区块链技术有哪些不同层次？

区块链技术正在从根本上改变我们开展业务和相互互动的方式，它是用于安全存储、共享和处理数据的强大工具。要理解区块链如何运作，重要的是要查看它的各个层。区块链架构的每一层都有不同的目的，并具有影响其运作方式的不同特征。在本文中，我们将探讨区块链的不同层级，以及它们如何协同运作以确保数据的安全。

什么是区块链技术，它如何运作？

区块链是一种廉洁的数字分类账本，用于保护数据和交易记录。随着这些记录的新区块的添加，区块链也在增长，世界各地的节点在每次添加时都会更新其链的版本。由于它们有时间戳，这些交易可以追溯到区块的开始。去中心化、更低的维护成本、透明度（在公共区块链的情况下）以及未经参与者批准的不变性只是分布式账本技术带来的一些好处。专家表示，去除人为因素和使用数学计算算法也有助于增进这项技术的有效性。

Web1、Web2、Web3等概念是在过去十年中出现的，提供了不断变化的互联网环境：设计、结构、网站内容等。通常，此符号表示同一软件产品或技术的不同版本。但在这种情况下，我们谈论的是网络内工作技术的开发，因为网络的协议和一般原则并没有任何变化。Web1、Web2 和 Web3 也可以表示为 Web 技术的分层级别，其中每个级别都使用了创新方法。

区块链 是一种位于金融和计算机科学交叉领域的现代多功能技术，允许在不需要完全信任的情况下交换信息。区块链使各方之间的直接交易成为可能，而无需中央数据存储库或中介来保证交易。这是通过所有交易的完整且不变的事后记录来实现的，区块链平台中的所有参与者都可以完全访问该记录 ——参与者或其关联都不能更改已输入数据库的记录。

挖矿过程是将新操作（在工作量证明模型中）写入开源区块链区块的关键机制。这种方法是基于网络参与者之间的竞争，他们执行数学运算以找到新区块的哈希值并就所需的时间进行竞争。随着矿工增加（或减少）他们的处理能力，网络会调整算法的复杂性，以保持大致相同的时间，以便在链中生成新的区块。这种方法使得生成满足确认条件的区块具有挑战性，因为必须尝试许多“随机”组合，直到区块被确认。

什么是区块链可扩展性？

区块链是一个分布式系统，专注于两个目标：一方面，它允许每个人将新交易添加到共享的交易时间线中，另一方面，它确保交易数据的时间范围受到保护，不被更改和篡改。区块链系统通过不可变的添加数据结构来实现这两个目标，该结构在每次添加新块时解决哈希难题。解决哈希难题非常耗时，因此任何更改交易时间顺序的尝试都会花费太多精力。不幸的是，这种结构的代价是数据处理速度的降低，其结果是系统的可扩展性。

可扩展性是网络或数据库在过载条件下提高其性能的能力。系统有垂直（通过改进硬件）和水平（通过在小段上均匀分配负载）扩展。第一个是通过增加中心节点的容量来实现的，第二个是通过软件方法来实现的。区块链协议的可扩展性通常被定义为通过通常的区块链每秒处理更多交易的能力。如今，许多区块链系统可以被认为是可扩展的，但它们的吞吐量差异很大。当一个系统被称为可扩展时，它通过改变共识协议和/或优化一些系统参数来实现比现有系统更高的TPS。

目前存在几种区块链网络的可扩展性方案，主要是工作量证明、权益证明和拜占庭容错（BFT）。虽然所有这些方案在形式和概念上可能不同，但它们在吞吐量方面可以具有相似的性能。理想情况下，所有方法都可以最大限度地提高消息传输的带宽利用率，并提供畅通无阻的消息复杂性。它们之间的根本区别在于，分布式系统中的可扩展性需要系统性能和服务器（节点）数量的线性增长，由于去中心化，这对于区块链来说基本上是无法实现的。

区块链架构：定义和概述

当今，存在于加密货币空间中的每个区块链都是一个由互连元素组成的多组件系统，每个元素的正确操作确保了整个区块链架构的稳定性。架构是一组级别，在每个级别执行某些过程，这些过程以一种或另一种方式影响网络性能的各个方面，并确定其扩展的可能性。

硬件层

硬件的基础设施层是区块链最基本的层，它可容纳处理和存储账本交易的节点。点对点网络是区块链平台的基础。在这个网络中，节点互连，以便在各种设备之间交换和共享数据，允许网络中的每个节点在交易过程中随机跟踪数据。

区块链网络的一个显著特征是，无论哪组节点检查新开采的区块，有关它的信息都会同时更新所有节点。因此，在这种情况下，验证节点可充当服务器，而更新节点则充当客户端。这样的系统，其中每个节点都可以充当服务器和客户端，基于硬件级别，其主要目的是通过以分散的方式验证和存储区块链交易，来确保区块链的加密货币账本免受未经授权的访问。

Web3革命即将到来，如今越来越多的公司对区块链技术表现出兴趣，以实践商业革命背后的新创新。当今，Web3 支付在加密金融系统的各个领域都有应用程序，主要有以下几个。

数据层

数据层是一个安全稳定的链，充当存储交易信息的数据库。一旦节点验证了一定数量的交易，它们就会被添加到一个区块中，并链接到链中的前一个区块（初始区块除外，它是链中的第一个区块）。每个区块都包含基本细节，例如Merkle树的根哈希、前一个区块的哈希、日期和其他相关数据，这确保了系统的安全性、完整性和不变性。

每笔区块链交易都使用发件人钱包中持有的私钥所创建的数字签名。由于此密钥仅对发件人可用，因此任何人都无法访问数据。此外，数字签名会保护所有者的身份，该身份经过加密以确保安全，这个过程的这个阶段被称为“终结性”。

网络层

网络层是区块链架构的第三层，也称为点对点层。它负责管理和维护区块链的网络基础设施，是分布层，其中发生区块创建、区块添加和节点之间的通信。节点和矿工使用计算能力来解决这一层中的复杂数学问题，以在点对点网络中一致地传输交易数据并验证交易。通过这种方式，网络层保证了交易的合法性。

区块链结构的点对点层允许节点交换有关交易的数据并就其有效性达成协议。该网络层负责允许节点之间的P2P通信，有时也称为“分支”层。它包含诸如P2P网络，数据传输和验证的机制。

共识层

共识层对区块链至关重要。它设置了节点之间的共识规则，并负责区块链的关键功能。共识是以分散的方式来实现的，这意味着不需要中央机构。多个节点控制交易数据，它们必须都对彼此的交易进行身份验证并达成一致。如果共识层失败，整个区块链系统也会失败。

共识层确保网络中的所有节点都能够验证和同意交易数据，从而保证存储在区块链中的每个细节都得到每个节点的批准。该层涉及算法和协议，使多台计算机在创建新区块或修改现有记录时达成协议。

在描述支付的未来时，中断是一个流行的术语，意味着破坏现有秩序和既定做法。这种颠覆的核心是数字技术在其众多应用中的应用。事实上，正如Accenture所指出的那样，近年来，全球支付增长的动力一直是加密货币技术的发展。一般来说，支付的未来通常会进入金融科技发展的领域。因此，金融科技和数字支付可以安全地归类为创新行业，从根本上改变企业和个人之间的金融互动原则，并促进任何金融交易的进行。

在应用层上是提供区块链确定性的程序。它们使消费者设备可以轻松地与区块链进行通信，并且是面对用户的前端。反过来，区块链堆栈则充当后端。开发人员可以在此堆栈之上部署程序，并让计算机执行它们。

区块链网络的应用层由脚本、API、用户界面、框架、智能合约和dApps组成。它分为两部分：应用层和执行层。前者发起交易，后者进行核查过程。最后，语义层会执行它们。

区块链协议层

区块链架构通常呈现为分层系统，其中每一层都有自己的特性和功能。无论在区块链架构中使用哪种共识方法，层都提供了一系列用于扩展网络的解决方案。让我们来仔细看看这些层。

层 0

L0协议构成了 L1 区块链架构的基础。解决区块链技术目前面临的互操作性和适应性障碍的一种方法是L0协议，这是区块链网络和应用程序的基础。

使用同一L0协议创建的网络可以自动相互通信，而无需使用特殊网桥。生态系统中的区块链可以通过在链或L0之间使用不同的传输协议来构建彼此的功能和用例，这通常会导致更快的交易时间和更高的效率。

在大多数情况下，L0协议充当主区块链，支持来自多个L1链的交易数据。除了允许在不同的加密货币账本之间传输代币和数据的网络协议外，还有建立在 L0 协议之上的 L1 链。从一个 L0 协议到另一个 L0 协议，这三个组件的体系结构和连接可能会有很大的差异。

层 1

第 1 层分布式注册表包括了处理和终止自身内部交易的区块链。该层执行支持网络基础的大型基本任务：编程语言、争议解决、共识方法和约束。

扩展第 1 层以提高交易吞吐量的一种流行方法是分段。这种类型的数据库分区方法可以与区块链上的分布式注册表一起使用。网络及其节点可分为多个段，以分配工作负载并提高交易吞吐量。每个分段可控制网络活动的一部分。因此，每个片段都有自己的交易、节点和单独的区块。

层 2

层 2 解决方案 是以构建在底层区块链之上的应用程序和软件形式的基础设施解决方案。它们可以处理大的交易量并减少底层网络上的 lo 广告。现在，第二层解决方案有多种选择：侧链、状态通道以及乐观汇总和 ZK 汇总。第 2 层解决方案旨在为开发人员规避可扩展性、隔离性和低灵活性的限制。

层 3

Layer 3，也称为应用层，是去中心化网络应用程序和服务及其使用协议的舞台。虽然一些区块链，如以太坊或Solana（SOL），支持稳定的第3层应用程序生态系统，但比特币不适合这样做。来自核心比特币网络的第 2 层解决方案是目前最受欢迎的，一些项目正试图通过原始网络的分叉将DApp功能集成到比特币生态系统中。

结论

分布式账本是一个复杂的系统，是各种数字产品、加密货币应用程序和项目的基础。随着不同的加密货币区块链网络的不断发展和可扩展性的提高，分布式账本技术的使用将变得更加普遍。这种类型的技术开辟了许多潜在的应用，可能会对我们的生活和我们开展业务的方式产生重大影响。