比較 Layer 1 與 Layer 2：改變加密貨幣生態系統的區塊鏈擴展解決方案

區塊鏈技術已證明其在提升信任度、強化交易安全性以及增加整個商業網絡資料透明度方面的能力。這種去中心化系統透過降低運營成本和簡化先前複雜的流程來運作。然而，隨著採用率的快速提升，迫切的問題浮現：如何讓區塊鏈根據市場需求持續發展？在此層面上，Layer 1 與 Layer 2 成為關鍵議題。這兩種方法都提供不同的解決方案來應對相同的擴展性挑戰——如何在不犧牲安全性或去中心化的前提下處理更多交易。

為了保持競爭力，區塊鏈生態系統需要採用最先進的創新技術，例如高階擴展技術、分片技術、增強的安全協議，以及更強的去中心化措施。深入理解 Layer 1 與 Layer 2 的差異，以及它們如何協同運作，將是未來優化區塊鏈網路的關鍵。

區塊鏈三難困境：為何 Layer 1 與 Layer 2 變得如此重要

區塊鏈的擴展性不僅是技術挑戰，更是一個根本性問題，稱為「區塊鏈三難困境」。這一革命性概念最早由以太坊的共同創始人 Vitalik Buterin 提出，並已塑造產業對區塊鏈設計的思考方式。

區塊鏈三難困境指出，系統在面對一個看似無法解決的困境：必須在去中心化、擴展性與安全性三者之間取得平衡。根據此概念，三者不可能同時達到最佳狀態。每個加密貨幣專案最終都必須在這三個屬性中做出取捨，以達到可接受的折衷。

這也是為何 Layer 1 與 Layer 2 的討論如此重要。Layer 1（基礎區塊鏈）試圖透過修改底層協議來解決三難困境，而 Layer 2（鏈上解決方案）則選擇在已有基礎上構建較輕量的解決方案。找到這三者之間的完美平衡，對於區塊鏈的長期採用至關重要。因此，持續創新各種解決方案來應對不斷演變的挑戰，是必要的。

理解差異：區塊鏈網路中的 Layer 1 與 Layer 2

在深入具體解決方案之前，理解 Layer 1 與 Layer 2 在根本上的差異非常重要。兩者採用完全不同的機制來實現擴展性目標。

Layer 1（基礎區塊鏈） 包含：

• 分片（Sharding）：將整個區塊鏈狀態拆分成較小的資料片段（shards），允許平行處理
• 共識機制變更：從工作量證明（PoW）轉向權益證明（PoS），提升擴展性並降低能源消耗
• SegWit（隔離見證）：將簽名資料與交易資料分離，優化區塊空間利用

Layer 2（附加解決方案） 包含：

• 狀態通道（State Channels）：允許多方在鏈下進行多次交易，無需每次都在全網公布
• 側鏈（Sidechains）：獨立的區塊鏈網路，透過橋接連結主鏈，提升互操作性
• Rollups：將交易資料打包並從主鏈移出，鏈下執行交易，同時在鏈上保留安全保障

這些差異不僅是理論上的，它們對網路性能、用戶成本與安全性分配具有實質影響。

Layer 1 解決方案：提升基礎區塊鏈容量

Layer 1 是所有區塊鏈操作的基礎，也稱為主鏈或主網。Layer 1 的擴展解決方案，亦稱鏈上擴展，透過賦能網路直接處理交易，無需額外層。

比特幣與以太坊是最著名的 Layer 1 網路範例。兩者都採用去中心化的共識模型來保障交易安全，眾多節點分散在全球，驗證並同意每筆交易後才加入區塊。然而，隨著用戶數的激增，對更快確認時間與較低交易費用的需求也在不斷增加。

Layer 1 提供多種直接提升擴展性的策略，包括修改協議規則、擴大區塊大小、加快區塊產生速度。這些變更通常需要社群進行硬分叉或軟分叉，例如比特幣著名的 SegWit 升級。

另一個重要的技術是分片（Sharding），它將整個區塊鏈運作拆分成多個小段，讓不同的節點同時處理不同的資料片段，顯著提升整體容量。

Layer 1 如何提升擴展性：從分片到權益證明

分片技術

分片借鑑分散式資料庫架構，將整個網路狀態拆分成多個「shards」。每個節點被分配到特定的 shard，負責處理該部分的交易與資料。這些 shard 彼此透過專用通訊協議交流資訊，協調整體網路。

例如，Zilliqa 就是採用交易分片的代表，將交易分組並平行處理，顯著提升交易吞吐量。

轉向權益證明（PoS）

PoS 機制比 PoW 更為高效，消耗能源較少，且能提升擴展性與安全性。參與者以持有的 stake（抵押資產）來驗證新區塊，避免能源浪費。

以太坊正逐步轉向 Ethereum 2.0，採用 PoS，目標將交易能力從約每秒30筆（TPS）提升至10萬TPS，徹底解決擁堵問題，提供更流暢的用戶體驗。

SegWit：資料優化

SegWit 將數位簽名資料與交易資料分離，減少每筆交易的資料佔用空間，讓每個區塊能容納更多交易。這不僅解決了比特幣硬性1MB區塊限制，也提升了整體處理速度。

Layer 1 項目範例與技術實現

• Ethereum 2.0：從 PoW 轉向 PoS，加入分片技術，提升吞吐
• Cardano：採用 Ouroboros PoS 機制，兼顧高擴展性與低能耗
• Algorand：純 PoS，強調快速交易與最終確認
• Fantom：使用異步拜占庭容錯（aBFT）共識，支持高吞吐
• 比特幣與 SegWit：提升交易容量，改善擁堵

Layer 1 解決方案的優勢

• 不需額外鏈或架構：直接在底層協議上改進，避免系統碎片化
• 長期可持續的升級：修改協議規則，提升交易量、安全性與效率
• 降低交易成本：減少擁堵，讓用戶不必競爭空間，降低費用
• 維持去中心化：透過透明的協議變更，確保網路由用戶控制

Layer 1 的限制與挑戰

• 礦工/驗證者收益可能下降：轉向更高效的機制可能降低挖礦/驗證獎勵
• 硬體限制：節點的存儲與帶寬限制仍是瓶頸
• 擁堵仍可能發生：交易量大時，資料傳輸仍可能造成瓶頸
• 跨分片交易複雜：跨 shard 交易仍在優化中，存在延遲與帶寬問題

Layer 2 解決方案：在鏈上之上的擴展

Layer 2 指在 Layer 1 之上運行的網路或系統，提供額外功能與擴展能力。核心思想是：讓基礎鏈專注於安全與去中心化，將擴展性放在鏈外。

Layer 2 必須確保其交易的安全性，通常透過在 Layer 1 上的驗證來保障。這與側鏈不同，側鏈可能有獨立的共識機制與安全保障。

Layer 2 提供一個優雅的解決方案，讓交易更快、更便宜，同時保持 Layer 1 的安全性與去中心化。這種方法有助於更好地平衡三難困境。

Layer 2 的三大類解決方案

Rollups：批次處理與鏈外執行

Rollups 透過在鏈外執行交易與智能合約，並將結果提交到主鏈，實現高吞吐與低成本。

主要機制：

• 鏈外執行：在 Layer 2 上進行交易，減少主鏈負擔
• 交易批次：將多筆交易打包成一個批次，提交到主鏈
• 最小驗證者需求：只需一個驗證者確保交易正確，降低硬體要求

狀態通道（State Channels）：雙方鏈下交易

狀態通道允許多方在鏈下進行多次交易，僅在結束時將最終狀態提交到鏈上。這大幅降低交易成本與延遲。

比方說，Lightning Network 就是比特幣的狀態通道實現，支援快速低費用微支付。

側鏈（Sidechains）：獨立鏈與主鏈互通

側鏈是獨立的區塊鏈，透過雙向橋（bridge）與主鏈連結，具有自己的共識機制。用戶可以在側鏈上進行高效交易，並將資產轉回主鏈。

側鏈不繼承主鏈的安全保障，需用戶自行信任側鏈的驗證者。

代表性 Layer 2 項目

• Arbitrum：以太坊的 Optimistic Rollup 解決方案，提供高吞吐與低費用，並已轉型為 DAO 管理
• Lightning Network：比特幣的鏈下微支付網路，實現快速低成本交易
• Optimism：以太坊的 optimistic rollup 平台，支援多個協議，價值超過 5 億美元
• Polygon：多鏈解決方案，支援多種 Layer 2 技術，打造「區塊鏈的互聯網」

Layer 2 的優勢

• 提升效率：如 Arbitrum 利用 optimistic rollups，大幅提升吞吐與降低費用
• 快速交易：Lightning Network 讓比特幣交易幾乎即時且低成本
• 擴展生態：Optimism 支援多協議，促進以太坊生態的擴展
• 跨鏈互通：Polygon 打造多鏈互操作平台，打破孤島

Layer 2 的挑戰與限制

• 跨協議連接困難：不同 Layer 2 之間或與 Layer 1 的整合尚在發展中
• 流動性碎片化：多個 Layer 2 可能導致資金分散，降低整體流動性
• 用戶體驗複雜：多層轉移與橋接增加操作難度，可能影響用戶接受度
• 安全性依賴：部分 Layer 2 依賴特定驗證者，存在安全風險

Layer 1 與 Layer 2 的實務比較

在實務中，Layer 1 是獨立的主網，涵蓋資料可用性、共識與交易執行。Layer 2 則是建立在 Layer 1 之上，支援更高的交易速度與效率。

Layer 1 通過改進共識算法與分片技術來擴展，而 Layer 2 則利用狀態通道、rollups、側鏈等技術來提升性能。兩者相輔相成，Layer 1 提供安全與基礎保障，Layer 2 則在此基礎上進行擴展。

Layer 1 是最終的交易結算來源，擁有原生代幣用於資源存取，並引領共識創新。Layer 2 則提供更高效的操作，並通過各種映射機制確保安全。

Ethereum 2.0 與 Layer 1/Layer 2 策略的未來

Ethereum 2.0 的持續升級，特別是從「合併」（The Merge）轉向 PoS，標誌著一個轉折點。這不僅提升了擴展性，也為 Layer 2 提供了更堅實的基礎。

Ethereum 2.0 旨在將吞吐量從約每秒30筆提升到10萬筆，解決長期的擁堵問題。這使得 Layer 2 解決方案的角色更加重要，因為它們能在不犧牲安全的前提下，進一步擴展整體生態。

然而，僅靠 Layer 1 的擴展仍有局限，例如跨鏈協作與組合性（composability）問題。Layer 2 提供的跨鏈互操作性，能彌補這些不足，促進更豐富的應用場景。

實務應用與影響

擴展解決方案在現實中已經改變了多個產業與應用範疇。

去中心化金融（DeFi）

以太坊作為主要 Layer 1，孕育出豐富的 DeFi 生態系。MakerDAO 利用智能合約創建穩定幣 DAI，價值由 ETH 支撐，交易價格穩定在 1 美元左右。ETH 目前交易約 1.96 萬美元，24 小時變動約 +0.45%。

此外，DeFi 應用還包括借貸、交易、支付與資料存儲。區塊鏈的資料傳輸安全性，將徹底改變我們存取與分享資訊的方式。

Layer 2 的 Lightning Network 也在金融應用中展現潛力，支援微支付、匯款、遊戲與快速結算。例如，Nostr 利用 Lightning 進行微支付，Strike 提供跨境快速低費用轉帳，THNDR Games 將 Lightning 整合到手機遊戲中，提升用戶體驗。

Polygon 在 DeFi 市場也扮演重要角色，2023年6月其 DeFi TVL 約 13 億美元，支援最大平台。Compound（COMP）交易價約 18.14 美元，變動 +0.55%；Aave（AAVE）約 115.90 美元，變動 -6.78%。Polygon 也支持 NFT 交易，降低交易成本。

NFT 與數位收藏品

Ethereum 是全球 NFT 市場的基礎，讓創作者能將藝術、音樂與媒體數位化並貨幣化，催生新經濟。Polygon 作為 Layer 2 解決方案，降低 NFT 交易成本，讓更多人能輕鬆進入。

遊戲與 Web 3 娛樂

Polygon 在 2021 年成立 Polygon Studios，推動遊戲從 Web 2.0 轉向 Web 3.0。提供行銷、社群與投資支援，幫助創作者建立區塊鏈遊戲。

Ethereum 的強大與 Polygon 的擴展技術結合，有助於解決遊戲中常見的延遲與交易瓶頸，提升用戶體驗。

區塊鏈擴展的未來：展望未來

擴展技術正處於積極研發階段，旨在滿足未來需求。開發者專注於分片、鏈外交易與 Layer 2 解決方案，以提升系統吞吐量與網路擴展性。

這些技術的目標是克服區塊鏈固有的限制，如交易速度慢與高昂費用，使其更適用於主流應用。混合式方案，結合 Layer 1 與 Layer 2 的優點，可能達到最佳效果。

未來，擴展技術將使區塊鏈更易用、更快速，並吸引更多新用戶。這將推動加密貨幣的普及，讓其應用範圍更廣。

隨著擴展性的提升，區塊鏈將更能滿足 DeFi 及其他應用的成長需求。由於區塊鏈能解決許多現實問題，持續的技術創新與擴展是不可或缺的。

LayerZero 等新興技術也在推動跨鏈互操作與擴展的界限。

結論：打造可擴展的未來區塊鏈

區塊鏈擴展解決方案的未來充滿希望，持續的研發將確保網路擴展性不斷提升。Layer 1 與 Layer 2 的混合策略，為生態系帶來豐富的可能性。

理解 Layer 1 與 Layer 2 的差異，是未來策略優化的關鍵。這些擴展方案對於主流加密貨幣的採用具有深遠影響，因為更具擴展性的網路能更好地應對不斷增長的去中心化金融與區塊鏈應用需求。

我們正邁向一個更易用、更普及且更安全的數位環境，這都得益於區塊鏈基礎設施的持續進步。有了堅實的 Layer 1 基礎與靈活的 Layer 2 擴展，區塊鏈生態系準備迎接前所未有的轉型。