加密基礎知識筆記：區塊鏈Layer知識圖譜

一、區塊鏈的 Layer 是什麼？

數據層（Data Layer）：具有分佈式、不可篡改性質的數據，這些數據需要由所有的節點來共同維護。

網絡層（Network Layer）：區塊鏈上的所有的節點構成的一個龐大的分散式點對點的網絡。

共識層（Consensus Layer）：區塊鏈需要共識機制來維護數據的一致性，著名的共識機制包括 PoW、PoS 以及 DPoS。

激勵層（Actuator Layer）：區塊鏈的獎勵機制，以各個節點通過維護區塊鏈的網絡，來打包區塊爭取記帳權。

合約層（Contract Layer）：區塊鏈的代碼基於無第三方的干涉賦予鏈上的智能合約應用基礎。

應用層（Application Layer）：區塊鏈系統上基於技術開發而延伸出多元應用的解決方案。

區塊鏈系統的 6 大架構是不可或缺的，其中數據層及網絡層是區塊鏈系統中的最底層，在它們之上是由共識層、激勵層、合約層及應用層共同構成區塊鏈協議。我們可以根據區塊鏈系統的架構再次劃分，從底部開始分別為 Layer 0 到 Layer 4。

二、區塊鏈 Layer 的案例

當我們知道隨著區塊鏈的發展能夠針對其需求而做出解決方案後，那麼它們分別可以被應用在哪裡呢？以下我們將會通過思維導圖（較直觀）的方式為你簡單講解常見的區塊鏈應用，以及有哪些幣種或應用程式。 附圖1（截止2024年8月數據）

比特幣閃電網絡

比特幣上的一個主要的 Layer2 擴容方案是閃電網絡（Lightning Network），為小額支付場景進行優化。閃電網絡的主要實現是，支付的雙方在鏈下建立一個"通道"，雙方可以在這個"通道"多次進行支付交易，在需要結算時，關閉通道即可。當支付的雙方沒有直接的"通道"可以借助第三方節點進行中轉。 附圖2（截止2024年8月數據）

三、區塊鏈不可能三角

區塊鏈不可能三角是以太坊創始人 Vitalik Buterin 提出的理論，指的是區塊鏈網絡無法同時實現安全性、去中心化和可擴展性不能同時滿足。

（一）安全性

指網絡抵抗惡意攻擊的能力，如防止雙花攻擊或51%攻擊，確保交易的不可篡改性。

（二）去中心化

指的是網絡的無中心化結構，所有節點具有平等地位，共同參與決策，這是區塊鏈抵禦審查和單點故障的關鍵。

（三）可擴展性

即區塊鏈處理交易的能力，包括高交易吞吐量和低延遲，是實現大規模應用的前提。

不可能三角現象出現的原因是為了提高區塊鏈的交易處理速度和容量，通常需要更多的計算能力和網絡帶寬，這使得節點的運行變得更加昂貴和困難。這可能導致網絡上的節點數量減少，更加集中化，可能還會損害其安全性和去中心化特性。

因此，不可能三角難題凸顯了區塊鏈在追求可擴展性時面臨的權衡和實現真正去中心化、可擴展區塊鏈時遇到的挑戰。

四、Layer2的實現方式

區塊鏈Layer2是一種擴展性解決方案，指在底層區塊鏈協議之上運行的網絡或技術，以提高網絡可擴展性，提高交易速度，並降低成本、保證安全性。通過將部分交易移至第二層，Layer2技術還可以有效緩解擁擠和高昂的底層區塊鏈交易費用的問題。

通過讓底層區塊鏈專注於去中心化、安全性、可用性等關鍵方面，Layer2解決方案增強了用戶體驗，並對整個加密行業的增長起到了重要作用。

當前，主流的Layer2解決方案包括Optimistic Rollups、Zero-Knowledge Rollups、側鏈等。

（一）什麼是Optimistic Rollup？

Optimistic Rollups是一種Layer2協議，允許用戶在鏈下執行計算和狀態存儲，提高了以太坊區塊鏈的處理速度並降低了交易費用。

Optimistic Rollups運營商通過將多個鏈下交易大批量打包再提交至以太坊網絡的過程，將固定成本分散，從而降低最終用戶的費用。

Optimistic Rollups的架構包括鏈上合約和鏈下虛擬機。

Optimistic Rollups的操作由以太坊上運行的智能合約控制，包括存儲區塊、監控狀態更新以及跟蹤用戶存款的合約。

Optimistic Rollup最突出的兩個方案是 Arbitrum 和 Optimism。

（二）什麼是ZK Rollup？

Zero-Knowledge Rollups是另一種Layer2解決方案，使用ZK Proof來驗證單批最多數千筆交易的有效性，然後將最少的摘要數據發布到主鏈。

零知識證明（Zero --- Knowledge Proof，ZKPs）是一種證明方法，通過這種方法，一方（證明者）可以在不透露任何實際信息的情況下，向另一方（驗證者）證明它知道一個秘密或一個聲明是真實的。

這可用於提高區塊鏈上的隱私性，因為它允許在不洩露有關交易的敏感信息的情況下驗證交易。

Zero-Knowledge Rollups的狀態由部署在以太坊網絡上的智能合約維護，要更新此狀態，Zero-Knowledge Rollups節點必須提交有效性證明以進行驗證。

這種有效性證明是一種加密保證，表明提出的狀態更改確實是執行給定批次交易的結果。

這意味著Zero-Knowledge Rollups只需要提供有效性證明即可完成以太坊上的交易，而不是像Optimistic Rollups那樣將所有交易數據發布到鏈上。

目前，存在多種Zero-Knowledge Rollups實現，包括Loopring、zkSync、Starknet等。使用zkEVM的項目包括Polygon zkEVM、Scroll、Taiko等。

（三）Optimistic Rollup與ZK Rollup技術特性對比圖

本小節內容我們就分享到這裡，這是《加密基礎知識筆記》系列連載的第一部分內容，知識架構圖裡面的更多內容我們會持續進行連載分享。完整版的《加密基礎知識筆記》會在連載更新完畢之後，統一整理成PDF並提供下載閱讀。

注：以上部分內容來自於網絡，若有標註錯誤或其他任何問題建議、請直接留言告知我們即可。本文所有信息僅用於學習記錄與科普交流之用，均不應被視為投資建議。