Layer 1 和 Layer 2 有哪些不同？

什麼是區塊鏈三難困境？

區塊鏈技術的應用不只在金融產業持續擴張，也逐漸深入各行各業。隨著產業發展，生態系統對可擴展性的重視不斷提高。提升系統處理能力有助於因應新型應用及交易量成長。在區塊鏈層級的可擴展性討論中，Layer 1 與 Layer 2 始終是業界關注焦點。

區塊鏈層主要設計目標在於強化網路安全性與資料紀錄可靠性。本文將解析這些系統如何協同運作，進一步提升區塊鏈間的互操作性。

區塊鏈的可擴展性三難困境，意指區塊鏈在安全性、去中心化與可擴展性三大核心屬性間，難以三者兼得的技術限制。這一概念已成為區塊鏈技術發展的重大瓶頸。

按照三難困境的定義，區塊鏈往往只能最優化三大屬性中的兩項，三者兼顧在技術上極具挑戰。因此，現有區塊鏈技術多需犧牲其中一個核心屬性以維持整體運作。

比特幣區塊鏈在去中心化與安全性方面表現出色，但可擴展性受限。以太坊也遇到相同困境，並致力於在維持高度安全性及去中心化的同時提升交易處理效率。

目前尚無任何加密貨幣能同時最大化這三項特性。也就是說，每個加密貨幣專案都必須在三大屬性間做出取捨，選擇優先實現其中兩項或三項屬性。

許多開發者已針對可擴展性挑戰提出並落實多種技術與創新方案，積極嘗試突破區塊鏈三難困境。這些技術依區塊鏈層級不同，分別呈現為 Layer 1 或 Layer 2 解決方案。

不少加密貨幣專案具備每秒處理數千筆交易的能力，卻可能以犧牲去中心化或安全性為代價。比特幣與以太坊則是安全性及去中心化程度最高的數位貨幣代表。Cardano、Avalanche、Solana 等 Layer 1 加密貨幣專案，因專注解決比特幣與以太坊的可擴展性問題而備受關注。

Layer 1 擴容方案

區分 Layer 1 與 Layer 2 區塊鏈擴容方案，必須先明確定義什麼是 Layer 1 區塊鏈。顧名思義，Layer 1 區塊鏈網路即是網路的基礎協議層，也是區塊鏈的底層架構，所有交易都最終記錄在此。

Layer 1 擴容方案聚焦於優化區塊鏈底層，提升可擴展性，為區塊鏈網路擴展提供多元路徑。例如，Layer 1 方案可直接調整協議規則，提升交易容量與速度，同時為新增資料和用戶提供更大空間。

不過在 Layer 1 與 Layer 2 區塊鏈討論中，最關鍵的 Layer 1 擴容方案有兩種：共識協議變更與分片。這兩者是 Layer 1 擴展的技術基礎。

如 PoS（權益證明）等共識機制，在底層區塊鏈相較於 PoW（工作量證明）更有效率。PoS 可大幅降低算力消耗，並維持網路安全性。分片則是將網路負載分散至多個資料集或分片，實現並行處理。

優點

• 可擴展性提升：Layer 1 區塊鏈方案最顯著的優勢在於可擴展性。Layer 1 能藉由優化基礎協議，全面提升網路處理能力。

• 兼顧高安全性與去中心化：Layer 1 方案可在兼顧高可擴展性及經濟效益的同時，維持去中心化與安全性，提升網路可靠性。

• 推動生態系統發展：Layer 1 擴容方案可將新工具與技術創新整合進基礎協議，加速區塊鏈生態系統成長。

缺點

Layer 1 網路擴展能力不足是普遍挑戰。比特幣及其他大型區塊鏈在需求高峰期常遇到處理瓶頸，尤其比特幣採用 PoW 共識機制，算力與能源消耗極高。

此外，Layer 1 變動會直接影響基礎協議，實施前需充分討論並取得社群共識。若變動後發生問題，回滾極為困難。

Layer 1 問題的因應

Layer 1 網路擴容需透過下列基礎升級，聚焦於底層效能強化。

共識協議優化

共識演算法是區塊鏈網路達成一致的核心機制。常見的有 PoW（工作量證明）、PoS（權益證明）等，皆有不同特色與優勢。

PoW 目前最為普遍，但處理能力有限且耗能龐大。礦工需解決複雜數學題，消耗大量算力。相比之下，PoS 在處理效率上更勝一籌。

PoS 系統不需高強度運算解決加密題目，而是根據參與者持有的加密資產數量進行區塊處理與驗證。此一方式大幅降低能耗，同時加速交易處理。以太坊已完成 PoS 共識轉型，提升網路容量，同時強化去中心化與安全性。

分片（Sharding）

分片技術源自分散式資料庫，近年已成為 Layer 1 擴容關鍵方案之一。分片是將區塊鏈網路的整體狀態拆分為多個「分片」獨立資料集。

將節點工作拆解為易管理的子任務後，網路可並行處理各分片，達成多筆交易同時處理。各節點無需保存完整區塊鏈副本，只需負責分配到的分片，能減輕節點負擔並提升效率。

每個分片都會向主鏈提交證明，並透過跨分片通訊系統與其他分片共享地址、全域狀態及餘額，確保分片間協同一致，維持全網一致性。以太坊 2.0、Zilliqa、Qtum、Tezos 等主流區塊鏈協議近年來積極研究及推動分片技術。

Layer 2 擴容方案

Layer 2 擴容的核心目標是運用部署在區塊鏈協議之上的網路或技術。透過鏈下協議或網路，區塊鏈可有效提升可擴展性與效率。

Layer 2 擴容方案本質上是將區塊鏈協議的交易壓力分散至鏈下架構。鏈下架構負責將已處理交易的最終結果回傳主區塊鏈。Layer 2 方案藉此高效、靈活分擔資料處理任務，避免主鏈壅塞，實現擴展。

比特幣的 Lightning Network 就是 Layer 2 擴容的代表。Lightning Network 在比特幣主鏈之外處理交易，僅將最終結果寫入主鏈，達成快速且低成本交易。Layer 1 與 Layer 2 討論中，還有許多其他 Layer 2 擴容方案。

優點

• 保有 Layer 1 的安全性與去中心化：Layer 2 透過鏈下處理交易，能維持 Layer 1 的安全性和去中心化。主鏈作為最終結算層，確保其可靠性與安全性。

• 大幅加快微交易處理速度：Layer 2 方案在鏈下處理交易，可大幅提升微交易執行效率，實現小額支付與即時交易等應用。

• 顯著降低交易成本：鏈下處理交易有助於紓解主鏈壅塞，大幅降低交易手續費。

缺點

• 可能降低區塊鏈互通性：Layer 2 用戶受限於所採協議，區塊鏈間的連結性可能下降，不同 Layer 2 方案間的互操作性也成為新挑戰。

• 安全性與隱私新問題：Layer 2 採用鏈下處理交易，可能引發新的安全與隱私風險。鏈下交易需加強安全防護。

• 流動性分散：多種 Layer 2 方案並存，可能造成流動性分散，影響用戶體驗。

Layer 2 問題的因應

因應 Layer 2 問題，業界已發展多元技術路徑。以下解析幾類主流 Layer 2 方案。

嵌套區塊鏈：父子結構分散處理

嵌套區塊鏈指於區塊鏈內部嵌入一條或多條子鏈，形成階層架構。主鏈負責制定全網規則與參數，子鏈則專注各自的處理任務。

透過父子結構分散處理，即可減輕主鏈負擔並提升可擴展性。子鏈可採獨立共識機制，針對特定應用場景優化設計。OMG Plasma 專案即為以太坊區塊鏈上的 Layer 2 嵌套區塊鏈基礎設施代表。

狀態通道：鏈下高速處理

狀態通道是一種連結區塊鏈與鏈下交易通道的技術，實現雙向溝通。狀態通道無需主鏈逐筆驗證，可大幅提升交易處理速度。

參與者開通通道時將初始狀態寫入主鏈，後續交易皆於鏈下進行。交易結束後，將最終狀態及變動上鏈。此作法僅將最終結果寫入主鏈，中間交易不上鏈，達成高效處理。

Liquid Network、以太坊 Raiden Network、Celer、Bitcoin Lightning Network 等都是狀態通道代表。需留意，狀態通道為提升擴展性，會犧牲部分去中心化。

側鏈：獨立並行鏈

側鏈是與主鏈並存的獨立交易鏈，能採用不同共識機制，著重速度與擴展性。主鏈負責整體安全性、批量交易驗證與爭議處理。

與狀態通道不同，側鏈交易需公開，且安全問題不會影響主鏈，能獨立運作，最大程度降低主鏈風險。

但側鏈架構需從零建構基礎設施，開發及維護成本較高。側鏈需要獨立驗證者，因此安全模型與主鏈不同。

Layer 1 與 Layer 2 的主要差異

Layer 1 與 Layer 2 區塊鏈擴容方案存在多層面差異，以下詳述。

1：定義

Layer 1 藉由優化區塊鏈底層，提升處理速度與吞吐量，包含擴大區塊容量、共識演算法調整等。Layer 1 方案直接調整區塊鏈核心協議，增強全網效能。

Layer 2 則由主區塊鏈之外處理任務，屬於鏈下擴容方案。部分資料或交易處理由 Layer 2 協議、網路或應用負責，結果回傳主區塊鏈，降低主鏈負載，並加快交易處理。

2：運作方式

Layer 1 擴容以修改核心協議為主。Layer 1 方案需變動協議，實施後即使交易量降低亦難回滾，協議變動需社群共識與全網升級。

Layer 2 擴容方案獨立於主區塊鏈於鏈下運作，只將必要的最終結果回傳主鏈，無需更動主鏈協議，具高度彈性。

3：方案類型

Layer 1 擴容以共識協議優化與分片為主，也能調整區塊大小、出塊速度等參數，藉由底層結構優化提升效能。

Layer 2 擴容方案型態多元，協議、網路、應用皆可作為鏈下 Layer 2 方案，滿足不同應用需求，促進靈活擴展。

4：特性

Layer 1 為資訊最終決策層，承擔交易結算、原生代幣應用及網路資源存取，並有創新的共識機制。Layer 1 變動影響全網，須審慎執行。

Layer 2 除了提供類似 Layer 1 的功能外，還能提升吞吐量與可編程性，降低交易成本。各種 Layer 2 方案皆有獨特方式將交易映射回 Layer 1，依賴主鏈安全性實現高效低成本交易。

擴容的未來

區塊鏈普及路上，可擴展性是制約大規模應用的關鍵因素。隨加密貨幣需求擴大，區塊鏈平台擴容需求也將持續成長。Layer 1 與 Layer 2 擴容方案各有優缺點。

Layer 1 方案專注於底層架構優化，確保長遠可持續發展。Layer 2 方案則能即時提升可擴展性，優化用戶體驗。未來趨勢將是兩者融合並進。

近年來，許多區塊鏈專案已採 Layer 1 與 Layer 2 綜合擴容策略。例如，以太坊推動 Layer 1 分片與 Layer 2 Rollup 雙軌並行。

此外，Layer 0 概念也已浮現。Layer 0 區塊鏈提供鏈創建及跨鏈互操作性所需基礎設施。以 Layer 0 為基礎的鏈能相互連通，也可兼容其他非原生區塊鏈。Layer 0 區塊鏈為 Layer 1 提供底層支撐。代表專案有 Cosmos、Polkadot、Avalanche 等，其中 Cosmos 已成為主流區塊鏈平台基礎。

未來，Layer 0、Layer 1、Layer 2 多層級區塊鏈生態將逐漸成形，有望突破安全性、去中心化與可擴展性三難困境，打造適合大規模應用的區塊鏈基礎設施。

FAQ

Layer 1 與 Layer 2 的基本差異是什麼？

Layer 1 為區塊鏈本身的基礎層，Layer 2 屬於其上的鏈下技術。Layer 2 將交易處理移轉至主鏈外部，能顯著提升可擴展性並降低 Gas 費用。

Layer 2 方案（如 Lightning Network、Polygon 等）有哪些優劣勢？

優勢包括大幅降低手續費、提升交易速度、優化用戶體驗。劣勢則在於安全性與去中心化之間的取捨、L2 方案間的分割及用戶操作的複雜性。

Layer 1 與 Layer 2 如何選擇適用場景？

Layer 1 適合需要高安全性的大額交易，Layer 2 則適合小額高頻交易，可提升速度並降低手續費。依需求靈活搭配，能達到高效交易效果。

Layer 2 真的安全嗎？與 Layer 1 相比存在哪些安全風險？

Layer 2 整體安全，但相較 Layer 1 存在部分風險。主要挑戰包括智慧合約審計及排序節點（Sequencer）集中化。主流協議持續優化，長期有望達到同等安全標準。

比特幣與以太坊的 Layer 2 方案有何差異？

以太坊 L2 具備智慧合約功能，可處理複雜交易，比特幣 L2 則專注於簡化支付流程。以太坊更重視安全性繼承，比特幣則聚焦交易效率。