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了解区块链技术层次的初学者指南

2023-01-09 14:05 作者:joseph wu 阅读量:213

区块链技术是密码学、博弈论等二十世纪技术的独特融合。因此,区块链技术具有广泛的用例,包括当前的金融科技趋势、加密货币。对于那些刚接触密码学和博弈论术语的人来说,密码学只是数据的加密和解密,而博弈论是对理性决策者之间战略互动数学模型的研究。

区块链中去中心化身份的终极指南

区块链技术通过提高效率、最大限度地降低运营成本和消除中介机构,提供透明度和牢不可破的安全性等优势。当谈到Web 3.0和去中心化账本技术 (DLT) 时,尤其是与区块链相关时,您可能听说过人们谈论区块链的不同层次。但它们到底是什么,为什么如此重要?在这篇文章中,我们将了解层在 IT 生态系统中的重要性以及区块链设置如何根据不同的层工作。

分层架构

然而,由于区块链没有单一的控制机构,所有交易都必须安全,数据必须安全地保存在分布式账本上。分布式账本技术 (DLT) 遵循预定协议,整个网络中的多台计算机(或节点)达成“共识”以确认交易数据。当新条目到达时,每个节点都会添加、检查和更改它们。为了允许这种独特的交易认证,区块链采用分层设计。

根据一些区块链专业人士的说法,区块链技术有五层:

  • 基础设施或硬件层
  • 数据层
  • 网络层
  • 共识层
  • 应用层和表示层

但是,区块链技术层也可以归类为:

  • 第0层
  • 第一层
  • 第二层
  • 第三层

那么,这些层是什么,它们在区块链技术中有什么好处?我们来看一下。

基础设施或硬件层

数据服务器安全地备份区块链数据。当我们上网或使用任何区块链应用程序时,我们的计算机会从服务器寻求访问这些数据。区块链平台依赖于 P2P,即点对点网络架构,其中一个节点与其他节点连接以快速轻松地共享数据。客户端-服务器架构是允许这种数据交换的结构。

它只不过是一个大型的设备网络,这些设备相互连接并交换数据和信息。分布式账本就是以这种方式构建的。一个节点与网络上的另一个设备通信,每个节点都被授权随机监控交易数据。

什么是区块链基础设施?区块链如何运作?

数据层

区块链是一系列带有交易记录的散列块。区块链的第一个区块是创世区块。之后,添加到区块链的每个新块都通过迭代过程链接到创世块。因此,通过这种方式,区块链不断扩展。

每笔交易都使用发件人的钱包私钥进行“数字签名”。此密钥只能由发件人访问,保证数据不能被任何其他人查看或修改。所有者的身份由加密的数字签名进一步保护,确保最大的安全性。在区块链术语中,这被称为“最终性”。

数据加密使其无法访问。在数据访问的情况下,篡改它几乎是不可能的。数字签名还可以保护发件人或所有者的身份。因此,签名在法律上与签名者相关联,不能被忽略。

网络层

P2P 框架允许多个节点通信交易数据,以便就交易的合法性达成一致。这意味着网络上的每个节点都必须能够发现其他节点以便快速通信。网络层使这种“节点间通信”成为可能。该层也称为“传播层”,因为它管理节点检测、块生成和块添加。

共识层

该层是区块链功能中最重要的层之一,负责交易认证。没有这一层,交易验证将不会发生,从而导致系统故障。该层实现协议,该协议需要特定数量的节点来验证单个事务。结果,每笔交易都由众多节点处理,所有节点都必须得出相同的结论并就其合法性达成一致。

因为没有节点对任何交易数据拥有独占权限,而且角色是分散的。它也被称为共识机制,保持了区块链去中心化的特性。多个区块可能同时形成,由于大量节点处理交易,将它们捆绑并添加到区块链中,导致区块链中出现分支。但是,任何时候都需要单链区块添加,共识层保证解决这个争议。

应用层和表示层

应用层由最终用户用来建立区块链网络通信的程序组成。智能合约、Dapps(去中心化应用程序)、链码、脚本、UI(用户界面)、API(应用程序编程接口)和框架构成了应用层。应用层和执行层是应用层协议的细分。区块链网络充当应用程序的后端机制,并借助 API 进行通信。然而,智能合约、链代码和底层协议构成了执行层。

组成应用程序指示执行层正确执行交易,同时确保区块链平台的确定性方面。所以你有它:支持系统的区块链的五个层。但是,如果您一直在阅读有关区块链的文章,您可能会遇到诸如第 0 层、第 1 层和第 2 层之类的术语。那么,让我们看看这些层是什么。

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第0层

Layer-0 由构成区块链生态系统基础的硬件、协议、连接和其他组件组成,充当区块链底层的网络架构。这一层可以被认为是“区块链网络”。链间可操作性也由第 0 层实现,它允许区块链相互通信。它为解决未来层可扩展性困难提供了关键支柱。第 0 层通常使用原生代币来支持参与和开发。Polkadot、Avalanche、Cardano 和 Cosmos 是第 0 层的一些示例。

第一层

Layer-1 负责执行维护区块链网络基本操作的大部分任务,如争议解决、共识机制、编程语言、协议和限制。Layer-1 象征着实际的区块链。

该层必须经常管理的大量作业会导致可伸缩性问题。随着越来越多的人进入区块链,解决和向链中添加区块所需的计算能力会增加,从而导致更高的费用和更长的处理时间。

可扩展性问题在一定程度上通过改进的共识技术得到缓解,例如股权证明和分片的出现(将计算操作划分为更小的部分)。然而,历史表明它们是不够的。以太坊、币安智能链、比特币和 Solana 都是第 1 层的例子。

第二层

为了提高区块链的生产力,需要额外的处理能力。然而,这需要包含额外的节点,这会阻塞网络。尽管添加节点对于维持区块链的去中心化特性至关重要,但调整可扩展性、去中心化或吞吐量将影响第 1 层的其他节点。

因此,如果不将所有处理重新定位到在第一层之上创建的第二层,即第二层,就无法扩大第一层。通过允许第三方解决方案与第一层集成,这变得可行。一个新的网络 Layer-2 改造了 Layer-1 并管理所有交易验证。Layer-2 位于区块链生态系统中的 Layer-1 之上,并不断与之交换信息。但是,第 1 层仅负责管理向区块链添加和创建新块。例如,将闪电网络视为部署在比特币区块链上的第 2 层区块链的示例。

第三层

区块链生态系统的最后一层,也是人眼可见的一层。第 3 层是参与者最终与用户界面 (UI) 交互的层。使用 L1 和 L2 时,该层旨在提供简单性和易用性。

L3 不仅提供 UI,还提供链内和链间可操作性形式的实用程序,例如去中心化交易所、流动性供应和抵押应用程序。去中心化应用程序(dApps) 是一种第 3 层接口,可为区块链技术提供真实世界的应用程序。

其他示例包括:

  • 分散式加密货币交易所,例如Pancake Swap和Uniswap。
  • Binance 和 Coinbase 等钱包提供商。
  • Compound 和 Aave 等流动性管理协议。
  • 像 Tornado Cash 这样的支付机制。

结论

现在在区块链领域无法广泛采用加密货币的原因之一是可扩展性。构建区块链技术的愿望将随着对加密货币的需求而上升。由于区块链的每一层都有自己的一套限制,解决可扩展性难题的唯一方法是构建一个可扩展的系统。

因为第一层是所有去中心化系统的基础,所以它对区块链生态系统至关重要。第二层协议解决了底层区块链的可扩展性困难。不幸的是,大部分第三层协议(DApps)目前只在第一层运行,而忽略了第二层。因此,如果这些系统没有达到我们的预期,这是合理的。

真实世界区块链用例的创建在很大程度上依赖于第三层应用程序。因此,与传统网络相比,它们不会获得与底层区块链一样多的价值。区块链目前非常复杂,仍处于萌芽状态。因此,完成区块链开发需要数年时间。然而,将构成区块链的许多底层组件分解为技术层可能有助于更好地理解这个概念。

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