象或实体抽象为计算机上的虚拟对应物trac 例如，屏幕上的图形应用程序按钮会触发计算机内程序状态的变化。
点对点 (P2P) 网络：点对点网络是一种分散式模型，其中多个对等节点无需依赖中央服务器即可进行通信。 在区块链网络中，每个节点既充当客户端又充当服务器，共同提供和管理数据。 这种点对点架构增强了数据可用性并降低了信息丢失的风险。
揭开区块链技术的分层架构
在像区块链这样的分布式网络架构中，网络中的每个参与者都有责任维护、验证和更新新条目。 区块链技术的结构基于包含按特定顺序排列的交易的块的集合。 这些列表可以存储为 TXT 格式的平面文件或简单的数据库。 区块链架构可以采用多种形式，例如公共网络、私有网络或联盟网络。
区块链的分层架构通常分为六个不同的层。 让我们探讨这些层及其在区块链技术背景下的重要性。
硬件基础设施层
硬件基础设施层是指存储区块链内容在世界各地数据中心的物理组件和服务器。 在客户端-服务器架构中，客户端在浏览网页或使用应用程序时向应用程序服务器请求数据或内容。
点对点网络层
在区块链中，点对点（P2P）网络层允许客户端直接与其他点连接以共享数据。 它创建了一个大型计算机网络，共同计算、验证交易并将其记录在共享账本中。 参与网络的每台计算机称为节点，它们共同形成一个存储所有数据和交易的分布式数据库。
数据层
区块链的数据层是指区块链本身的结构。 它表示为块的链接列表，其中交易是有序的。 数据结构由链接在一起的块组成，每个块包含数据和指向前一个块的指针。 此外，默克尔树（一种哈希二叉树）在确保区块链系统的安全性、完整性和不可辩驳性方面发挥着至关重要的作用。
安全和完整性层
为了保护数据的安全性和完整性，区块链内的交易都经过数字签名。 交易使用私钥进行签名，任何拥有相应公钥的人都可以验证签名。 数字签名确保数据的不变性和真实性，使其不易被篡改或操纵。
网络层
网络层，也称为 P2P 层或传播层，处理区块链网络内的节点间通信。 它有利于节点的发现、交易传播和块同步。 网络层确保节点能够相互发现并交互，使区块链网络保持一致且合法的状态。
共识层
共识层是任何区块链平台的关键组成部分。 它验证并排序区块，确保网络参与者之间达成一致。 无论是 Ethereum、超级账本还是其他区块链，共识层通过确保整个网络达成并维持共识，在维护区块链的完整性和可信度方面发挥着至关重要的作用。
应用层
在区块链架构中，应用层包含智能trac、链码和去中心化应用程序（DApp）。 该层进一步分为应用层和执行层，每个层服务于不同的目的。
应用层包括使最终用户能够与区块链网络交互的程序。 它包括脚本、应用程序编程接口 (API)、用户界面和框架。 这些组件促进用户和区块链网络之间的无缝通信。 用户可以通过这些应用程序访问和使用区块链的功能，而API则充当应用程序与底层区块链网络之间的通信手段。
另一方面，执行层包含智能trac、链码和底层规则。 智能trac是自动执行的trac，具有在区块链上编码的预定defi条件和规则。 链码是指在区块链平台上运行的代码，管理智能trac和交易的执行。 这些组件是执行层的一部分，负责执行区块链网络的逻辑和规则。
当事务发生时，它从应用层转移到执行层。 然而，交易是在执行层的语义层进行验证和执行的。 应用程序向执行层提供指令，然后执行层执行交易并确保区块链的确定性。 这意味着交易的结果由执行层指定的规则和逻辑决定，增加了区块链网络的信任和可靠性。
区块链协议的层次
区块链技术中的第 0 层
Layer 0代表了区块链技术的底层网络架构，是整个区块链协议的基石。 它在为区块链网络有效运行提供必要的基础设施方面发挥着至关重要的作用。
Layer 0 的核心是利用原生代币（通常称为加密货币）来实现网络内的开发和积极参与。 这些原生代币是区块链生态系统中价值转移和激励的主要手段。
几个著名的区块链协议在第 0 层运行，并拥有与其关联的原生代币。 这些包括：
Bitcoin($BTC)：Bitcoin是开创性的加密货币，也是第 0 层区块链协议最著名的例子。 它在自己的网络上运行，并依赖第 0 层基础设施来促进安全的点对点交易并维护区块链分类账。
Ethereum($ETH)：Ethereum是另一个著名的 Layer 0 区块链协议，它向区块链生态系统引入了智能合约trac。 使用其原生加密货币 Ethertrac的平台
Polkadot ($ DOT )： Polkadot 是一个在 Layer 0 运行的多链平台，旨在实现不同区块链网络之间的互操作性。 它促进了跨链通信，并允许在不同的区块链之间无缝传输资产和数据。
第 0 层还包含区块链网络高效运行所需的各种基本组件，例如互联网、硬件和连接基础设施。 此外，它还建立了管理区块链生态系统的基本协议和标准，包括共识机制、数据结构和网络通信协议。
通过提供坚实的基础，Layer 0 能够促进区块链技术堆栈中后续层的开发和增长，从而促进整个生态系统的创新、可扩展性和互操作性。
区块链技术的第一层
第 1 层也称为实现层，建立在第 0 层提供的基础上，包含区块链网络的核心功能。 它负责存储区块链上的实际数据，对于保证区块链信息的准确性和防篡改起着至关重要的作用。
在第 1 层中，数据被组织成块，块是已由网络节点验证和确认的事务的集合。 这些区块按线性、时间顺序加入区块链，形成作为区块链技术核心的不可变账本。
Bitcoin、 Ethereum、 Cardano和 Ripple等著名的区块链网络在第一层运行，利用各自的协议来存储和保护区块链的数据。 然而，可扩展性一直是第 1 层区块链的一个挑战，因为底层第 0 层协议中的任何更改或问题都会影响其性能。
传统上，依赖工作量证明 (PoW) 共识机制的第 1 层区块链系统（例如 Bitcoin 和合并前的 Ethereum 网络）随着网络的发展而面临可扩展性问题。 参与者数量的增加需要更高的计算能力，从而导致交易费用（汽油费）增加和处理时间更长。
为了解决这些可扩展性挑战，第 1 层区块链正在向权益证明 (PoS) 系统发展，该系统的能源需求显着降低。 此外，某些 PoS 系统采用的分片技术可以通过划分计算负载来帮助提高可扩展性。
区块链技术的第 2 层
第 2 层协议（也称为扩展解决方案）在第 1 层之上运行，并提供实现更高交易吞吐量和更低费用的机制。 这些解决方案使某些交易能够在链外进行，从而减轻第一层生态系统的负担，并允许更便宜和更快的交易。
第 2 层解决方案的一个著名示例是闪电网络，它是在 Bitcoin 区块链之上实现的。 闪电网络通过支持链下交易执行，同时利用底层第一层区块链的安全性，促进快速且经济高效的小额支付。
侧链是另一种类型的第 2 层解决方案，可以增强可扩展性和功能。 一个例子是 Ronin Network，它被流行的NFT游戏 Axie Infinity 使用。 Ethereum的侧链运行，为进行与游戏相关的交易提供单独的环境。 在 2022 年合并之前Ethereum相关的高额 Gas 费用
第 2 层解决方案在扩展第 1 层区块链的功能方面发挥着至关重要的作用，使它们更具可扩展性、高效性和成本效益，同时仍然利用底层第 1 层基础设施提供的安全性和去中心化性。作为实现层，第 1 层建立在第 0 层之上并维护区块链网络的核心功能。 第 1 层区块链的示例包括 Bitcoin、 Ethereum、 Cardano和 Ripple。 然而，可扩展性仍然是该层的一个挑战，因为底层 0 层协议中的任何更改或问题都可能影响第 1 层。
区块链技术的第三层
第 3 层称为应用程序层，作为去中心化应用程序 (dApp) 和支持区块链生态系统中不同应用程序的各种协议的主机。 该层对于实现真正的互操作性和支持区块链技术实际用例的开发至关重要。
在第 3 层中，有一些子层有助于促进区块链协议的有效分离和组织。 其中一个细分包括应用程序和执行子层，它们协同工作以实现区块链应用程序的顺利运行。
第 3 层在提供允许人类与区块链交互的用户界面 (UI) 方面发挥着关键作用。 这些 UI 可实现与各种去中心化应用程序的无缝通信和交互，包括新兴的去中心化金融 (DeFi) 领域的应用程序。 第 3 层应用程序的示例包括去中心化交易所、流动性供应平台、质押应用程序和钱包提供商。
Uniswap 和 PancakeSwap 等去中心化加密货币交易所是第 3 层接口的典范，使用户能够以点对点的方式交换加密货币。 Binance 和 Coinbase 等钱包提供商也在这一层运营，为用户提供数字资产的安全存储和管理。
此外，第 3 层包含支持流动性管理的协议和平台，例如 Compound 和 Aave。 这些协议促进借贷和流动性挖矿，允许用户与其资产进行交互并在区块链生态系统中赚取回报。
通过托管 dApp 并提供用户友好的界面，Layer 3 使区块链技术更接近现实世界的采用和可用性。 它的功能超越了单纯的用户界面，实现了链内和链间的可操作性，并使用户能够以简单直观的方式参与区块链应用程序。
结论
了解区块链技术的各个层次对于充分发挥其潜力至关重要。 从第 0 层到第 3 层的不同层提供了强大的区块链生态系统所需的基础、可扩展性解决方案、交易数据和应用程序。
可扩展性仍然是区块链技术的一个重大挑战，但开发人员正在积极寻找解决方案来解决这个问题。 提高可扩展性对于实现区块链在全球的大规模采用并实现其跨行业的变革潜力至关重要。
虽然区块链技术提供了巨大的可能性，但解决每一层的安全漏洞也很重要。 为了降低潜在风险并确保区块链系统的完整性，必须进行全面的审计和强大的安全措施。
尽管面临挑战，区块链技术仍在不断发展并彻底改变各个领域。 通过了解区块链的层次和可扩展性，企业、投资者和开发人员可以利用其优势来创建安全、透明和高效的解决方案。
区块链技术的未来在于持续的研究、开发和协作。 政府、组织和个人越来越认识到区块链的价值及其潜在应用。 随着不断的进步，区块链有可能重新defi技术、数据管理以及数字经济中的交易方式。
总之，区块链技术拥有巨大的前景，通过理解其各层并解决可扩展性挑战，我们可以释放其全部潜力，打造更安全、透明和高效的数字未来。
