加密基础知识笔记：区块链Layer知识图谱

一、区块链的 Layer 是什么？

数据层（Data Layer）：具有分布式、不可篡改性质的数据，这些数据需要由所有的节点来共同维护。

网络层（Network Layer）：区块链上的所有的节点构成的一个庞大的分散式点对点的网络。

共识层（Consensus Layer）：区块链需要共识机制来维护数据的一致性，著名的共识机至包含 PoW、PoS 以及 DPoS 。

激励层（Actuator Layer）：区块链的奖励机制，以各个节点通过维护区块链的网络，来打包区块争取记帐权。

合约层（Contract Layer）：区块链的代码基于无第三方的干涉赋予链上的智能合约应用基础。

应用层（Application Layer）：区块链系统上基于技术开发而延伸出多元应用的解决方案。

区块链系统的 6 大架构是不可或缺的，其中数据层及网络层是区块链系统中的最底层，在它们之上是由共识层、激励层、合约层及应用层共同构成区块链协议。我们可以根据区块链系统的架构再次划分，从底部开始分别为 Layer 0 到 Layer 4。

二、区块链 Layer 的案例

当我们知道随着区块链的发展能够针对其需求而做出解决方案后，那么它们分别可以被应用在哪里呢？以下我们将会通过思维导图（较直观）的方式为你简单讲解常见的区块链应用，以及有哪些币种或应用程式。

比特币闪电网络

比特币上的 一个主要的 Layer2 扩容方案是闪电网络（Lightning Network），为小额支付场景进行优化。闪电网络的主要是实现是，支付的双方在链下建立一个”通道”，双方可以在这个“通道”多次进行支付交易，在需要结算时，关闭通道即可。当支付的双方没有直接的”通道”可以借助第三方节点进行中转。

三、区块链不可能三角

区块链不可能三角是以太坊创始人 Vitalik Buterin 提出的一个理论，指的是区块链网络无法同时实现安全性、去中心化和可扩展性不能同时满足。

（一）安全性

指网络抵抗恶意攻击的能力，如防止双花攻击或51%攻击，确保交易的不可篡改性。

（二）去中心化

指的是网络的无中心化结构，所有节点具有平等地位，共同参与决策，这是区块链抵御审查和单点故障的关键。

（三）可扩展性

即区块链处理交易的能力，包括高交易吞吐量和低延迟，是实现大规模应用的前提。

不可能三角现象出现的原因是为了提高区块链的交易处理速度和容量，通常需要更多的计算能力和网络带宽，这使得节点的运行变得更加昂贵和困难。这可能导致网络上的节点数量减少，更加集中化，可能还会损害其安全性和去中心化特性。

因此，不可能三角难题凸显了区块链在追求可扩展性时面临的权衡和实现真正去中心化、可扩展区块链时遇到的挑战。

四、Layer2的实现方式

区块链Layer2是一种扩展性解决方案，指在底层区块链协议之上运行的网络或技术，以提高网络可扩展性，提高交易速度，并降低成本、保证安全性。通过将部分交易移至第二层，Layer2技术还可以有效缓解拥挤和高昂的底层区块链交易费用的问题。

通过让底层区块链专注于去中心化、安全性、可用性等关键方面，Layer2解决方案增强了用户体验，并对整个加密行业的增长起到了重要作用。

当前，主流的Layer2解决方案包括Optimistic Rollups、Zero-Knowledge Rollups、侧链等。

（一）什么是Optimistic Rollup？

Optimistic Rollups是一种Layer2协议，允许用户在链下执行计算和状态存储，提高了以太坊区块链的处理速度并降低了交易费用。

Optimistic Rollups运营商通过将多个链下交易大批量打包再提交至以太坊网络的过程，将固定成本分散，从而降低最终用户的费用。

Optimistic Rollups的架构包括链上合约和链下虚拟机。

Optimistic Rollups的操作由以太坊上运行的智能合约控制，包括存储区块、监控状态更新以及跟踪用户存款的合约。

OptimisticRollup最突出的两个方案是 Arbitrum 和 Optimism。

（二）什么是ZK Rollup？

Zero-Knowledge Rollups是另一种Layer2解决方案，使用ZK Proof来验证单批最多数千笔交易的有效性，然后将最少的摘要数据发布到主链。

零知识证明（Zero — Knowledge Proof，ZKPs）是一种证明方法，通过这种方法，一方（证明者）可以在不透露任何实际信息的情况下，向另一方（验证者）证明它知道一个秘密或一个声明是真实的。

这可用于提高区块链上的隐私性，因为它允许在不泄露有关交易的敏感信息的情况下验证交易。

Zero-Knowledge Rollups的状态由部署在以太坊网络上的智能合约维护，要更新此状态，Zero-Knowledge Rollups节点必须提交有效性证明以进行验证。

这种有效性证明是一种加密保证，表明提出的状态更改确实是执行给定批次交易的结果。

这意味着Zero-Knowledge Rollups只需要提供有效性证明即可完成以太坊上的交易，而不是像Optimistic Rollups那样将所有交易数据发布到链上。

目前，存在多种Zero-Knowledge Rollups实现，包括Loopring、zkSync、Starknet等。使用zkEVM的项目包括Polygon zkEVM、Scroll、Taiko等。

（三）Optimistic Rollup与ZK Rollup技术特性对比图

本小节内容我们就分享到这里，这是《加密基础知识笔记》系列连载的第一部分内容，知识架构图里面的更多内容我们会持续进行连载分享。完整版的《加密基础知识笔记》会在连载更新完毕之后，统一整理成PDF并提供下载阅读。

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