區塊鏈架構與擴容方案_區塊鏈

區塊鏈大致上分為三大主層:

Layer0層

主要工作是針對區塊鏈與傳統網絡結合的非共識問題，可以簡單理解為網際網絡的資料傳輸，目前只有少數項目針對Layer0進行研究與開發。

Layer1層

包含了所有區塊鏈的底層協議，主要負責安全、節點共識規則和帳本架構。

Layer2層

所涉及的是鏈上與鏈下的協議，主要負責鏈上鏈下消息傳遞、智能合約編程以及應用相關功能。

這三大主層中又可分為七個子層，非開發者不需要執著于深度了解，只需要了解區塊鏈由哪些層面設計而成即可。

聲音 | 西北大學教授：鏈上規模化是區塊鏈成功的關鍵:美國西北大學教授Aleksandar Kuzmanovic認為，鏈上規模化是區塊鏈成功的關鍵，這是降低成本和啟用DApp的唯一途徑。（CoinGeek）[2020/2/15]

你可能會納悶，分了三層了為什么還要細分那么多子層呢，搞得那么復雜干嘛？

原因在于現階段區塊鏈技術太年輕了，區塊鏈本身還有很多問題存在，藉由將區塊鏈分成多個子層，可以讓我們對區塊鏈的架構更清楚也能讓開發人員能夠針對不同的層面，去開發能夠改善區塊鏈瓶頸的“擴容方案”。

例如針對共識層提出的“DPOS”、針對網絡層提出的“分片技術”或針對數據層提出的“區塊擴容”等。

聲音 | ZB 創新智庫：中國區塊鏈開發者年增長近 40%:ZB 創新智庫消息，根據 Forkast.Insight 發布的《中國區塊鏈報告》數據，2019年中國區塊鏈開發者數量5290名，相比2018年（3780）增長39.9%，但依然遠低于印度同期（33691名）和美國同期（46887）。中國區塊鏈開發者采用的編程語言，在人數統計上的排序依次是 C#、Java、Python、Solidity 和 Ruby。報告認為，中國區塊鏈開發者在數量上的劣勢，與國內不成熟的軟件開發者生態有關：根據阿里巴巴 2017 年的一項調查顯示，中國高達56.7%的軟件開發者僅有0-3年工作經驗；然而國際上高達42%的軟件開發者擁有3-10年工作經驗。[2019/12/9]

首先解釋一下什麼是“擴容方案”，所謂的擴容方案是指“為了改善區塊鏈交易速度使其達到規模化所提出的解決方案”，各層所提出的擴容方案，其最終目的都是為了解決區塊鏈交易速度的問題。

現場|王飛躍：智威懾的實現依賴于區塊鏈+數學建立:金色財經12月17日現場報道，今日，由數字資產研究院主辦，零壹財經和石榴財經承辦的2018國際區塊鏈數學科學會議在京舉行。在會議上，計算機學家、中科院自動化研究所復雜系統管理與控制國家重點實驗室主任王飛躍指出，軍事區塊鏈要實現從不對稱的戰爭實現對稱的和平，商業區塊鏈要從不對稱的競爭實現對稱的效益，而這兩點的實現依賴于區塊鏈+數學建立起來。[2018/12/17]

要改善區塊鏈交易速度和規模問題，解決方案分為兩種:

將主鏈的事物分割處理ex.分片技術(Sharding)

區塊鏈本身的設計并不具備“可擴展性”，也就是說，區塊鏈的節點不管增加多少，都沒有辦法提高區塊鏈處理交易的速度，以比特幣為例，不論有多少人加入挖礦的行列，區塊鏈依然是每十分鐘出塊一次。

聲音 | 華為區塊鏈項目總監：2018—2020年是區塊鏈技術最主要的3年:據財經網消息，今天，中國區塊鏈生態聯盟主辦的首屆中國區塊鏈技術產業生態大會在重慶舉辦，其中百度、騰訊、華為等企業的區塊鏈項目負責人出席了該會議。會上，華為區塊鏈項目總監張小軍發言表示，2018— 2020 年是區塊鏈技術最主要的 3 年，應用領域從金融向全領域拓展，以水平分割使能各行業。[2018/11/22]

我們可以用老師改考卷來舉例，現在區塊鏈驗證交易，就像每個學生的考卷都統一由學校里的一位老師經手批改與紀錄，然而這會導致全校學生的考卷需要花費兩個禮拜的時間才能夠完全審核完成，效率低下。

如果將考券分成五等份，改由五位老師批改，審核速度便可以提升五倍。

但是，如果每位老師都固定批改某個班級的考卷，學生就會知道哪位老師會負責他班上的考卷，學生就會有收買老師的可能。

行情 | 區塊鏈概念板塊中僅錨定法幣仍上漲:據TokenClub數據，目前在區塊鏈概念板塊中，僅錨定法幣仍上漲0.15%，其他板塊均處于下跌狀態。錨定法幣板塊已收錄的幣種中4漲4跌，START以15.35%領漲該板塊。[2018/8/9]

因此，要如何分配考卷才能保證成績的可信度，就是這個解決方案的重點。

將主鏈上的事物轉移到其他地方處理ex.側鏈、子鏈

舉個簡單的例子，每到假日，主要交通干道都會擠得水泄不通，車速每小時20公里，回到家都半夜了。

如果這時候我們能夠另外開辟一條快速道路或高速公路，就能有效舒緩主要交通干道的車流，平均車速也能提升至50公里。

Layer1擴容方案所關注的點是如何在確保區塊鏈“狀態”在全網的一致性與最終性的前題下，提升區塊鏈的交易處理速度。

過去Layer1擴容方案，大部分是針對數據層和共識層的優化，近年來網絡層的“分片技術”成為各大公鏈項目的研究重點。

例如以太坊2.0的目標，就是希望透過“分片技術”提升目前以太坊在交易處理速度上的瓶頸。

由于區塊鏈是一個開放的網絡系統，任何人都有權利擔任節點參與記帳，如何制定一套游戲規則，讓所有節點共同遵守，使區塊鏈能夠順利運作是相當重要的問題。

Layer1又稱為底層，也就是所有礦工都必須遵守的規則，其設計是為了讓區塊鏈能夠保持狀態的“帳本一致性”與“交易最終性”，讓節點以不可竄改的方式錨定數據事務，并在沒有中央審查的情況下以加密的方式達成共識。

簡單來說Layer1就是區塊鏈的協議，大家常聽到的共識機制、區塊、私鑰或地址等等，這些都是Layer1范疇。

補充：區塊鏈上的“計算”又稱為“狀態生成”，之所以會用“狀態”這個詞的原因在于，一般的計算模型里，不存在信任和安全問題，只需生成計算結果就好，不需要驗證；但是在區塊鏈網絡中，除了計算出交易結果，還需要對其進行驗證。

藉由Layer2協議，區塊鏈事務的“狀態生成”可以獨立于Layer1之外進行，因此這些協議也可以稱為“鏈下”擴容方案。

使用鏈下擴容方案的主要優點之一是能夠降低Layer1的侷限性，且不需要改變區塊鏈本身的協議。

換句話說Layer2擴容方案盡可能在不犧牲區塊鏈網絡安全性的情況下實現高吞吐量的狀態生成。

簡單來說，Layer2擴容方案的概念就像“塞車”，如果今天高速公路大塞車，我們選擇走車流量少的省道，避開尖峰車潮，雖然路線比較長，但可以比塞車的高速公路來要快到達目的地。

Layer2層所涉及的是鏈上與鏈下的協議，主要負責鏈上鏈下消息傳遞、智能合約編程以及應用相關功能。

也就是在現有區塊鏈系統（Layer1）之上構建的輔助框架或協議。

如果以法律架構來比喻，Layer1就像憲法，是所有法律的依據，法律的制定不能夠牴觸憲法，而Layer1的架構如果要做更動，基本上都必須涉及到區塊鏈分叉，就如同修憲程序一般，復雜且困難。

反觀Layer2就象是依據憲法制定的法律，修改相對簡單，且能夠更符合實際需求。

目前，Layer2協議的主要目標大部分都是為了解決區塊鏈所面臨的事務處理速度與擴展難題。

Layer2不負責驗證

Layer2只負責處理“狀態生成”并不負責“狀態驗證”，最終結算時，還是必需要回到Layer1驗證才能完成交易確認，在這過程中最大的問題來自于Layer2的安全性較低，可能會因為有人作弊而導致生成錯誤的狀態。

因此如何防止Layer2的數據出現錯誤以及數據如何安全的傳回Layer1是Layer2協議設計時的問題之一。

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