L1 与 L2：安全性、成本和可扩展性比较

L1 和 L2 解决方案的安全差异

在评估第一层 (L1) 和第二层 (L2) 区块链解决方案时，安全性是首要考虑因素。对于开发者、投资者和企业而言，了解两者的安全模型至关重要，因为他们需要平衡性能和稳健性。

什么是第一层安全？

第一层区块链（例如比特币和以太坊）在协议层面维护安全性。它们使用的共识机制——工作量证明 (PoW) 和权益证明 (PoS)——是保障网络安全不可或缺的一部分。

这些系统依赖于分布式验证者或矿工网络，他们处理交易并将其添加到区块链中，使得恶意行为者极难控制或篡改数据。

L1 安全性的特点：

• 高度去中心化： 确保无需信任的操作和抵御协同攻击的能力。
• 基础级完整性： 所有交易都在链上完成，降低了数据篡改或历史数据被篡改的风险。
• 成熟的共识协议： 经过时间考验的基础设施在各种市场条件下都证明了其可靠性和稳健性。

什么是 Layer 2 安全性？

L2 解决方案，包括 Rollup 和侧链，在不同程度上依赖于底层 L1 网络的安全性。

Rollup（例如 Optimistic Rollup 和 ZK-Rollup）通过将交易数据或证明提交回 L1 层来确保安全，而像 Polygon 这样的侧链可能运行自己的共识机制。

L2 层安全的关键权衡：

• Rollup 架构： 通过使用 L1 层作为结算层提供强大的安全性，尤其是在 ZK-Rollup 中，零知识证明确保了完整性。
• 侧链： 如果它们的共识机制不同或中心化，则可能无法继承完整的 L1 层安全性。
• 欺诈/延迟窗口： Optimistic Rollup 依赖争议期来强制执行安全性，这会使用户面临潜在的退出延迟。

比较总结：

L1 层以牺牲可扩展性为代价，提供了强大的原生安全性。

L2 层协议力求在提升性能的同时保持足够的安全性，但这可能会引入复杂性和风险，具体取决于其结构（尤其是侧链）。

Layer 1 与 Layer 2 的成本效益

交易成本是区块链普及应用的主要瓶颈之一。Layer 1 链提供强大的安全性，但通常吞吐量有限且交易成本高，尤其是在网络拥塞的情况下。

二层解决方案旨在通过将交易处理和结算结果高效地卸载回底层来解决这些问题。

了解 L1 交易成本

由于以下原因，L1 网络通常面临高昂的交易费用：

• 网络拥塞： 以太坊等 L1 网络上有限的区块空间会导致竞价战，从而推高 gas 费用。
• 原生费用市场： PoW 和 PoS 奖励机制通过费用激励验证者，直接影响用户。
• 确认时间过长： 为了确保安全性和去中心化，区块处理速度较慢，增加了对时间敏感的成本。

二层成本优势

二层解决方案将多个交易聚合到单个 L1 提交中，显著降低每个用户的费用：

• Rollups： Optimistic 和 ZK-Rollups 都会压缩交易数据并将成本分摊给参与者。
• 状态通道： 交易在链下进行，仅结算一次，从而最大限度地降低链上费用。
• 侧链： 由于不同的经济规则和更高的吞吐量，侧链可能提供更低的费用。

实际案例：

• 以太坊底层： 在高峰期，每笔交易的 gas 费用可能高达数百美元。
• Arbitrum/Optimism（L2 Rollups）： 以远低于 L1 价格（例如，低于 0.50 美元）提供典型的交易成本。
• Polygon（侧链）： 能够以极低的费用实现近乎即时的交易，但信任假设有所不同。

经济性注意事项：

对于需要频繁进行微交易的应用，例如游戏或支付，L2 解决方案提供了一种更可行的架构。然而，对于需要最高安全性的项目，例如大型 DeFi 协议，尽管成本较高，但可能仍然倾向于直接与 L1 交互。

总结：

由于原生安全性和容量限制，L1 的成本较高，而 L2 解决方案通过扩展机制和聚合显著降低了交易费用，使其更适合广泛应用。

可扩展性分析：L1 与 L2 架构

可扩展性或许是当今区块链开发中最关键的挑战。Layer 1 为安全基础设施奠定了基础，而 Layer 2 则专门用于处理更高的吞吐量、创造更流畅的用户体验并实现大规模应用。

L1 可扩展性限制

传统的 L1 区块链，例如比特币（7 TPS）和以太坊（约 15 TPS），其每秒可处理的交易数量存在显著限制。

此限制源于：

• 共识复杂性： 确保去中心化和安全性需要时间，从而限制了吞吐量。
• 区块大小限制： 控制数据可以防止链膨胀，但会抑制活动容量。
• 网络传播延迟： 分布式验证过程使得即时结算成为不可能。

因此，更高的使用率会导致处理速度变慢和 gas 费用增加。一些 L1 层级加密方案，例如 Solana 或 Avalanche，在区块级扩展方面取得了长足进步，但通常会在去中心化或安全性方面做出权衡。

L2 层级加密方案如何增强可扩展性

L2 层级加密方案旨在提升性能，同时又不损害 L1 层级加密方案的基础完整性。

不同类型的 Layer 2 以不同的方式实现可扩展性：

• 乐观 Rollups： 将交易捆绑在一起，并假设其有效性，从而实现高吞吐量和延迟欺诈挑战机制。
• 零知识证明 Rollups： 使用加密证明在链下验证交易有效性，从而在 L1 上快速同时结算大量交易。
• 状态通道： 允许使用最少的链上数据进行多次链下交互。
• 侧链： 与 L1 并行运行，并具有独立的规则，提供快速且低成本的交易处理。

每种模型都带来不同级别的吞吐量，通常可以达到每秒数百到数千笔交易，而以太坊的基础吞吐量为每秒 15 笔。

例如，zkSync 和 Arbitrum 正在以数量级的方式扩展以太坊生态系统。

可扩展性权衡的考量：

• 数据可用性： 确保所有交易数据都可用于验证可能会限制 Rollup 的性能。
• 延迟： 一些 L2 层协议为了更高的吞吐量而牺牲了最终确认时间（例如，乐观 Rollup 中的防欺诈窗口）。
• 基础设施成熟度： L2 层协议仍在发展中，网络效应可能需要时间才能巩固开发者和用户的采用。

结论：

在纯吞吐量方面，二层协议的性能显著优于一层协议，并且可以针对特定用例进行定制。但是，必须考虑复杂性、用户体验和信任假设方面的权衡。

一个成功的区块链生态系统通常会将L1和L2两种安全机制结合起来，以优化可扩展性，同时又不损害核心安全原则。