为什么有人说以太坊是“一层”，而Optimism、Arbitrum却是“二层”？区块链之所以能实现透明、安全、去中心化和不可篡改，关键就在于它那套从底层硬件到顶层应用的多层架构。从第0层到第3层，再到硬件、数据、网络、共识与应用等功能分层，每一层都承担着独特的角色。下面，小编将为大家带来新手完整指南，一文讲清区块链的多层结构，以及L1与L2到底有何区别。

区块链的多层结构都有那些?L1与L2有什么区别?新手完整指南

区块链架构

区块链彻底改变了数据存储、传输和保护的方式，如今已成为21世纪最具革命性的创新之一。其应用领域在金融、供应链和Web3业务领域拥有巨大的扩展空间，因此对区块链各层及其运作方式的理解也正在成倍增长。下文将以通俗易懂、系统化的方式讲解区块链的加密层，以便开发者和投资者更好地理解其背后的运作机制。

区块链其实就是一个分布式、永久的账本，用于维护网络上的交易数据。比如，比特币就基于Layer1区块链，它拥有自己的共识、数据和网络。比特币的每笔交易都会被记录在这个账本上，因此它是一个开放安全的系统，任何人都可以审计。

与传统的中心化系统不同，区块链架构不存在单点故障。由于系统在验证者(或节点)链上复制，因此极难被黑客入侵或伪造。区块链层确保透明度，减少第三方使用，并降低运营成本。

现在让我们详细讨论区块链架构的各个层，看看它们各自如何有助于构建一个安全和分散的数字系统。

区块链的5个功能层

区块链有五个功能层：硬件层、数据层、网络层、共识层和应用层。这些区块链技术层相互协作，无缝衔接，促进去中心化网络的运行——从后端基础设施到终端用户的应用程序。

1、硬件层

硬件基础设施层是整个区块链平台的基础。它涵盖所有用于承载区块链节点的物理设备——计算机、服务器和网络设备。它们构成一个点对点(P2P)节点网络，提供去中心化的数据交换和验证。网络中的每个节点在运行智能合约、验证交易以及服务区块链方面都发挥着重要作用。

2、数据层

数据层负责格式化、存储和加密绑定交易数据。每笔交易都记录在一个区块中，其中包含加密货币金额、接收方公钥以及发送方签名(即加密绑定)等关键信息。区块按顺序堆叠，构成了区块链本身。

每条链的创世区块都被用作锚点。它永远不会在正向被引用，而所有其他区块都会在正向和反向被引用，从而对链进行加密哈希运算。

3、网络层

网络层支持区块链上的节点间通信。它使每个节点能够获取网络中正在验证的交易和区块的最新信息。这对于去中心化共识和区块传播至关重要。

也就是说，区块链的网络层就像一个消息传递协议——连接用户和验证者，发送交易，并实现节点发现。如果没有这样的层，区块链就不能用作分布式账本。

4、共识层

区块链中的共识层是去中心化决策的基石。它保证网络上所有节点在特定时间点对区块链的状态达成一致。不同的区块链采用不同的共识机制，例如工作量证明(PoW)或权益证明(PoS)，以验证交易并添加新区块。

让我们考虑一个例子：两个验证者正在验证两笔相互冲突的交易，共识算法保证其中一笔交易会被添加到区块链。在PoW中，矿工们相互竞争解决复杂的难题，获胜者将获得添加区块的权利。在PoS中，验证者是根据网络中的权益来选择的。

5、应用层

应用层是用户和开发者访问区块链网络的入口。应用层运行着各种去中心化应用程序(dApp)，例如钱包、DeFi协议、NFT市场、DAO等。虽然前端可能看起来和感觉上与传统应用程序相似，但后端却以去中心化基础设施的形式呈现。

智能合约——嵌入区块链的程序代码——在此层执行，执行逻辑并最大限度地减少中间人。第3层区块链协议也是其中的一部分，这使得基于第2层扩容解决方案或第1层区块链的用户友好型应用程序成为可能。

深入研究分层区块链协议

最后，让我们将功能层叠加在区块链协议的层上，更正确地称为第0层、第1层、第2层和第3层。

• 第0层——这是基础层，包含物理基础设施、互联网协议以及连接一系列区块链的底层架构。例如Cosmos和Polkadot，它们在生态系统之间具有互操作性。
• 第1层-这是区块链的基础层，负责监督数据管理、共识和网络交互。比特币、以太坊、Solana和Cardano是第1层区块链，dApp和智能合约可以在其中原生运行。
• 第2层——第2层区块链构建在第1层之上，在不牺牲安全性的情况下提供可扩展性。例如Optimism、Arbitrum和闪电网络。这些加密货币层正在缓解拥堵和交易费用。
• 第三层——也称为应用层，承载dApp、接口和开发者工具。第三层继承了底层的安全性，提供更丰富的用户体验。
• 这种多层级的区块链结构使应用程序高效、安全且可扩展，并提供了跨链交互和额外定制化的机会。理解区块链层级对于在复杂的Web3环境中运行至关重要。

交易、创建dApp或接收加密支付都依赖于每个区块链层确保系统的完整性和性能。

区块链架构层提供模块化和灵活性。

• 第1层提供信任和去中心化。
• 第2层提供可扩展性。
• 第3层将区块链带给用户。

随着采用率的增长以及ZK-rollups、跨链桥和主权链等技术的成熟，上述加密层将成为全球数字基础设施的基础。

区块链技术的层次

第0层：基础设施和互操作性

Layer0是区块链构建的最低层级基础，所有后续层级都建立在其之上。Layer0由物理设备(节点、服务器、硬件)、网络连接和互操作性协议组成，使两个或多个Layer1链能够相互通信。

主要工作：

• 开发连接和通信协议
• 促进主权链之间的互操作性
• 提供用于启动新Layer1的开发框架

示例：Cosmos、Polkadot、Avalanche的Subnet架构。

第0层主要负责通过促进跨链数据共享、智能合约之间的交互和流动性转移来解决区块链网络中的碎片化问题。

第1层：基础区块链协议

Layer1是基础区块链网络。它指定主链共识算法、区块结构和账本规则。所有基本交易都在这里进行验证和结算。

主要特点：

• 执行共识(PoW、PoS等)
• 处理交易最终性
• 支持原生代币和智能合约

例子：

• 比特币：点对点价值转移第一层
• 以太坊：智能合约第1层
• Cardano、Solana、Tezos：用于提高速度、降低费用和减少能源消耗的扩展器

问题：第1层受到可扩展性的限制，因此在高需求环境中交易处理时间较慢且费用增加。

第2层：扩展解决方案

Layer2解决方案堆叠在Layer1之上，在不损害去中心化的情况下提高可扩展性和效率。这些解决方案包括：

• Rollups：将链下交易与发布到Layer1的证明进行捆绑(例如Optimism、Arbitrum)
• 状态通道：秘密支付通道(例如比特币闪电网络)
• 侧链：与第1层交互的独立链(例如以太坊的Polygon)

好处：

• 更高的交易容量
• 降低gas/交易费用
• 更好的用户体验

第2层是大规模采用所缺少的环节，特别是对于低延迟和高容量的dApp(例如游戏、DeFi)。

第3层：应用和执行

第3层是应用层，dApp和智能合约就驻留在此层。用户界面位于此处，并支持针对原生移动应用程序或标准Web应用程序的区块链功能。

构建块：

• 用户界面
• 去中心化协议(DeFi、NFT、DAO等)
• 智能合约逻辑

创新和实验就在这里发生。从Uniswap到OpenSea，区块链中的许多活动都发生在第三层，处于较低层级的安全性之上。

L1与L2区块链：有什么区别?

特征	第 1 层区块链	第 2 层区块链
角色	基础协议层	L1 之上的扩展解决方案
例子	比特币、以太坊、Solana	闪电网络、Arbitrum
可扩展性	有限的	高的
费用	更高	降低
安全	本国的	继承自 L1
定制	低的	高的

实际用途

研究区块链层并不是一个理论概念——实际用途是应用它们来解决实际问题：

第0层示例-Polkadot

Polkadot为不同区块链(平行链)之间的互联互通提供了底层框架。它促进了原本孤立的网络之间的通信和互联互通——一个真正的Layer0协议。

第1层示例-以太坊

以太坊是Layer1区块链，具备线内共识、数据存储和智能合约功能。它是DeFi和NFT的天堂，但其可扩展性限制引发了人们对Layer2解决方案的兴趣。

第2层示例-任意与乐观

这些Layer2解决方案通过将交易路由到链下并在主网上提交，从而减少了以太坊的拥堵和Gas成本。它们在不影响安全性的情况下显著提高了吞吐量。

Layer3示例-Uniswap和OpenSea

像Uniswap(去中心化交易所)和OpenSea(NFT市场)这样的平台，都是建立在第2层和第1层解决方案之上的。这些平台可以被视为第3层实现，为区块链上的用户提供接口和业务逻辑。

每一层都有特定的用途——了解解决方案所在的位置有助于确定其实用性、可扩展性和风险状况。

分层区块链架构的未来

随着区块链的日益普及，分层架构将不断发展，以满足可扩展性、互操作性和监管方面的需求。塑造未来的一些关键趋势包括：

模块化区块链：

开发人员不再试图用单一的区块链包揽所有事情，而是转向模块化架构，其中每个层级(执行、共识、数据可用性)都可以独立优化。Celestia和基于CosmosSDK的区块链就是一些例子。

零知识证明(ZKP)：

Layer2和Layer3正在越来越多地引入高级加密技术，以在不影响可扩展性的前提下提供隐私保护。例如，ZK-rollups可以确保更快、更安全的交易。

链之间的互操作性：

0层协议和桥接技术将在简化1层和2层网络之间的通信方面发挥关键作用。这将减少碎片化并释放前所未有的效用。

主权应用链

团队不是在共享基础设施上执行dApp，而是开发自己的第1层或第2层链，这些链针对特定用例(游戏、社交媒体、供应链等)进行了优化。

人工智能和物联网集成：

硬件和网络层将越来越多地与人工智能代理和物联网设备集成，因此区块链将嵌入到分散的技术堆栈中。

最终，分层设计使区块链技术具有适应性并面向未来。随着更多用例的出现——从CBDC到Web3社交平台——我们很可能会看到整个区块链堆栈的进一步专业化。

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