Web3與區塊鏈：什麼是Layer-1與Layer-2擴展解決方案？

Web3與區塊鏈技術以其重大特性席捲全球，其中一項關鍵屬性便是去中心化，也就是讓系統或流程能由分散式網路掌控，省去了對中央權威機構的需求。

隨著區塊鏈持續演進，它的採用率也水漲船高，帶動了眾多協議與專案的推出。然而，區塊鏈要邁向廣泛採用，仍有一項關鍵障礙需要克服，這正是擴展解決方案派上用場之處。 

本文將探討區塊鏈擴展的兩大主要方法：Layer-1與Layer-2解決方案。區塊鏈擴展解決方案究竟是什麼？它們的作用是什麼？又如何有助於讓Web3更安全、更易於使用？讓我們一起來了解！

什麼是區塊鏈擴展性？

想像一條繁忙的高速公路，車輛以國家速限飛馳而過，但所有駕駛人在紅綠燈前都得減速停下。這說明了汽車在高速公路上能快速行駛，但接近紅綠燈時就會減速，區塊鏈的運作方式正是如此！ 

但不，區塊鏈處理的不是汽車，而是資訊（交易）。區塊鏈交易快速、安全又透明，但當網路上的流量過多時，速度就會大幅下降，這時擴展性便派上用場。

區塊鏈擴展性指的是網路高效處理日益增加的交易量的能力。它本質上探討的是，隨著使用者基礎與交易量的成長，區塊鏈能多好地維持快速的交易處理時間與低廉的手續費。

為何擴展性如此重要？

有限的擴展性對區塊鏈的採用構成重大挑戰，原因如下：

交易緩慢

當區塊鏈達到容量上限時，交易確認時間可能會變得慢得令人心煩。這對使用者來說相當令人挫折，也會阻礙現實世界的應用。

高額手續費

隨著壅塞程度增加，交易手續費可能飆升，這可能讓使用者卻步，不願參與網路。

可用性受限

可擴展性不佳的區塊鏈，難以支撐需要高交易量的複雜應用。幸好，開發者不斷創新，以解決可擴展性的挑戰。因此主要有兩種做法：第 1 層與第 2 層解決方案。

什麼是第 1 層與第 2 層擴容解決方案？

為解決這些擴展性問題，業界已開發出多種擴展解決方案，主要分為Layer-1與Layer-2兩大類。這些解決方案的目標，是以不同的方式提升區塊鏈網路的效能與擴展性。

第 1 層擴容解決方案

為了提升區塊鏈的擴展性與速度，Layer-1擴展解決方案需要對原始協議進行重大修改，包括調整區塊鏈的架構與共識機制。

這些變更會直接整合進區塊鏈的核心層，目標是處理更高的每秒交易量（TPS）並提升整體效率。透過優化核心層，Layer-1解決方案試圖在不依賴外部系統或層級的情況下，提升區塊鏈的容量。

第 2 層擴容解決方案

Layer-2擴展解決方案運行於現有區塊鏈之上，創建出額外的一層來處理交易。這些解決方案的目標，是透過將交易從主鏈卸載，來提升區塊鏈的擴展性，藉此減少壅塞並提升速度。 

Layer-2解決方案在鏈下處理交易，並定期在主區塊鏈上進行結算，確保安全性與去中心化得以維持。這種做法能在不變更底層區塊鏈協議的情況下，提升交易吞吐量並降低手續費。

Layer-1擴展解決方案如何運作？

Layer-1擴展解決方案涉及對區塊鏈的基礎協議進行根本性的變更，以提升其擴展性與效能。這些解決方案的目標，是透過改善核心功能與運作方式，來提升區塊鏈的容量。 

主要重點在於優化區塊鏈的架構與共識機制，以處理更高的每秒交易量（TPS）並提升整體效率。

Layer-1擴展解決方案的實例

增加區塊大小

這種直接的做法擴大了每個區塊可容納的資料量，讓每個區塊能處理更多交易。舉例來說，Bitcoin的區塊大小上限為1MB，而Bitcoin Cash則將其提高至32MB。然而，若過度增加區塊大小，可能導致中心化，因為這需要更強大的電腦才能驗證區塊。

權益證明（PoS）

從比特幣所採用的共識機制工作量證明（PoW），轉向權益證明，可以提升可擴展性。在 PoW 中，礦工競相解出複雜的謎題，以驗證交易並賺取獎勵。相對地，PoS 是依據使用者持有的幣量（也就是其質押）來驗證交易。這省去了 PoW 所需的大量運算能力，帶來更快的交易處理。

分片

這種方法將區塊鏈分割成多個分片，各自獨立處理交易。由於多個分片能同時驗證交易，這大幅提升了交易吞吐量。然而，分片技術可能帶來複雜性與潛在的安全風險，因為它需要分片之間的溝通與協調。

Layer-1擴展解決方案的優點與限制

Layer-1擴展解決方案的優點：

提升交易吞吐量

Layer-1擴展解決方案能大幅提升區塊鏈每秒處理的交易數量，讓網路更有效率，也更能應付更高的負載。

強化安全性與去中心化

透過改善核心協議，Layer-1解決方案通常能維持甚至強化區塊鏈固有的安全性與去中心化特性，確保運作既穩健又無需信任中介。

長期永續性

對區塊鏈架構進行根本性改善，能帶來長久的效益，為未來的擴展性與效能提升奠定穩固基礎，而無需持續仰賴鏈下解決方案。

減少壅塞並降低手續費

隨著交易處理效率提升，網路壅塞情況減少，使用者也能享有更低的交易手續費與更快的確認時間。

第 1 層擴容解決方案的限制

實作複雜

實作Layer-1變更在技術上可能相當複雜，需要投入大量時間與資源。這些變更通常需要社群與開發者達成共識，而這往往並不容易。

硬分叉風險

區塊鏈協議的重大變更可能導致硬分叉，也就是區塊鏈分裂成兩個獨立的網路。這可能在社群中造成混亂、安全風險及分裂。

擴展性的取捨

部分Layer-1解決方案可能涉及取捨，例如犧牲一定程度的去中心化或安全性，以換取更高的擴展性。如何平衡這些取捨，是一項關鍵挑戰。

短期效果有限

雖然Layer-1解決方案能帶來長期效益，但其短期效果相較於Layer-2解決方案可能較為有限，因為Layer-2運行於現有區塊鏈之上，往往能更快帶來擴展性的提升。

Layer-2擴展解決方案如何運作？

Layer-2擴展解決方案運行於現有區塊鏈之上，創建出額外的一層來更有效率地處理交易。這些解決方案的目標，是透過將交易卸載並於鏈下或次級網路上處理，來減輕主區塊鏈的負擔。 

這些交易的結果會定期在主區塊鏈上結算，確保整體系統的安全性與完整性。如此一來，Layer-2解決方案便能在不需對基礎協議做出根本性變更的情況下，大幅提升區塊鏈網路的擴展性與速度。

Layer-2擴展解決方案的實例

狀態通道

這類方案讓各方能在鏈下進行多筆交易。交易完成後，最終狀態會記錄於主區塊鏈上，藉此將鏈上交易量降至最低。

側鏈

這是與主鏈並行運作並相互連結的獨立區塊鏈。交易可在側鏈上處理，再定期於主鏈上結算，藉此減輕主鏈的工作負擔。

Rollup

這類方案將多筆交易打包成單一交易，再提交至主鏈。Optimistic Rollup與零知識（ZK）Rollup是兩種主要的Rollup類型，兩者皆在鏈下處理交易，再將摘要提交回主區塊鏈。這種方法旨在有效提升交易吞吐量。

Layer-2擴展解決方案的優點與限制

Layer-2擴展解決方案的優點：

擴展性提升

透過在鏈下或額外層級處理交易，Layer-2解決方案大幅提升了交易吞吐量，同時減輕了主區塊鏈的負擔。

較低的交易手續費

透過將交易從主鏈卸載，Layer-2解決方案有助於減少網路壅塞，讓使用者享有更低的交易手續費。

更快的交易速度

透過Layer-2解決方案處理的交易，確認速度遠比在主鏈上處理來得快，提升了使用者體驗。

維持主鏈安全性

由於Layer-2解決方案最終仍在主區塊鏈上進行結算，它們繼承了底層Layer-1協議的安全性與去中心化優勢。

Layer-2解決方案的限制 

複雜性

實作與管理Layer-2解決方案在技術上可能相當複雜，需要精密的基礎設施與協議，以確保與主鏈順暢整合。

信任假設

部分Layer-2解決方案可能引入額外的信任假設，可能因此損及區塊鏈交易原本無需信任中介的特性。

依賴主鏈

儘管卸載了交易負擔，Layer-2解決方案仍仰賴主鏈進行最終結算，這代表它們無法完全消除主鏈的瓶頸。

使用者採用

要讓Layer-2解決方案發揮效用，廣泛的使用者採用，以及來自更廣泛生態系統（例如錢包與交易所）的支持，都是不可或缺的要素。

Layer-1與Layer-2擴展解決方案比較

以下直接比較Layer-1與Layer-2擴展解決方案：

方法

Layer-1解決方案會修改區塊鏈的基礎層；相對地，Layer-2解決方案則運行於現有區塊鏈之上。

實作

Layer-1解決方案涉及對區塊鏈協議與架構的直接變更，而Layer-2解決方案則是為交易處理創建次級層級或網路。

可擴充性

Layer-1解決方案透過提升區塊鏈本身的容量來強化擴展性；Layer-2解決方案則將交易從主鏈卸載，大幅提升吞吐量。

安全性與去中心化

Layer-1解決方案通常能維持甚至強化這些特性，但可能涉及取捨。與此同時，Layer-2解決方案仰賴主鏈進行最終結算，藉此維持安全性，但可能引入額外的信任假設。

複雜性與風險

Layer-1解決方案伴隨著高度的複雜性與風險，包括可能發生的硬分叉與共識挑戰。相較之下，Layer-2解決方案技術上同樣複雜，但避免變更基礎協議，其成敗則取決於使用者採用度與生態系統的支持。

結論

在追求區塊鏈技術兼具擴展性與效率的過程中，Layer-1與Layer-2擴展解決方案都扮演著關鍵角色。Layer-1解決方案涉及對區塊鏈核心協議的根本性變更，直接提升其容量與效能。 

與此同時，Layer-2解決方案運行於現有區塊鏈之上，將交易卸載至次級層級，藉此緩解壅塞並提升速度。 

這兩種做法各有其優點與限制，唯有將兩者結合運用，才能打造出穩健、可擴展的區塊鏈網路，應付日益增加的需求，並提供順暢的使用者體驗。

Zypto：以Layer-1與Layer-2解決方案提升區塊鏈擴展性

Zypto致力於以先進的擴展解決方案革新區塊鏈技術。我們相信區塊鏈在日常應用上的潛力，而我們的創新工具讓這一切成為現實。Zypto致力於提升Web3應用程式的擴展性與效率。

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