在区块链技术中，术语“扩展”意味着增加系统的吞吐量，以每秒执行的事务数来衡量。 随着加密货币在日常生活中的使用越来越多，有必要创建区块链层来提高网络安全、记录保存等。 去中心化生态系统的第一层是区块链。 另一方面，第 2 层是第三方组件与第 1 层相结合的集成，以增加节点数量，从而增加系统吞吐量。 目前正在实施许多基于第二层区块链的解决方案。 这些解决方案使用智能合约来自动化交易。
第 XNUMX 层区块链与第 XNUMX 层区块链
区块链技术有很多优点：它提高了安全级别，让您可以轻松进行交易并保留记录。 然而，随着它的使用越来越广泛，也出现了一些问题。 其中一个问题是可扩展性。
在区块链中，去中心化系统中的每一笔交易都必须经过几个阶段，这需要大量的计算能力和时间。 为了提高区块链处理数据的能力，区块链开发者在其结构中实现了二级扩容。 让我们进一步了解它是如何工作的。
为什么区块链可扩展性很重要？
“可扩展性”一词的定义因专家而异。 然而，从本质上讲，区块链可扩展性意味着系统能够为每个用户提供丰富的体验，无论在任何给定时间的用户总数如何。
术语“吞吐量”是指系统每秒处理的事务数。 而 Visa 等公司/支付渠道处理近 20 TPS 使用电子支付网络 VisaNet，主要 比特币区块链 只能执行 3 到 7 TPS。
吞吐量的差异可能令人震惊，但对此有一个简单的解释。 比特币使用去中心化系统，而 VisaNet 在集中式系统上运行。 前者使用更多的处理能力和时间来确保其用户的隐私。 每个数据事务必须经过几个阶段，包括接受、 矿业，通过节点网络分发和验证。
随着加密货币有望成为商业世界中不可或缺的力量，区块链开发人员正试图扩大区块链的范围。 通过创建区块链层和优化第 XNUMX 层扩展，他们希望加快处理时间并提高 TPS。
比特币与可扩展性的斗争
比特币最初是一个用于发送和接收数字货币的简单区块链。 然而，自成立以来，它就面临着一个可扩展性问题，这引发了一个问题：如果越来越多的人开始使用比特币会发生什么？
这种情况可以被认为是网络问题。 每个系统都有一定的吞吐量，每秒只能处理一定数量的事务（TPS）。 此外，去中心化系统中的每一笔交易都必须经过验证，因此需要足够的数据存储空间。
快进到 2021 年。 随着比特币的普及，预期发生了：协议溢出。 结果，数据处理速度下降了。
为什么现在的区块链需要第二层技术？
答案很简单：需求增加和交易成本增加。 让我们以以太坊为例来解释这一点。
由于以太坊有一个共识机制，它允许许多去中心化的应用程序。 在区块链技术中，共识机制是一种容错系统，允许在分布式节点上就网络的单一状态达成协议。 这些协议确保所有节点都同意交易并保持同步。 这使得以太坊区块链极难被覆盖或攻击。
由于以太坊的稳定性和安全性，ICO 热潮开始了，人们开始在区块链上创造硬币。 结果，用户大量涌入，以太坊交易量增加。 随着系统变得堵塞，交易费用——或“gas”——由在以太坊网络上处理交易的各方支付，增加了。
当区块链网络阻塞时，待处理的交易最终会进入内存池，并且需要更长的时间来处理。 为了解决这个问题，矿工们开始优先考虑天然气价格较高的交易以确认它们。 这进一步提高了完成交易所需的最小值。
价格上涨的周期到了汽油价格飙升的地步，使每个人的情况都变得更糟。 第 XNUMX 层扩展旨在解决此问题并降低交易成本。
一级问题
第一层网络是去中心化系统中的区块链。 这种网络的两个例子是比特币和以太坊。
第 XNUMX 层扩展改变了区块链底层的协议以确保可扩展性。 通过这样的解决方案，改变了协议规则以提高交易的吞吐量和速度，从而容纳更多的数据和用户。
第一级缩放可以如下：
- 区块确认速度提升
- 增加包含数据的块的容量。
这些扩展解决方案一起增加了网络带宽。 然而，Tier 1 似乎无法跟上越来越多的区块链用户。 下面列出了该系统的一些缺点。
低效的共识协议
Layer 1 区块链仍然使用旧的和笨拙的工作量证明共识机制。
虽然这种机制比其他机制更安全，但它的速度限制了它的使用。 矿工需要使用计算能力来解决密码算法。 因此，通常需要更多的计算能力和时间。
解
另一种共识是 验证的股权, 这将用于 以太坊2.0. 这种共识机制根据网络参与者的提供来确认新的交易数据块，从而使过程更加高效。
工作量过大
随着用户数量的增加，第一层区块链的工作量也在增加。 因此，数据处理的速度和性能下降。
解
这个问题的大规模解决方案是分片。 简而言之，剪切将验证和验证交易的工作分解为小且易于管理的块。 这样，工作负载可以分布在整个网络中，以利用更多节点的处理能力。
由于网络并行处理这些片段，多个事务的串行处理可以同时发生。
第 2 层扩展解决方案
第 2 层区块链在“本机”级别运行以提高其效率。 通过有效地卸载交易，第 2 层接管了第 1 层区块链的部分交易负载，并将其转移到另一个系统架构。
然后，第 2 层区块链处理负载并将数据传递到第 1 层，以对结果进行最终处理。 由于大部分数据处理负载都转移到了这个相邻的支持架构，因此减少了网络拥塞：第 1 层区块链不仅变得更少过载，而且更具可扩展性。
第一级区块链的一个例子是网络 闪电网 比特币，可在第二级扩展，同时接受来自比特币的负载并向其报告。 因此，闪电网络提高了比特币区块链中的数据处理速度。 此外，闪电网络将智能合约引入了第 XNUMX 层比特币区块链。
以下是其他一些二级扩展解决方案：
嵌套区块链（等离子）
嵌套的二级区块链运行在另一个区块链之上。 本质上，第一级区块链设置参数，第二级嵌套区块链执行流程。
一个主区块链上可以有多个区块链层。 把它想象成一个典型的公司结构。 经理不是由一个人（例如经理）完成所有工作，而是将任务分配给下属，他们在完成任务后立即向经理汇报。 因此，减少了管理器的负载并提高了可扩展性。
一个例子是 OMG Plasma 项目，它充当第 XNUMX 层协议以太坊的第 XNUMX 层区块链，以实现更便宜和更快的交易。
状态通道
状态通道允许区块链参与者之间的双向通信。 同时，参与者可以减少等待时间，因为第三方不参与这个过程——例如，矿工。
以下是它的工作原理：
- 在智能合约的框架内，参与者事先同意封锁基础层的一部分。
- 然后他们可以直接相互交互，无需矿工参与。
- 在进行整套交易后，他们将通道的最终状态添加到区块链中。
以太坊的雷电网络和比特币的闪电网络都是状态通道的例子。 闪电网络允许参与者在一段时间内进行多次微交易。 同时，雷电允许参与者通过个人渠道运行智能合约。
闪电网络等政府渠道也是完全安全的，因为只有参与者知道交易。 另一方面，第一层以太坊区块链将所有交易记录在一个可公开验证的分类账中。
侧链
与闪电网络和智能合约等政府渠道一起，侧链也是扩展第 XNUMX 层区块链技术的解决方案。 侧链是促进大量交易的交易链。 它有一个独立于原生层的共识机制。 可以优化此机制以提高可扩展性和处理速度。 在这种情况下，主链必须确认交易记录，维护安全，解决纠纷。
侧链与公共渠道的不同之处在于，它们在账本中公开记录所有交易。 此外，如果侧链发生安全漏洞，不会影响其他侧链或底层主链本身。
汇总
Rollup 是第 XNUMX 层区块链扩展解决方案，可在第 XNUMX 层区块链外部执行交易并在其上托管交易数据。 由于数据位于基础层，因此第一层可以保护汇总。
Rollups 有两种不同的 安全模型:
乐观汇总： 在它们中，交易默认被认为是有效的。 因此，他们只在出现问题时执行欺诈检测计算。
零知识汇总： 这些汇总执行链下计算。 之后，他们将有效性证明传递给基础层或主链。
Rollups 有助于提高交易吞吐量、公开参与并降低用户的 gas 费用。
第 1 层和第 2 层约束
多级区块链具有许多优点。 例如，第 1 层解决方案的主要好处是开发人员无需在底层更改时向现有架构添加任何内容。
同时，用于扩展的第 2 层解决方案不会改变基础层协议。 此外，这些解决方案允许执行许多微交易，而无需用户支付虚高的费用 交易费用 或花时间检查矿工。
但是，这两个区块链层都有其自身的局限性，需要加以考虑。
现有协议的补充
区块链层的主要问题是将它们添加到现有协议中。 比特币和以太坊的市值以数十亿计。 用户每天交易数百万美元。 因此，通过不必要的编码和实验使过程复杂化是没有意义的，因为这将是昂贵的。
可扩展性三难困境
以太坊创始人 Vitalik Buterin 创造了“可扩展性三难困境”一词，指的是区块链兼顾三个方面的能力 有机特性:
- 安全
- 可扩展性
- 下放
三难困境表示任何区块链技术最多可以具有两个属性，但绝不能同时具有所有三个属性。 因此，当前的区块链技术将始终被迫在其中一项基本属性上做出妥协。 比特币就是一个很好的例子。 虽然区块链已经设法优化了去中心化和安全性，但它不得不在可扩展性上做出妥协，这并不是它自己的过错。
第一和第二层次之后的未来是什么？
可扩展性是目前无法在区块链行业大规模采用加密货币的原因之一。 随着对加密货币需求的增长，扩展区块链协议的压力也随之增加。 由于区块链的两层都有一定的局限性，未来的解决方案将是创建一个可以解决可扩展性三难困境的协议。
总
关于上述瓶颈，有两种选择：1）缓解扩展问题，或 2）寻找可行的替代方案。 区块链开发人员正在选择第一个选项，因为他们继续使用以太坊 2.0 进行第二层扩展。
在发布时，区块链系统仍在开发中。 未来的紧迫问题是区块链层和第二层扩展是暂时的还是永久的。 目前，没有人确切知道。