层 1 链在区块链中的作用

区块链技术通常被描述为分层堆栈，每层都有独特的用途。Layer 0，通常被称为区块链的区块链，作为区块链层次结构的基础硬件基础设施。在 Layer 0 之上是 Layers 1、2 和 3。

在本指南中，我们将探讨 Layer 1 链的核心功能和用途。让我们开始吧。

什么是层 1 区块链？

层 1 的定义

Layer 1 链（或“L1”）是区块链生态系统的基础网络，独立管理交易执行、数据验证和共识机制。L1 独立于其他区块链运行，包含几个协同工作的组件，以提供去中心化、安全性和可用性。

• 网络节点 – 存储区块链副本并相互通信的全球计算机
• 共识层 – 节点就有效性达成一致规则（如比特币挖矿或以太坊质押）
• 数据层 – 存储整个区块链历史，以确保过去的交易无法被更改或篡改。
• 交易层—此层处理代币转移和智能合约，以确保它们仅按照网络规则运行。
• 应用层 – 此层是去中心化应用 (dApps)、DeFi 平台和其他区块链服务的接口。
• 原生代币 – 这些是驱动区块链的货币。代币用于支付交易费用、奖励验证者并促进治理参与。

以太坊、Solana 和比特币是 Layer 1 链的示例，它们都有自己的安全架构、原生代币和共识机制。

层 1 与层 2 的区别

Layer 1 网络构成基础，而 Layer 2 在此基础上构建，以修复速度、成本和效率等方面的局限性。以下是两者的比较：

功能	层 1 (L1)	层 2 (L2)
依赖性	作为主区块链独立运行	构建在层 1 网络之上
交易处理	所有交易直接在主区块链上处理	交易在链下处理，然后打包*并在 L1 上最终确定
速度	较慢，因为所有节点都必须验证每笔交易	快得多，验证要求减少
成本	费用较高，尤其是在需求高峰期	费用较低，因为链下处理和高效的打包*
安全性	通过自身的共识机制进行安全保护	继承自底层层 1 网络的安全性
扩展性	基础协议更改，如增加区块大小或更改共识机制，可以提高可扩展性	涉及使用链下网络或服务来提高可扩展性

*打包意味着将许多小额交易合并为一笔，并将其作为单个条目发送到主区块链，而不是单独处理它们。

为什么层 1 被称为基础层

Layer 1 链被称为“基础层”，因为它们作为区块链生态系统的基础层，其他层和应用程序都构建于其上。L1 链提供核心服务，如交易验证、共识和安全性，通常不依赖其他底层网络。 

层 1 链的核心功能

交易验证和安全性

Layer 1 区块链是直接在区块链上验证和记录交易的基本机制。每笔交易在永久添加到分布式账本之前，都会经过严格检查以确保其真实性和合法性。 

此过程对于防止欺诈活动（如双重支出或操纵交易历史）至关重要。Layer 1 区块链因此为去中心化系统建立了安全且值得信赖的基础。

共识机制（PoW 与 PoS）

每个 L1 的核心都有一个共识机制。这些机制，如工作量证明 (PoW) 或权益证明 (PoS)，定义了如何验证和达成一致的交易。例如，比特币使用工作量证明 (PoW) 共识机制；矿工必须尝试解决加密问题（数学难题）来验证交易。另一方面，以太坊使用权益证明 (PoS) 共识机制；验证者将锁定代币以验证交易并保护网络。

原生代币经济学（例如 ETH、BTC、SOL）

每个 Layer 1 都有一个驱动其生态系统的原生代币。比特币 (BTC)、以太坊 (ETH) 和 Solana (SOL) 是主要示例。这些代币用于支付交易费用、激励验证者或矿工，并维护网络安全。它们还构成了构建在区块链上的应用程序的经济基础。

智能合约部署（以太坊、Solana、Avalanche）

像以太坊、Avalanche 和 Solana 这样的区块链不仅仅是为了处理交易而构建的。它们支持智能合约部署，这意味着开发人员可以直接在链上启动去中心化应用 (dApps)、DeFi 协议、NFT 项目和其他 Web3 服务。这些网络已演变为全面的开发环境，而不仅仅是交易账本。

*智能合约？将其视为一种自动程序，当满足特定条件时，它会在区块链上执行特定操作。

领先的层 1 区块链示例

比特币 – 用于支付的原始层 1

比特币于 2009 年推出，是第一个也是最广泛使用的 Layer 1 区块链。它被设计为一种去中心化的数字货币和点对点支付系统，没有银行或中介。交易记录在公共账本上，并由矿工使用工作量证明进行验证，矿工竞争解决复杂难题，并通过保护网络获得比特币奖励。

以太坊 – 智能合约先驱

以太坊通过引入智能合约彻底改变了区块链，使得在链上构建 dApps 成为可能。以太坊于 2015 年推出，已成为 DeFi、NFT、DAO 和 Web3 生态系统的基础。以太坊也有自己的加密货币 Ether，并已成为按市值计算的全球第二大区块链平台。

Solana – 用于速度和 dApps 的高性能 L1

Solana 旨在实现高吞吐量和低成本交易，能够每秒处理数千笔交易。它通过使用工作量证明 (PoS) 和历史证明 (PoH) 的混合模型来实现这一目标，从而提供精确的交易时间排序。 

Avalanche – 子网和自定义链

通过其子网架构，Avalanche 提供了 Layer 0 框架，允许开发者和企业启动针对特定用例定制的区块链。这些子网可以拥有自己的治理模型和代币，使 Avalanche 对于需要灵活性的企业特别有吸引力。 

凭借其快速的交易最终性（在几秒内）和低费用，Avalanche 将自己定位为以太坊在 DeFi 和企业区块链采用方面的竞争对手。

Polkadot & Cosmos – 专注于互操作性的层 1

Polkadot 和 Cosmos 的主要功能是互操作性。Polkadot 将称为 parachains 的专用区块链连接到其主中继链，允许它们共享安全和通信。 

相反，Cosmos 使用跨链通信 (IBC) 协议将独立的区块链链接在一起。两者都旨在通过创建一个多个区块链可以无缝交互、交易资产和共享数据的生态系统来解决区块链中的“孤岛问题”。

层 1 区块链的挑战

可扩展性和吞吐量限制

Layer 1 区块链通常难以处理每秒高交易量 (TPS)。例如，比特币处理约 7 TPS，以太坊在其基础层上处理 15–30 TPS。与传统的支付系统（如 Visa，其常规操作处理约 1,700 TPS，峰值容量为 65,000 TPS）相比，L1 的这些数字远未达到全球规模支付系统或大规模采用所需的标准。 

为了解决这一挑战，出现了几种干预措施，包括链上（L1）解决方案，如分片、硬分叉以及共识机制升级（如以太坊从工作量证明转向权益证明），以及链下（L2）解决方案，如滚动层、批处理和闪电网络。

高燃气费和网络拥塞

当网络需求增加时，交易成本可能变得极其昂贵。以太坊用户在 2020 年的 DeFi 夏季和 2021 年的 NFT 热潮中亲身体验到了这一点，当时简单的操作（如交换代币或购买 NFT）可能需要花费 50-200 美元以上的 燃气费。这些高昂的成本有效地将小型用户排除在外，并促使许多人寻求替代方案，如币安智能链或较新的 Layer 2 解决方案（如 Arbitrum 和 Polygon），它们通过在以太坊之上构建以更低的成本处理交易。

安全性与去中心化的权衡

比特币和以太坊通过让成千上万的去中心化参与者参与共识来维持安全性和信任，但这会减慢交易速度。 

相比之下，币安智能链提供更快速、更便宜的交易，但依赖于小得多的验证者集合（约 21 个），这引发了关于集中化和审查风险的疑问。这少数验证者可能会串通或受到压力以阻止特定交易，使网络容易受到集中控制的影响。

能源效率和可持续性担忧

比特币的工作量证明挖矿现在 每年消耗约 187 TWh 的电力，大致相当于泰国的年度用电量，约占全球电力消耗的 0.6%。这引起了环保组织和监管机构的日益批评。

为了应对这些担忧，以太坊在 2022 年完成了“合并”，从工作量证明转向权益证明，将其能源消耗减少了 99% 以上。然而，这种转变引发了新的辩论，即网络是否为了可持续性而倾向于增加集中化。通过权益证明共识机制，大型质押池可能会集中网络控制权。

层 1 与层 2：关键区别

结算、安全性和最终性

• Layer 1：基础区块链（例如比特币、以太坊）负责验证交易、维护账本并确保共识。结算和最终性直接在链上发生，这意味着在此记录的交易被视为最终的“真相来源”。
• Layer 2： 构建在 Layer 1 之上，Layer 2 继承了基础层的安全性和结算保证，但在链下以小批量处理交易。结果随后打包并返回 Layer 1 进行最终结算。

Arbitrum 和 Optimism 在链外执行数千笔交易，但结果会定期在以太坊主网上结算。

交易的成本和速度

• Layer 1： 有限的区块空间意味着高需求会导致更高的费用和更慢的确认。例如，在以太坊上 NFT 或 DeFi 活动激增期间，燃气费飙升，使得小额交易变得不切实际。
• Layer 2： 通过在链下处理交易或将它们打包在一起，L2 大幅降低了成本并加快了处理速度。用户不必直接与 L1 区块空间竞争，而是受益于聚合结算。

在以太坊 Layer 1 上可能需要 30 美元以上燃气费的交换，在 Arbitrum 上可能不到 1 美元。同样，比特币的闪电网络 enables 即时、近乎零费用的支付，与较慢、更昂贵的比特币基础链相比。

L1/L2 配对示例（以太坊 + Arbitrum/Optimism，比特币 + 闪电网络）

• 以太坊 + Arbitrum/Optimism： 以太坊提供安全性和结算。Arbitrum 和 Optimism（滚动层）通过在链外执行交易然后结算回以太坊来提供可扩展性。
• 比特币 + 闪电网络： 比特币提供安全、不可变的结算，而闪电网络 enables 快速、链下微支付，可用于日常事务，如打赏或零售支付。
• Polygon (PoS Chain) + 以太坊： Polygon 提供更快、更便宜的交易，并拥有通往以太坊的桥梁，使其成为一种混合 Layer 2/侧链扩展解决方案。

层 1 链的未来

以太坊的路线图和分片

以太坊最初计划使用分片技术，将区块链拆分为更小的并行链以提高交易速度。然而，当 Layer 2 滚动方案（在链下处理交易的解决方案）被证明在扩展性方面更有效时，这种方法被弃用。

相反，以太坊采用了以滚动层为中心的战略。目标是使以太坊成为最安全的基础层，同时为滚动层提供廉价的数据存储。这种新方法被称为 danksharding – 它不会将以太坊分割成处理交易的分片，而是提高了网络高效处理滚动层数据的能力。

第一步，proto-danksharding（EIP-4844），于 2024 年 3 月 13 日随着 Dencun 升级推出。它引入了“blobs”——一种更便宜存储滚动层数据的方式， 这已经将 Layer 2 费用降低了 10-100 倍。

随着时间的推移，以太坊将扩展 blob 容量并完全实施 danksharding，目标是通过滚动层实现每秒超过 100,000 笔交易 同时保持去中心化和安全性。

多链生态系统的增长

区块链领域正转向专用网络，而不是依赖一条链来做所有事情。比特币作为机构的数字黄金。以太坊 引领 DeFi，总锁定价值 (TVL) 超过 900 亿美元，Solana 驱动快节奏的游戏和 NFT，Avalanche 通过可定制的子网吸引企业。

Aave 和 Uniswap 等主要协议不再局限于单一区块链。相反，它们同时在多个网络上运行，允许用户选择交互场所。在 Polygon 上，它们受益于低费用；在 Solana 上，它们获得更快的执行速度；而在以太坊上，它们获得最大的安全性和去中心化。在实践中，用户可能将财富存储在比特币上，在以太坊上赚取收益，并在 Solana 上玩游戏，所有这些都在同一个生态系统中完成。

这创造了一个更强大、更高效的区块链经济，而不是迫使一个网络同时处理安全性、可扩展性和低成本。

互操作性（跨链桥、IBC）的作用

随着各种区块链专注于不同的功能，用户需要在其间移动资产和数据的方法。跨链桥充当连接多个区块链网络的数字高速公路。通过跨链桥，用户可以将代币从以太坊等更昂贵的区块链转移到 Polygon 或 Solana 等更便宜或更快的区块链，并在需要时转回。 

一些流行的桥包括 Polygon 的 PoS 桥，它提供以太坊到 Polygon 的转账，而像 Cosmos 的跨链通信 (IBC) 这样的协议连接了数十个区块链，并创建了一个以主要焦点为中心的生态系统。还有像 LayerZero 和 Wormhole 这样的服务，提供跨多种网络的跨链桥服务。

然而，这些桥存在一个主要问题：它们是黑客的主要目标，因为它们持有大量加密货币。Ronin 桥（被盗 6.25 亿美元）和 Wormhole（被盗 3.2 亿美元）等重大攻击表明，桥的安全性仍在发展中。尽管存在这些风险，但对于希望利用不同区块链优势的用户来说，桥仍然是必不可少的。

机构对 Layer 1 网络的采用

比特币仍然是机构中采用最深的 Layer 1。Strategy（前身为 MicroStrategy）、Metaplanet 和 MARA Holdings 等公司在其国库中持有大量比特币，将其视为“数字黄金”和对冲通胀的工具。

以太坊也显示出强劲的机构势头。上市公司持有近 966,000 枚 ETH，价值约 35 亿美元。Ether Machine、Bitmine Immersion Technologies 等公司在以太坊上采取了强劲立场，将其作为替代价值存储和去中心化金融平台。

重大的机构利用可以持续使 Layer 1 发展成为更强大、更安全、全球整合的数字金融基础设施，而 Layer 2 和互操作性协议则扩展其能力。