第一层（L1）区块链是区块链生态系统的基础网络。它独立运行，无需依赖其他链进行验证或执行，并处理从交易处理到共识以及数据存储在其自身账本上的所有操作。
层 1 区块链通常被称为主网或结算层，它是所有其他区块链层（包括侧链和层 2）构建的基础。
二层网络（Layer-2）在现有网络之上扩展性能，而一层网络（Layer-1）则独立运行。它们定义自己的规则，运行自己的验证器，并发行自己的原生代币。比特币、以太坊、 Solana、 Cardano和 Avalanche 都符合这一描述。
在本文中，我们将探讨 Web3 基础层的历史和功能。
第一层内部结构：它的构建方式
每个 L1 区块链都包含几个核心组件，使其既实用又安全：
- 网络节点：数千台独立的计算机维护着区块链的相同副本，并相互广播数据。它们的分布式特性可以防止审查和单点故障。
- 共识层：达成共识的规则手册。它决定参与者如何判断哪些交易有效，以及如何将区块添加到区块链中。
- 执行层：在以太坊或Solana等可编程区块链上，这一层运行智能合约：智能合约是为去中心化应用程序和自动交易提供支持的自执行代码。
- 原生加密货币：每个一级支付节点（L1）都有自己的代币，用于支付交易费用、奖励验证者并支持链上治理。BTC 保障BTC币的安全， ETH为以太坊提供支持， ADA驱动Cardano。
第一层如何处理交易
在不同的网络中，数据流大致相同：
- 验证：检查交易以确保其符合协议规则，并具有正确的签名和余额。
- 区块形成：已验证的交易被打包成候选区块。
- 共识：节点们使用网络选择的算法，就接下来要添加哪个区块达成一致意见。
- 最终性：一旦确认，The Block将不可更改；余额和合约数据将在整个网络中更新。
这种循环每天重复数千次，而且没有中央监管。
共识机制：区块链的核心
共识机制定义了区块链如何达成一致，并决定了其速度、安全性和能耗状况。虽然存在许多不同的共识机制，但主要的共识机制包括：
- 工作量证明（PoW） ——由比特币引入，PoW 矿工通过计算解决密码学难题。它极其安全，但能耗高，且每秒交易量（TPS）限制在 7 笔左右。
- 权益证明（PoS） ——验证者锁定代币作为抵押品，以获得验证区块的权利。它以经济激励取代了能源消耗。
- 委托权益证明（DPoS） ——币安智能链和其他区块链采用的这种模型，依靠一组较小的、经选举产生的验证者来提高效率——以牺牲部分去中心化为代价来换取速度。
- 历史证明（PoH） ——Solana 独特的系统在达成共识之前为交易添加时间戳，从而实现数千 TPS 和亚秒级的区块时间。
领先的 Layer-1 区块链
比特币（ BTC ） ——工作量证明：第一个也是最安全的区块链。它采用高能耗挖矿方式，每秒处理约 7 笔交易，强调去中心化和不可篡改性，而非速度。
以太坊 ( ETH ) – 权益证明：最大的可编程区块链，支持智能合约、NFT 和 DeFi。2022 年合并后，以太坊的能源消耗降低了 99% 以上，同时为通过 Rollup 和即将推出的分片技术实现可扩展性奠定了基础。
Solana ( SOL ) – 历史证明 + PoS： Solana以高吞吐量和低费用而闻名，它在共识之前为交易添加时间戳，以实现亚秒级的区块时间。
Cardano ( ADA ) – Ouroboros 权益证明：一个以研究为导向的区块链，强调形式化验证和分层架构，以分离结算和计算。
Avalanche ( AVAX ) – Avalanche 共识：采用概率采样快速达成共识。提供亚秒级最终确认，并支持为特定应用链定制子网。
币安智能链 ( BNB ) – 委托权益证明：由有限的验证者集合运行，BSC 以去中心化换取性能，提供与以太坊工具兼容的快速、低成本交易。
时间表：第一层主要里程碑
- 2009 年 1 月：比特币诞生，通过工作量证明证明了去中心化共识，成为第一个完全功能化的区块链。
- 2015 年 7 月：以太坊上线，将可编程的、图灵完备的智能合约引入区块链生态系统。
- 2017 年 9 月： Cardano推出 Byron主网，正式采用 Ouroboros 协议实现权益证明，并建立分层架构。
- 2020 年 9 月： Avalanche 推出其主网，引入高速共识机制和可定制链的子网框架。
- 2022 年 9 月：以太坊完成合并，从工作量证明过渡到权益证明，能源消耗降低 99% 以上。
- 2023 年 10 月： Celestia 正式上线，成为首个专注于数据可用性和共识分离的模块化区块链。
- 2025 年 8 月： Circle 推出 Arc，这是一款专注于稳定币的 Layer-1 网络，其公共测试网于 10 月上线，主网计划于 2026 年上线。
每个区块链都旨在解决同一个根本挑战：不可能三角。
不可能三角
以太坊联合创始人 Vitalik Buterin 在 2017 年创造了“不可能三角”一词，用来描述区块链无法同时最大限度地提高去中心化、可扩展性和安全性的挑战，迫使人们在这三者之间做出权衡。
- 安全——防止操纵或攻击。
- 可扩展性——高效处理大量数据的能力。
- 去中心化——将控制权分散到多个独立节点上。
缩放层-1
开发者们不断寻找在不损害去中心化的情况下提高区块链吞吐量的方法——这是对不可能三角的直接回应。
- 分片：这项技术将网络分割成更小的部分，即分片，这些分片并行处理数据，从而减轻节点负载并提高容量。以太坊最初计划使用 64 个分片，但到 2025 年底，其重点转向了 proto-danksharding 和 danksharding——这些升级的重点在于提高二层汇总的数据可用性，而不是完全链上执行。Proto-danksharding (EIP-4844) 引入了数据块来提高存储效率，而完整的 danksharding 仍在开发中。
- 共识优化：从高能耗的工作量证明（PoW）机制转向权益证明（PoS）机制——例如以太坊在2022年的合并——可以显著提高效率。一些新兴网络会混合或调整共识模型，以平衡速度、成本和安全性。
- 数据块参数：更大的数据块和更短的时间间隔可以提高吞吐量，但会增加数据集中化的风险。更大的数据块需要更多的带宽和存储空间；更快的时间间隔则会引发同步问题，并增加孤立数据块的数量。
- 协议升级：比特币 2017 年推出的隔离见证（SegWit）是直接 Layer-1 扩容的经典案例。通过将签名（“见证”）数据与交易数据分离，SegWit 释放了区块空间，使得每个区块可以容纳更多交易，而无需增加区块大小。
实际应用
第一层区块链为去中心化金融（DeFi）提供了支持，通过智能合约驱动借贷、交易和稳定币等功能。以太坊和Solana则实现了NFT和游戏，将数字所有权上链。它们还提升了供应链透明度，保障了数字身份安全，并实现了房地产和艺术品等现实世界资产的代币化。
为什么它们仍然重要
二层协议和侧链有助于提升速度，但一层协议仍然是数据真理的源泉。它们提供最终结算、不可篡改的历史记录，以及构建在其上的所有系统的共享信任。
区块链技术已经远远超越了其2009年的起源，而且发展势头并未放缓。去年11月，以太坊基金会宣布了其下一个重大举措：以太坊互操作层（EIL），该层将使任何以太坊L2层都能与其他任何L2层即时通信。
随着区块链技术的演进——从高能耗挖矿到模块化、抗量子攻击的架构——第 1 层区块链继续定义去中心化互联网的基础设施。
