第一層（L1）區塊鏈是區塊鏈生態系統的基礎網絡。它獨立運行，無需依賴其他鏈進行驗證或執行，並處理從交易處理到共識以及數據存儲在其自身賬本上的所有操作。
層 1 區塊鏈通常被稱為主網或結算層，它是所有其他區塊鏈層（包括側鏈和層 2）構建的基礎。
二層網絡（Layer-2）在現有網絡之上擴展性能，而一層網絡（Layer-1）則獨立運行。它們定義自己的規則，運行自己的驗證器，併發行自己的原生代幣。比特幣、以太坊、 Solana、 Cardano和 Avalanche 都符合這一描述。
在本文中，我們將探討 Web3 基礎層的歷史和功能。
第一層內部結構：它的構建方式
每個 L1 區塊鏈都包含幾個核心組件，使其既實用又安全：
- 網絡節點：數千臺獨立的計算機維護著區塊鏈的相同副本，並相互廣播數據。它們的分佈式特性可以防止審查和單點故障。
- 共識層：達成共識的規則手冊。它決定參與者如何判斷哪些交易有效，以及如何將區塊添加到區塊鏈中。
- 執行層：在以太坊或Solana等可編程區塊鏈上，這一層運行智能合約：智能合約是為去中心化應用程序和自動交易提供支持的自執行代碼。
- 原生加密貨幣：每個一級支付節點（L1）都有自己的代幣，用於支付交易費用、獎勵驗證者並支持鏈上治理。BTC 保障BTC幣的安全， ETH為以太坊提供支持， ADA驅動Cardano。
第一層如何處理交易
在不同的網絡中，數據流大致相同：
- 驗證：檢查交易以確保其符合協議規則，並具有正確的簽名和餘額。
- 區塊形成：已驗證的交易被打包成候選區塊。
- 共識：節點們使用網絡選擇的算法，就接下來要添加哪個區塊達成一致意見。
- 最終性：一旦確認，The Block將不可更改；餘額和合約數據將在整個網絡中更新。
這種循環每天重複數千次，而且沒有中央監管。
共識機制：區塊鏈的核心
共識機制定義了區塊鏈如何達成一致，並決定了其速度、安全性和能耗狀況。雖然存在許多不同的共識機制，但主要的共識機制包括：
- 工作量證明（PoW） ——由比特幣引入，PoW 礦工通過計算解決密碼學難題。它極其安全，但能耗高，且每秒交易量（TPS）限制在 7 筆左右。
- 權益證明（PoS） ——驗證者鎖定代幣作為抵押品，以獲得驗證區塊的權利。它以經濟激勵取代了能源消耗。
- 委託權益證明（DPoS） ——幣安智能鏈和其他區塊鏈採用的這種模型，依靠一組較小的、經選舉產生的驗證者來提高效率——以犧牲部分去中心化為代價來換取速度。
- 歷史證明（PoH） ——Solana 獨特的系統在達成共識之前為交易添加時間戳，從而實現數千 TPS 和亞秒級的區塊時間。
領先的 Layer-1 區塊鏈
比特幣（ BTC ） ——工作量證明：第一個也是最安全的區塊鏈。它採用高能耗挖礦方式，每秒處理約 7 筆交易，強調去中心化和不可篡改性，而非速度。
以太坊 ( ETH ) – 權益證明：最大的可編程區塊鏈，支持智能合約、NFT 和 DeFi。2022 年合併後，以太坊的能源消耗降低了 99% 以上，同時為通過 Rollup 和即將推出的分片技術實現可擴展性奠定了基礎。
Solana ( SOL ) – 歷史證明 + PoS： Solana以高吞吐量和低費用而聞名，它在共識之前為交易添加時間戳，以實現亞秒級的區塊時間。
Cardano ( ADA ) – Ouroboros 權益證明：一個以研究為導向的區塊鏈，強調形式化驗證和分層架構，以分離結算和計算。
Avalanche ( AVAX ) – Avalanche 共識：採用概率採樣快速達成共識。提供亞秒級最終確認，並支持為特定應用鏈定製子網。
幣安智能鏈 ( BNB ) – 委託權益證明：由有限的驗證者集合運行，BSC 以去中心化換取性能，提供與以太坊工具兼容的快速、低成本交易。
時間表：第一層主要里程碑
- 2009 年 1 月：比特幣誕生，通過工作量證明證明了去中心化共識，成為第一個完全功能化的區塊鏈。
- 2015 年 7 月：以太坊上線，將可編程的、圖靈完備的智能合約引入區塊鏈生態系統。
- 2017 年 9 月： Cardano推出 Byron主網，正式採用 Ouroboros 協議實現權益證明，並建立分層架構。
- 2020 年 9 月： Avalanche 推出其主網，引入高速共識機制和可定製鏈的子網框架。
- 2022 年 9 月：以太坊完成合並，從工作量證明過渡到權益證明，能源消耗降低 99% 以上。
- 2023 年 10 月： Celestia 正式上線，成為首個專注於數據可用性和共識分離的模塊化區塊鏈。
- 2025 年 8 月： Circle 推出 Arc，這是一款專注於穩定幣的 Layer-1 網絡，其公共測試網於 10 月上線，主網計劃於 2026 年上線。
每個區塊鏈都旨在解決同一個根本挑戰：不可能三角。
不可能三角
以太坊聯合創始人 Vitalik Buterin 在 2017 年創造了“不可能三角”一詞，用來描述區塊鏈無法同時最大限度地提高去中心化、可擴展性和安全性的挑戰，迫使人們在這三者之間做出權衡。
- 安全——防止操縱或攻擊。
- 可擴展性——高效處理大量數據的能力。
- 去中心化——將控制權分散到多個獨立節點上。
縮放層-1
開發者們不斷尋找在不損害去中心化的情況下提高區塊鏈吞吐量的方法——這是對不可能三角的直接回應。
- 分片：這項技術將網絡分割成更小的部分，即分片，這些分片並行處理數據，從而減輕節點負載並提高容量。以太坊最初計劃使用 64 個分片，但到 2025 年底，其重點轉向了 proto-danksharding 和 danksharding——這些升級的重點在於提高二層彙總的數據可用性，而不是完全鏈上執行。Proto-danksharding (EIP-4844) 引入了數據塊來提高存儲效率，而完整的 danksharding 仍在開發中。
- 共識優化：從高能耗的工作量證明（PoW）機制轉向權益證明（PoS）機制——例如以太坊在2022年的合併——可以顯著提高效率。一些新興網絡會混合或調整共識模型，以平衡速度、成本和安全性。
- 數據塊參數：更大的數據塊和更短的時間間隔可以提高吞吐量，但會增加數據集中化的風險。更大的數據塊需要更多的帶寬和存儲空間；更快的時間間隔則會引發同步問題，並增加孤立數據塊的數量。
- 協議升級：比特幣 2017 年推出的隔離見證（SegWit）是直接 Layer-1 擴容的經典案例。通過將簽名（“見證”）數據與交易數據分離，SegWit 釋放了區塊空間，使得每個區塊可以容納更多交易，而無需增加區塊大小。
實際應用
第一層區塊鏈為去中心化金融（DeFi）提供了支持，通過智能合約驅動借貸、交易和穩定幣等功能。以太坊和Solana則實現了NFT和遊戲，將數字所有權上鍊。它們還提升了供應鏈透明度，保障了數字身份安全，並實現了房地產和藝術品等現實世界資產的代幣化。
為什麼它們仍然重要
二層協議和側鏈有助於提升速度，但一層協議仍然是數據真理的源泉。它們提供最終結算、不可篡改的歷史記錄，以及構建在其上的所有系統的共享信任。
區塊鏈技術已經遠遠超越了其2009年的起源，而且發展勢頭並未放緩。去年11月，以太坊基金會宣佈了其下一個重大舉措：以太坊互操作層（EIL），該層將使任何以太坊L2層都能與其他任何L2層即時通信。
隨著區塊鏈技術的演進——從高能耗挖礦到模塊化、抗量子攻擊的架構——第 1 層區塊鏈繼續定義去中心化互聯網的基礎設施。
