就像道路需要红绿灯一样，没有法治，现代国家就无法运作，每一个旨在发挥其最大潜力的区块链（在交易和智能合约交互上不出现拥塞、崩溃或超级昂贵）都必须扩展。区块链扩展的基本组成部分，也是本系列的主题，是有效地使用基础层之上的可用和额外的区块链层。

区块链层和可扩展性简介 - Mickey Maler

能否巧妙地使用区块链可扩展性选项（在特定层中可用）提供解开区块链可扩展性三难困境的钥匙，从而导致区块链无法实现安全性、可扩展性和去中心化三个基本特征的和谐共存？或者，如果做不到这一点，它至少可以帮助缓解由可扩展性问题引起的技术难题吗？

如果这是您第一次阅读有关区块链三难困境和可扩展性问题的文章，那么这是适合您的文章系列。本系列的第一章，即您现在正在阅读的章节，将提供有关层的基本信息 - 区块链构建块。第二章将解释什么是区块链三难困境，它为当今的区块链项目带来了哪些困难，以及正确使用层的智能架构如何在解决它方面发挥重要作用。在获得必要的背景知识后，以下章节将更深入地研究特定层和区块链可扩展性升级以及它们可以为区块链提供的功能。

因此，让我们从最基本的开始。

层。作为区块链和加密爱好者，您经常与他们打交道。

这些技术“包装器”封装了充当当今 IT 技术基本构建块的协议。区块链也是如此。

本文旨在让您对区块链可扩展性基础知识有一个基本的了解，然后对区块链构建块进行更广泛的技术概述。为此，我们将使用城市的简化模型进行类比。

将区块链协议视为城市的基础设施和法律。区块链协议使“城市”保持有序、规范和精简。现实世界的城市以各种方式使用它们的元素：

• 他们将街道、区域和地区用于特定的功能或目的。
• 他们通过各种类型的城市交通工具（例如汽车、公共汽车、火车等）分配人员，从而优化各个部分的负载。

以同样的方式，区块链项目的架构将某些技术分配给不同的层。

这种相似性也适用于扩展。现代城市在水平和垂直方向上都在扩展，以容纳尽可能多的市民并增加功能多样性——它们变得越来越宽、越来越高。然后，高效城市化的顶点由摩天大楼和公寓楼组成，它们使用最少的空间来容纳最多的人和设施。

通过扩大，城市可以获得新的功能并减轻人口负担。例如，可以通过添加一个专门用于大学和学生宿舍的新城市部分来证明这一点，其目的是为聪明的人创造一个可以操作和居住的区域，而不会使主要城市的交通和住宿能力超载。

同样，区块链也倾向于在其基本架构旁边添加一些东西，以添加到基本层的形式，或者通过添加额外的层来满足用户交易的指数增长或添加新功能，例如作为与比特币世界的 EVM 兼容性，允许基于比特币的网络利用 Solidity 智能合约。

那时，与我们的城市类似，我们的区块链“变得更宽”，这意味着应用侧链来增强主链的能力并承担一些数据吞吐量负担，同时共享相同的本体层，Layer 1.

通过跨链桥连接的主链和侧链同时共享相同的技术层是一种可扩展性方法，应该增强区块链的容量。这种方法并不是帮助区块链更好地运行的唯一方法。添加更多区块链节点以增强区块链有效性，例如可扩展性或吞吐量，是另一种方式。当我们向系统添加更多具有相同含义的单元以增强其功能时，我们正在谈论水平扩展的概念。

• “变宽”的一个重要含义可能预示着城市规则的修改。更多的公民意味着更多的点对点区块链用户；更多的用户对城市交通产生更高的需求，这可以类比为区块链交易的可能性。对从 A 点广播到 B 点的数据的更高需求可能导致对更大区块链块的需求。虽然更大的区块（可以类比为具有额外车道的更宽的高速公路）可以帮助处理更多的交通负载，但在区块链中，这将取决于与整体区块链交易吞吐量能力密切相关的开采区块数量.
  

变高或垂直扩展，仅仅意味着更好地利用城市拥有的空间资源。一种利用“结构升级”将大城市建筑变成帝国维度的东西，其属性通过垂直维度提高了同一城市区域的住宿功能能力。

然后，可以以类似的方式升级使区块链运行的区块链硬件、节点和容器。在这里，我们不是添加额外的计算机来做与水平扩展相同的事情，而是升级当前的硬件层以增加系统功能。当我们升级硬件要求以增加功能时，我们谈论的是垂直扩展的概念。

这两个概念都来自数据库开发领域，各有利弊，但它们在去中心化网络环境中的应用带来了额外的权衡。

• 可扩展性权衡和整体解释将在本文的后续部分进行。

为了以最简单的方式说明上述概念，让我引用Jonathan R. Brandt先生的一段采访电报文章垂直和水平区块链扩展，解释：

“在打击犯罪中，绿巨人纵向扩展，正义联盟横向扩展。在比特币中，挖矿服务器可以通过增加内存或升级其 GPU 来垂直扩展，也可以通过将服务器连接在一起来水平扩展。”

尽管城市元素与区块链层的类比并不完美，但它仍然令人惊讶地适用，因为区块链和城市的结构实际上有很多共同点：

• 两者都是有机增长和发展的系统。
• 城市街道、地区和交通可以有自己的层，它们是同一层的一部分；就像汽车、公共汽车和火车是城市交通的一部分一样。
• 两者都遵循一组简单的核心规则，这些规则决定了它们的设计、构建方式和运行方式。
• 两者都需要在其上构建基础设施。

它们还有其他相似之处，我们可以从中建立类比：

• 城市交通作为区块链项目
  • 主链（L1）作为主要地面网络，侧链作为围绕城镇的高速公路（L1）
  • 城市交通量与开采的区块数量和运输的人数与区块链交易的数量有关。

规划、架构及其他

基础城市布局最初是为它们存在的最初几年而规划和设计的，如果人口在短时间内呈指数增长，则有一些进一步扩展或发展的后门可能性。之后，城市的发展方式很大程度上取决于紧急情况，例如人口迁移或工作机会。任何严格的计划主要是为了应对这些情况而发生的。

区块链项目也是如此。它们中的每一个都旨在服务于特定目的，解决问题并满足尽可能多的用户。然而，一切都有其限制，您计划的限制可能会突然被大大超越，例如，由于大规模采用的成功。当达到或超过这些限制时，必须对当前结构进行升级或扩展，以防止系统发生交易拥塞或系统崩溃。

这就是第 0-3 层中可用的区块链可扩展性解决方案的用途。

区块链层的两种方法

在考虑区块链的各个层时，我们需要注意两个方面。

第一个更结构化的视角由区块链架构层组成，而第二个视角描述了从本体层次结构的角度所创建的区块链的可能可扩展性解决方案。

观点一：区块链架构

这两个观点中的第一个观点查看了创建区块链分层架构的所有区块链构建块，分为五层。总结这些层的简短描述 - 从上到下：

应用程序和表示层- 智能合约和应用程序运行的层 - 允许用户设备前端和区块链后端之间的通信

共识层- 该层运行需要一定数量节点来验证一笔交易的协议。因此，每笔交易都由多个节点处理，然后这些节点必须得出相同的结果并就其有效性达成一致（决定论 - 第 1 部分)该框架：- 保持区块链的去中心化特性，因为没有节点可以单独控制任何交易数据，并且角色是分布式的- 实现参与节点之间对真理的一致接受- 在 P2P 网络中的节点之间建立一套明确的协议-由于去中心化，确保没有任何一方可以完全控制区块链网络，并且只遵循最重或最长的链

网络层- 也称为传播层，是节点间通信的平台，每个节点必须能够发现其他节点 - 它是一个 P2P 框架，旨在：- 允许在系统共识中测试交易数据的有效性块创建、添加和发现

数据层- 交易信息以签名和验证块的形式捆绑和存储 - 每个后续块都链接到先前的块，这些块与曾经开采的第一个块（创世块）相连。每次添加新块时都会重复此过程（决定论 - 第 1 部分)- 每笔交易都使用发件人钱包的私钥进行数字签名。只有发送者才能访问此密钥，从而确保数据不会被其他任何人访问或篡改。

硬件层- 保持其运行的设备和系统 - 技术骨干允许数千台相互请求数据的计算机进行点对点连接 - 区块链中的计算机称为节点，它是运行的硬件客户端软件并随机验证交易数据

可视化

区块链架构从其硬件/基础设施层开始，在其之上构建附加层。这些结合起来，就创建了一个区块链主干。

• 这些层中的每一层都有其含义和与其他层分开的原因。

分层架构的底部三层从本体层次结构的角度创建了一个单独的层。该组合层称为第 0 层 (L0)。

L0 是在区块链下运行的网络框架，由协议、连接、硬件、矿工、节点等组成，构成了区块链生态系统的基础。这些组件有助于使区块链成为现实，它们的技术允许比特币、以太坊和其他区块链网络发挥作用。

L1 包含基础网络及其底层基础设施的概念。在这里，我们可以找到共识、L1 协议以及主链和侧链（如果使用）本身。

观点二：区块链的本体层次结构

这种方法侧重于已经创建的区块链可能的可扩展性解决方案。

• 区块链的本体层次结构将在本系列的后续部分中介绍。

到目前为止，我们已经描述了五个区块链架构层，它们构成了运行区块链的基础。这使我们可以更进一步观察其功能。以下两个图像总结了一种通用功能方法，并提供了以下每个块的附加元素：

我们在区块链探索中需要采取的最后一步是认识到区块链，以及我们刚刚描述的所有层，都站在互联网的肩膀上。与本文的主题一致，区块链基本上是一个额外的互联网层。

正如我们在上面看到的，没有互联网就不会存在功能性 Web。区块链应用程序也需要互联网，但它们可以绕过网络，为我们提供除许多其他东西外的另一个更分散和独特的网络版本。这个版本的 Web 被称为 Web3，它是区块链技术最大的突破之一。您可以在学院的前一章.

简而言之，区块链站在互联网的支柱上，正是由于互联网层，区块链拥有连接到节点并与区块链矿工、节点和对等方通信所需的一切。

奥特罗

但是这些层到底是什么？严格来说，计算机语言中的“层”是基于另一个更基本的协议提供的服务构建和运行的东西。毕竟，IP 协议——互联网的基石之一——最初就是这样设计的。

例如，作为 Internet 物理通信基础的网络接口是支持 IP 层服务的层。 IP层是TCP层的基础，TCP层是HTTP层的基础。因此，两台机器可以通过 HTTP 协议进行通信，这要归功于它们下面的所有其他层。

• 参考：通信网络，García/Widjaja，第 2 章

最后一点，区块链的基本要素之一是 Internet 协议套件，通常称为 TCP/IP。得益于 TCP/IP，区块链可以在互联网上运行，区块链所做的每一件事都是基于 TCP/IP。此功能被标识为区块链第 0 层部分之一。

区块链与 TCP/IP 的交互就像呼吸一样——TCP/IP 为区块链提供的服务就像我们星球提供的氧气。多亏了大自然的这种礼物，提供给当前的丰富使用，我们被允许发挥我们的能力。

许多区块链可以在 TCP/IP 之外运行。尽管如此，与不久的将来将生活在火星上的一小部分人类类似，它的资源极其昂贵且目前无效。同样，试图在氧气稀缺的火星上生活的人类将比在氧气丰富的地球上生活更艰难，没有 TCP/IP 的区块链运行效率将低得多。

最后的想法

如果把全球互联想象成推动现代文明前进的车轮，TCP/IP就像是加在车轮上的充气轮胎，将我们从电报时代带入互联网时代。

现在，区块链承诺在轮胎顶部添加另一层，这将进一步增强车轮的功能。也许，如果事情进展顺利，它可能就像一个反重力安全带，让人类经常笨重的交通工具有机会翱翔到天空。

结束

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关于 Sovryn

• Sovryn 的比特币原生协议已经得到全球 17 个国家/地区的用户的支持，它以符合 Satoshi Nakamoto 的去信任、抗审查和点对点货币系统的愿景的方式推进金融主权。创始团队通过扩展基于以太坊的 DeFi 应用程序的成熟技术进步来创建该平台，同时改进已知的风险因素。最终结果是一个在比特币原生RSK 侧链 (RootStock) 上运行的交易、杠杆和借贷的自我维持平台。