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**<font size=5>[TL; DR]</font>**

1. 區塊鏈具有六層架構：數據層、網絡層、共識層、激勵層、合約層和應用層
2. 數據層和網絡層是區塊鏈的基本架構，也是整個區塊鏈系統的最底層。
3. 基本架構之上，共識層、激勵層、合約層和應用層共同構成了區塊鏈的協議部分。
4. Layer 0又稱數據傳輸層，對應OSI模型的底層，主要涉及區塊鏈和傳統網絡之間的結合問題。
5. Layer 1擴容方案又稱鏈上擴容，指在區塊鏈基層協議上實現的擴容解決方案。
6. Layer 2擴容方案又稱鏈下擴容，指不改變區塊鏈底層協議和基礎規則，通過狀態通道、側鏈等方案提高交易處理速度。

在幣圈新聞中，可拓展性、Layer 0/1/2無疑是一系列經常被提及的術語。那麼什麼是區塊鏈的Layer 0、Layer 1、Layer 2，這三層架構各自又有什麼不同的特點、用途呢？
## 從區塊鏈的六層架構說起
2009年1月，神祕極客中本聰在一臺位於赫爾辛基的服務器上生成了比特幣區塊，目前，比特幣已經發展成為一個在全球擁有數萬節點，總市值超過1萬億美元的龐大系統。比特幣完美解決了數字世界中的價值表示問題，也給人類來帶了區塊鏈技術。如果我們仔細分析比特幣系統的結構，可以根據功能將之分為5層，分別是數據層、網絡層、共識層、激勵層和應用層。隨後，憑藉智能合約迅速崛起的以太坊又給區塊鏈系統設立了新的範式，在系統的激勵層和應用層之間加上了一個合約層。讓我們從下到上仔細說明。

其中數據層和網絡層是區塊鏈的基本架構，也是整個區塊鏈系統的最底層。

數據層（Data Layer）既包括每個區塊的數據結構，如Merkle樹，也包括各個不同區塊是如何首尾相接、連接成鏈的。此外，數據層還包括為保證區塊鏈不可篡改特性所採用的的哈希加密算法、非對稱加密算法。區塊鏈數據層可以視作一個具有分佈式特徵、不可篡改特性的數據庫。這個分佈式的數據庫需要由系統的所有節點共同維護，這也就引出了區塊鏈的網絡層。

網絡層（Netwrok Layer）則描述區塊鏈所有節點構成的一個巨大的P2P網絡。在這一分佈式、點對點的網絡中，一旦某一節點創造出了新的區塊，就會通過廣播機制將信息傳輸給附近的數個節點（傳播機制，Transmission Mechanism）。其他節點在完成對區塊的驗證之後（Authentication Mechanism），又會再一次將數據傳輸給其他節點。最終，整個系統的大多數節點都完成對區塊的驗證之後，區塊也就正式連接到了區塊鏈上。

在基本架構之上，共識層、激勵層、合約層和應用層共同構成了區塊鏈的協議部分（Protocol Layer）。

共識層（Consensus Layer）主要包括區塊鏈的共識機制算法。在區塊鏈網絡上，原本毫無關係的諸多節點正是通過共識算法達成彼此間的統一，維護數據層數據的一致性的。目前，較為常見的共識機制有比特幣所採用的的工作量證明（Proof of Work, PoW），以太坊2.0所採用的權益證明（Proof of Stake, PoS），[EOS](https://www.gate.io/cn/trade/EOS_USDT)所採用的委託權益證明（Delegated Proof of Stake, DPoS）等。共識機制是區塊鏈技術的核心創新之一，顯著影響了系統的安全性和運行效率。此外，共識算法還是區塊鏈進行社區治理的主要手段。

激勵層（Actuator Layer）主要包括區塊鏈的發行機制（Issuing Mechanism）和分配機制（Distribution Mechanism）。通過激勵機制的設計，系統中的節點將會自發地維護整個區塊鏈網絡的安全性。比如在比特幣PoW機制中，新發行的比特幣將會分配給打包節點的礦工。達成共識的方式接近“多勞多得”，算力越大的節點越有可能成功打包區塊，也就能獲取記賬權。而在某些激勵機制中，利用權力作惡的節點還會被系統懲罰。

比特幣創造性的將經濟激勵機制融入到算法之中，形成了礦工通過算力競爭獲取記賬權，在維護了交易系統的同時發行了新的代幣，新發代幣又成為了分配給礦工的激勵，由此形成了一個穩定、安全的閉環。在這一過程中，比特幣作為電子現金的功能也得以實現。讓我們繼續向頂層前進。

合約層（Contract Layer）主要包括各種腳本代碼、算法和只能合約，也是區塊鏈實現諸多高級功能的基礎。在區塊鏈中，真正實現了所謂的”code is law“（代碼即法則），合約算法一旦激活，就會不可避免地按照原有設置運行下去，而無需任何第三方的干預或推動。此外，由於智能合約具有圖靈完備性，合約層還具有可編程性，這使得整個區塊鏈網絡具有了類似虛擬機的性質。

應用層（Application Layer）則是整個區塊鏈系統的最上層，包含了該區塊鏈的各種應用場景。對於比特幣區塊鏈來說，比特幣這一具有完整發行、轉賬、記賬功能電子現金系統便構成其“應用層”；而對於以太坊這樣可編程的區塊鏈來說，諸多高級功能、諸多DApp共同構成其應用層。

<center>![](https://gimg2.gateimg.com/image/article/16377235551.png)</center>
## Layer 0, Layer 1和Layer 2
<span style="font-size:16px;">區塊鏈系統的六個層次，在結構上都密不可分，共同實現了區塊鏈的功能。再回到本文一開始所說的擴容問題，業界一般會參考通信界的開放式系統互聯通信參考模型（Open System Interconnection Reference Model，OSI），將區塊鏈系統的六個層次重新劃入三個Layer，有底到頂分別為Layer 0、Layer 1和Layer 2。

其中，Layer 0又稱數據傳輸層，對應OSI模型的底層，主要涉及區塊鏈和傳統網絡之間的結合問題。而對應的Layer 0擴容方案，則是指那些不改變區塊鏈構造，並保留其原有生態規則的性能提升方案。由於不會對區塊鏈本身造成影響，Layer 0擴容方案具有較強的通用性，同時，Layer 0擴容方案也與Layer 1/2擴容方案相兼容，能夠共同發揮作用，乘數倍的提高區塊鏈網絡的性能。在網絡底層協議中，尚有很多影響性能的問題值得進行優化，目前已有的Layer 0擴容技術方向有BDN（分發網絡）、QUIC UDP協議等。

除此之外，波卡也常被稱為Layer 0級別的區塊鏈。這是因為波卡主網作為中繼鏈，只起到為各大平行鏈提供安全性和彼此間的互操作性的作用。而在波卡的基礎上，可以通過插槽鏈接類似於以太坊這樣的Layer 1區塊鏈，比如同樣支持Solidity語言的Moonbeam鏈。

Layer 1對應六層模型中的數據層、網絡層、共識層、激勵層。對於大多數加密貨幣而言，Layer 1都是其有且僅有一條的公鏈，所有交易結算都發生於其上。Layer 1擴容方案又稱鏈上擴容，指在區塊鏈基層協議上實現的擴容解決方案。一般需要修改區塊鏈的區塊容量、區塊生成時間、共識機制等固有屬性以提高交易能力。具體來說，比特幣的擴塊升級是增大了每一個比特幣區塊的容量，從而可以容納更多數目的交易；比特幣SegWit則減少了平均單筆交易所佔用的空間，使得每一區塊可以容納更多數目交易；升級到DPoS也可以在犧牲一定程度去中心化和安全性的條件下獲得更好的性能。但受到物理、經濟等因素限制，Layer 1擴容的效率是有極限的。

關於Layer 1擴容的原理和侷限性，請參考我們此前的博客文章：
[V神反對馬斯克的文章到底說了什麼？擴容能讓狗狗幣成為“人民的貨幣”嗎？](https://www.web.gate.it/blog_detail/86/dogecoin-why-is-vitalik-buterin-against-it-will-scaling-increase-its-popularity "V神反對馬斯克的文章到底說了什麼？擴容能讓狗狗幣成為“人民的貨幣”嗎？")

Layer 2則對應區塊鏈的合約層和應用層，Layer 2擴容方案又稱鏈下擴容，指不改變區塊鏈底層協議和基礎規則，通過狀態通道、側鏈等方案提高交易處理速度。Layer 2在主鏈外部進行擴容，與Layer 1是一個承接互補的關係，即Layer 2是構建在底層區塊鏈之上的基礎架構，為區塊鏈提供更好的可擴展性、可用性以及隱私性。比起Layer 1追求安全性和去中心化，Layer 2追求的是極致的效率和性能。目前，常見的Layer 2解決方案有Side Chain，Plasma，狀態通道，Rollup等。

關於以太坊上常見的Layer 2解決方案，請參考我們此前的博客文章：[以太坊Layer 2怎麼玩？一文讀懂以太坊的擴容升級](https://www.web.gate.it/blog_detail/77/ethereum-layer-2-an-upgrade-of-scalability "以太坊Layer 2怎麼玩？一文讀懂以太坊的擴容升級")
## 結語
自比特幣、以太坊迅速發展以來，性能不足的問題就一直是縈繞在老牌公鏈頭上的一朵烏雲。而如何破解“不可能三角”，在擴展性（Scalability）、去中心化（Decentralization）、安全（Security）三者間達成最優解也被視為區塊鏈領域的“聖盃”。

在後續的文章中，我們將為您具體介紹各大區塊鏈擴展方案，同時追蹤行業前沿，報道最新的擴容技術進展，敬請期待。

<div class="blog-details-info">
  <div>作者：**Ashley. H**，Gate.io研究員
  <div class="info-tips">\*本文僅代表作者觀點，不構成任何交易建議。
  <div>\*本文內容為原創，版權為Gate.io所有，如需轉載請註明作者和出處，否則將追究法律責任。
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