什麼是區塊鏈的第 1 層？
Layer 1網絡：區塊鏈的基石
Layer 1網絡，亦稱為底層區塊鏈，是構成數字貨幣生態系統基礎的關鍵技術。以太坊（ETH）、比特幣（BTC）和Solana等均屬於這一類協議。它們被視為生態系統中的主幹網絡，因為所有的交易和操作直接在這些網絡上進行處理並完成。
不同於Layer 2解決方案或鏈下技術，Layer 1網絡自身具備處理交易的能力，並支持使用其原生代幣支付交易費用。這種獨立性和自足性使得Layer 1網絡成為區塊鏈技術中的核心組成部分，承擔著保障系統整體運行穩定與安全的重要角色。
Layer 1擴容之路：挑戰與方案
面對擴容的挑戰
隨著區塊鏈技術的廣泛應用，Layer 1網絡的交易需求日益增長，迫切需要解決擴容問題以提高處理速度。特別是採用工作量證明（PoW）共識機制的比特幣等網絡，其在交易高峰期可能會因計算資源的巨大需求而導致網絡速度下降，交易確認時間延長，費用上漲。雖然PoW保證了網絡的去中心化和安全性，但其擴容能力受限。
探索多樣的解決方案
區塊鏈開發者一直在探索提升Layer 1可擴展性的方案，但尚未找到全面的最優解決方案。目前的主要方向包括擴大區塊規模、更改共識機制，以及實施分片技術。這些方法各有優勢，但也伴隨著不同程度的挑戰和爭議。例如，擴大區塊規模可能會提高單個區塊的處理能力，但同時也增加了節點存儲的負擔；更改共識機制，如以太坊計劃在2.0版本中採用的方案，雖有望提高效率，但實施複雜，需要時間驗證其長期效果；實施分片技術可以分散處理負載，但對網絡架構的改動較大。
隔離見證：一種實踐案例
比特幣的隔離見證（SegWit）技術提供了一個實際的Layer 1擴容示例。通過優化數據存儲結構，SegWit實現了每個區塊能處理更多交易的目標，同時不犧牲網絡安全。這種軟分叉方案的兼容性，允許未更新SegWit的節點繼續參與網絡，展示了一種漸進式和包容性的擴容途徑。
擴容之路的複雜性
儘管有多種擴容方案，但改進Layer 1網絡並非易事。任何重大變更都需要網絡用戶的廣泛支持，否則可能導致社區分裂，甚至出現硬分叉情況，如2017年比特幣與比特幣現金的分裂。這表明，區塊鏈擴容不僅是技術挑戰，也是社區共識的考驗。
Layer 1分片技術：提升交易效率的關鍵
分片技術概述
分片是一種革命性的Layer 1擴容技術，旨在通過分割數據庫來增加區塊鏈的交易吞吐量。它將區塊鏈網絡及其節點劃分為多個小組或“分片”，每個分片負責處理網絡一部分的交易活動。這種方法大大減輕了每個節點的工作負擔，使網絡能夠處理更多的交易，從而提高整體性能。
分片的工作機制
在分片機制下，每個分片都操作獨立的區塊鏈段，擁有自己的交易記錄和節點。這意味著節點不再需要存儲整個網絡的交易歷史，而只需關注其所在分片的信息。通過這種方式，分片能夠有效地平衡網絡負載，加速交易處理速度。
分片與主鏈的協同
儘管分片使得每個節點的數據處理量減少，但所有分片仍需與主鏈協同工作。每個分片完成的交易和確認結果會定期寫入主鏈，確保了網絡的完整性和一致性。通過實時共享關鍵數據，如地址餘額等，分片技術保證了網絡的高效運行和數據的準確性。
Layer 1與Layer 2：互補的擴容策略
瓶頸與轉型挑戰
Layer 1網絡面臨的主要挑戰之一是技術限制導致的可擴展性問題。例如，以太坊從工作量證明（PoW）向權益證明（PoS）的過渡過程耗時且複雜，反映了Layer 1在實施根本性變更上的困難。
應用限制與解決方案
對於一些特定應用場景，如區塊鏈遊戲，Layer 1的交易處理時間過長，使得其不適合直接應用。然而，開發者仍可利用Layer 1的安全性和去中心化特性，通過構建Layer 2解決方案來克服這些限制。
閃電網絡：Layer 2的典範
閃電網絡是Layer 2解決方案的傑出例子，它建立在比特幣Layer 1基礎之上，允許用戶進行快速支付，並最終將交易結果匯總提交至主鏈。這種方法極大地提高了交易效率，同時減少了網絡擁堵和資源消耗。
Layer 1與Layer 2的對比揭示了兩者之間的互補性：Layer 1保障了網絡的基礎安全和去中心化特性，而Layer 2則在此基礎上提供了靈活性和高效性，共同推進區塊鏈技術的廣泛應用和發展。
Layer 1區塊鏈技術的創新實踐
Cardano：科研驅動的可持續發展
Cardano是一個以科學研究為基礎的Layer 1區塊鏈平台，採用獨特的Ouroboros權益證明（PoS）共識機制，旨在提供更高的安全性、可擴展性和可持續性。Cardano專注於提供強大的技術基礎，支持複雜的可編程價值轉移，同時致力於解決現有區塊鏈技術的可擴展性和互操作性問題。Cardano的原生代幣ADA不僅用於交易費用和運營成本，還能參與網絡治理，體現了其去中心化的理念。
Polkadot：互操作性與鏈的融合
Polkadot設計為多鏈互操作平台，通過其獨特的中繼鏈（Relay Chain）、平行鏈（Parachains）和橋（Bridges）架構，實現了不同區塊鏈之間的無縫連接和信息交換。Polkadot使得多個獨立的區塊鏈能夠在保持自身自治的同時，共享安全性和互操作數據，促進了不同區塊鏈網絡的互聯互通。其原生代幣DOT用於網絡治理、運營和創建平行鏈槽位拍賣。
Solana：高性能與快速交易
Solana是一個高性能的Layer 1區塊鏈，通過其獨創的Proof of History （PoH）共識機制結合PoS，實現了高吞吐量和低交易延遲。Solana能夠支持數以萬計的交易每秒（TPS），解決了區塊鏈的擴容問題，同時保持了去中心化和安全性。其原生代幣SOL用於支付交易費用、參與網絡治理和質押。Solana特別適合那些需要高速交易處理能力的應用場景，如去中心化金融（DeFi）、非同質化代幣（NFT）和去中心化應用（DApps）。
Elrond：分片技術的先驅
Elrond是一個自2018年起運行的Layer 1網絡，它通過引入自適應狀態分片和安全權益證明（SPoS）共識機制，顯著提升了網絡的性能和可擴展性。Elrond能夠每秒處理超過10萬筆交易，其分片技術不僅提高了處理速度，還通過動態調整分片數量來適應網絡負載，大大降低了被惡意攻擊的風險。Elrond的原生代幣EGLD用於交易費用結算、DApp部署和獎勵驗證者，同時該網絡還注重環保，實現了碳中和。
Harmony：跨鏈金融的布道者
Harmony採用有效權益證明（EPoS）共識機制和分片技術，通過其四個獨立運行的分片來創建和驗證新區塊。這一結構使得Harmony在實現快速交易處理的同時，還能夠通過其去信任跨鏈橋連接以太坊和比特幣等其他網絡，解決了在跨鏈兌換代幣時常見的託管風險。Harmony的戰略重點在於推進DeFi、NFT基礎架構和DAO工具的發展，旨在通過其橋接服務和去中心化特性，吸引更多開發者和用戶參與到其生態系統中。
Celo：致力於普及加密貨幣的網絡
Celo是一個基於Go Ethereum分叉並進行了大量定製化改進的Layer 1網絡，特別是引入了PoS共識機制和獨特的地址系統，允許用戶使用電話號碼或電子郵件地址作為公鑰，極大地提高了區塊鏈技術的可接入性和便利性。Celo的網絡不僅確認了超過一億筆交易，還通過其生態系統支持DeFi、NFT以及支付解決方案，其主要代幣CELO與多種穩定幣一起，為用戶提供了穩定而便捷的交易體驗。
THORChain：去中心化跨鏈流動性的橋樑
THORChain，作為一個無需許可的跨鏈去中心化交易平台，通過Cosmos SDK和Tendermint共識機制，實現了資產之間的去中心化跨鏈交易。其目標是消除資產掛鉤或包裝過程中的額外風險，通過RUNE原生代幣實現用戶之間的直接交易。THORChain的自動化做市商（AMM）模型以RUNE作為基礎貨幣，為跨鏈資產交換提供了一種新的流動性解決方案，類似於跨鏈版本的Uniswap。
Kava：速度與互操作性的結合
Kava利用Cosmos的速度和互操作性，融合了以太坊的開發者生態，提供了一個多鏈互操作平台。通過“共鏈”架構，Kava為EVM和Cosmos SDK提供了不同的開發環境，支持去中心化應用在Cosmos和以太坊生態間無縫運行。Kava的治理和效用代幣KAVA以及穩定幣USDX，為網絡上的交易和治理提供了多樣化的選項，通過KavaDAO和鏈上開發人員激勵機制，推動了生態的成長和繁榮。
IoTeX：區塊鏈與物聯網的融合
IoTeX致力於將區塊鏈技術與物聯網（IoT）相結合，通過提供MachineFi系統，讓用戶能夠利用設備生成的數據來賺取數字資產。IoTeX通過推出Ucam和Pebble Tracker等硬件產品，展現了如何利用區塊鏈技術來保護個人隱私和數據。這種軟硬件結合的解決方案，為用戶控制自己的數據提供了新的可能，同時，IoTeX的Layer 2協議和子鏈開發能力，為物聯網設備提供了定製化的區塊鏈服務。
結語
本文深入淺出地探討了區塊鏈中的Layer 1網絡，從基本概念到擴容需求、分片技術、與Layer 2的對比，再到具體的區塊鏈實例，全面覆蓋了Layer 1網絡的各個方面。通過介紹不同區塊鏈項目如Cardano、Polkadot、Solana、Elrond、Harmony、Celo、THORChain、Kava、IoTeX等，本文展示了區塊鏈技術在解決可擴展性、安全性、去中心化和互操作性方面的創新路徑。
隨著技術的不斷進步和應用場景的拓展，預計未來Layer 1網絡將繼續發展，引入更多創新技術，不僅提高其處理能力和效率，也將進一步拓寬區塊鏈技術的應用領域。