第 1 層與第 2 層有什麼不同？

區塊鏈三難困境是什麼？

區塊鏈的可擴展性三難困境，是指區塊鏈在安全性、去中心化與可擴展性三大核心特性間，難以同時兼顧的根本挑戰。這項理論已成為推動區塊鏈技術演進的重要框架之一。

根據三難困境的定義，區塊鏈僅能在三項特性中優化其中兩項，要同時兼顧三者在技術上極為困難。因此，現階段區塊鏈技術為達成實際應用，往往不得不在三大特性中犧牲其一。這項限制被視為區塊鏈設計的根本難題。

比特幣正是三難困境的典型範例。比特幣區塊鏈著重優化去中心化和安全性，但可擴展性受限。例如，比特幣每秒僅能處理約 7 筆交易，明顯低於傳統支付系統的處理能力。

值得一提的是，目前尚無能同時最大化三項特性的加密貨幣。各加密貨幣項目會依其應用需求和目標，在三大特性間權衡取捨，通常只優化其中兩項，犧牲另一項。

許多開發者已針對區塊鏈三難困境提出創新技術與解決方案，以突破可擴展性瓶頸。這些理念與技術，依區塊鏈的實現層級，可分為 Layer 1 或 Layer 2 方案，分別以不同方式嘗試破解三難困境。

部分加密貨幣已達到每秒數千筆交易的高可擴展性，但往往在去中心化或安全性上做出權衡。相較之下，比特幣和以太坊被公認為最安全且最去中心化的數位貨幣，設計更重視安全與去中心化。Cardano、Avalanche、Solana 則憑藉技術創新突破比特幣和以太坊的可擴展性瓶頸，成為受矚目的 Layer 1 項目。

Layer 1 擴容解決方案

要區分 Layer 1 與 Layer 2 的擴容思路，首先須明確 Layer 1 區塊鏈的定義。Layer 1 區塊鏈網路指的是比特幣、以太坊、Cardano 等作為基礎協議層的主鏈，是所有交易最終記帳的平台基礎。

Layer 1 擴容方案，是從底層協議層面改進區塊鏈以提升可擴展性的方式。這類方案可透過多種方法提升區塊鏈網路效能。例如，Layer 1 方案能直接修改協議規則，提升交易容量與處理速度。由於涉及底層架構變革，設計與執行必須極為謹慎。

Layer 1 擴容亦可透過擴大區塊容量、縮短出塊間隔等作法，支援更多資料與使用者。

Layer 1 與 Layer 2 擴容討論中，共識機制變更與分片被視為 Layer 1 端的兩大關鍵技術路線。

例如，PoS（權益證明）等共識機制在底層網路效能上優於 PoW（工作量證明）。PoS 可大幅降低能耗並提升處理能力；分片則將網路負載分散至多個資料集，透過平行運算提升效率。

優勢

• 根本提升可擴展性：Layer 1 擴容方案最大優勢在於能從底層強化區塊鏈的擴展能力，藉由協議級變革持續優化效能。

• 效能均衡：在提升可擴展性與經濟性的同時，也能兼顧去中心化與安全性，為三難困境提供均衡解方。

• 生態系統永續發展：Layer 1 擴容方案可將新技術、工具與創新要素整合至基礎協議，促進生態系統長期發展。

劣勢

Layer 1 網路擴容受限已是業界共識。比特幣及其他主流區塊鏈在高需求期間交易處理常遇瓶頸，尤其網路擁堵時交易手續費暴增、確認時間拉長。

比特幣所採用的 PoW 共識機制高度消耗算力及能源，對環境和營運成本造成壓力，急需永續性優化。

Layer 1 擴容問題的解決思路

要實現 Layer 1 擴容，需對區塊鏈進行結構性與基礎性升級。這些升級能根本改善區塊鏈效能，支援更多使用者與交易並行。

共識機制優化

共識演算法是區塊鏈網路達成一致的核心機制，負責驗證交易有效性並維持區塊鏈完整性。常見演算法有 PoW（工作量證明）、PoS（權益證明）等，各具特色與優勢。

PoW 是比特幣等區塊鏈的主流共識演算法，但存在吞吐量低、能耗高等缺點。礦工需耗費大量算力進行複雜計算，成為擴容瓶頸。

PoS 在處理效能上優於 PoW。透過持幣與質押即可成為驗證者，無須消耗大量算力，便能處理與驗證交易，有效提升能效與速度。

以太坊已完成由 PoW 轉為 PoS 的切換，提升網路容量，同時強化去中心化與安全性。此轉型讓以太坊能耗降低約 99.95%，大幅改善環保表現。

分片技術

分片技術源自分散式資料庫，是 Layer 1 擴容的創新實踐。分片將區塊鏈網路狀態劃分為獨立資料片段，使網路任務得以平行處理，顯著提升整體效能。

藉由將全部網路負載切分為更易管理的小型任務，節點能平行處理各分片，多筆交易可同步完成，大幅提升網路吞吐量。

此外，節點僅需維護自身分片資料，無須儲存整條區塊鏈資訊，顯著降低硬體門檻，促進更多節點參與。各分片經主鏈驗證，並透過跨分片通訊系統共享位址、全域狀態與餘額。

Zilliqa、Qtum、Tezos 及以太坊 2.0（現為以太坊共識層）等主流協議，皆在探索並推動分片方案，促進可擴展性提升。

Layer 2 擴容解決方案

Layer 2 擴容的核心在於藉由運作於區塊鏈主鏈之上的網路或技術，減輕主鏈負擔。透過鏈下協議，可大幅提升區塊鏈效能與效率。

Layer 2 本質上是將區塊鏈協議的交易壓力移至鏈下架構處理，鏈下架構處理完成後僅將結果同步至主鏈。如此，主鏈可專注於最終結算與爭端裁決，不需負擔日常交易壓力。

Layer 2 使資料處理更高效且可彈性外包，主鏈得以避免擁堵，顯著提升可擴展性，同時降低手續費與提升速度。

比特幣的 Lightning Network 是 Layer 2 擴容的代表性方案，於比特幣區塊鏈上建構支付通道網路，支援即時、低成本交易。Layer 1 與 Layer 2 的討論中還有更多 Layer 2 解決方案。

優勢

• 承襲 Layer 1 安全性與去中心化：Layer 2 交易於主鏈外處理，不僅強化擴展能力，也保留主鏈高度安全性與去中心化，最終結算仍在主鏈，安全性不受影響。

• 微支付高效：鏈下處理大幅提升小額、高頻交易速度，適合小額結算與遊戲內經濟等場景。

• 極低成本：鏈下操作可大幅降低手續費，對日常支付與小額交易尤為重要。

劣勢

• 互通性受限：Layer 2 使用者受限於協議，導致不同 Layer 2 方案間或不同區塊鏈間的互通性受影響。

• 安全與隱私須獨立考量：Layer 2 的安全模型及隱私保護與主鏈不同，使用者需了解各方案的安全機制。

• 流動性碎片化：多種 Layer 2 方案並行，流動性分散，可能影響使用者體驗。

Layer 2 解決思路

Layer 2 問題的解決有多種技術路徑，各方案具備不同特性與優勢，適用於不同應用需求。

巢狀區塊鏈：父子結構分散式處理

巢狀區塊鏈是一種層級化結構，於主鏈內部嵌入多條子鏈，提升處理效率與彈性。主鏈訂定全網規則並保障安全，子鏈則獨立處理並針對特定應用場景優化。透過父子結構分散任務，顯著減輕主鏈壓力並提升可擴展性。

OMG Plasma 項目是以太坊上的 Layer 2 巢狀區塊鏈代表。Plasma 以子鏈處理大量交易，並定期向主鏈回報狀態，實現超高吞吐量。

狀態通道：鏈下極速處理

狀態通道連結區塊鏈與鏈下交易通道，實現雙向溝通。無須主鏈節點驗證，可大幅提升交易處理速度。

參與方間先開設通道，在鏈下完成多筆交易，結束後僅將最終狀態與變更寫入主鏈，從而降低手續費與延遲。

Liquid Network、以太坊 Raiden Network、Celer 及比特幣 Lightning Network 均為狀態通道典型實踐。這些方案在支付及小額交易場景下具顯著優勢，但為擴展性常須犧牲部分去中心化。

側鏈：平行獨立鏈

側鏈是與主鏈平行、獨立運作的交易鏈。可採用不同共識機制與設計，專注提升速度與擴展能力。

主鏈負責整體安全與最終結算、爭端解決，側鏈則可獨立運作，並能與主鏈資產與資訊互通。

與狀態通道相比，側鏈交易公開透明，且安全風險不會直接傳導至主鏈，具更高安全隔離與透明度。但側鏈建置基礎設施成本較高。

Layer 1 與 Layer 2 的核心差異

定義

Layer 1 是透過底層協議優化來提升區塊鏈處理能力的方式，如擴大區塊、優化共識機制、引入分片等，直接影響整條鏈架構。

Layer 2 則是在主鏈之上的更高層進行鏈下處理，把特定運算與交易任務委託 Layer 2 方案，僅將結果回傳主鏈，以提升系統吞吐量並減輕主鏈壓力。

運作機制

Layer 1 主要透過修改底層協議實現擴容，通常需全網參與者共識甚至硬分叉，變更無法隨意撤回。

Layer 2 作為鏈下擴容方案，獨立於主鏈協議運作，鏈下處理交易後僅將最終結果同步主鏈，彈性更高、部署與升級更快速。

解決方案類型

Layer 1 方案以共識機制優化與分片為典型代表，還包括區塊大小調整、出塊速度優化等。Layer 2 方案類型多元，包括狀態通道、側鏈、Rollup、Plasma 等，各有優勢與適用場景。

特性與品質

Layer 1 是資訊與交易的最終結算層，使用原生代幣並直接存取網路資源。共識機制創新是 Layer 1 最大特色。Layer 1 作為區塊鏈基礎，提供最高等級安全性與去中心化。

Layer 2 在保留 Layer 1 核心功能下，顯著提升吞吐量與可程式性，降低交易成本。各 Layer 2 方案透過不同機制將交易最終映射回 Layer 1，實現各自最佳的效能權衡。

擴容趨勢展望

可擴展性被認為是區塊鏈普及最大瓶頸之一。隨著加密貨幣和區塊鏈需求提升，擴容需求持續成長。

Layer 1 與 Layer 2 各具優勢：Layer 1 著重底層結構優化，Layer 2 強調彈性與即時性。未來擴容趨勢將是兩者結合的多層次混合架構。

具體來說，Layer 1 持續升級底層效能，Layer 2 依據不同應用場景提供專屬優化，藉由多層架構，平衡安全性、去中心化與可擴展性，為區塊鏈三難困境帶來實用解決方案。

常見問題

Layer 1 和 Layer 2 的主要差異是什麼？

Layer 1 指區塊鏈主鏈本身，Layer 2 則是透過鏈下技術處理交易。Layer 2 提升系統擴展能力，增加交易吞吐量、降低手續費。

Layer 2 有哪些優勢？（手續費、速度等）

Layer 2 顯著提升交易速度，可將 gas 費等手續費降低 90% 以上，同時提升可擴展性，讓更多使用者享有低成本、高效率交易體驗。

Layer 1 與 Layer 2 在安全性上的差異？

Layer 1 為底層區塊鏈，安全等級最高。Layer 2 透過鏈下處理加快速度，但安全性仍依賴 Layer 1，整體而言 Layer 1 較為安全。

Layer 2 解決方案有哪些類型？如 Lightning Network、Polygon 等

Layer 2 方案包括 Lightning Network（比特幣）、Polygon（以太坊）、Arbitrum、Optimism 等，皆用於提升交易速度、降低手續費。

哪些場景該選用 Layer 1，哪些場景適合 Layer 2？

Layer 1 適合安全性要求極高的大額交易與資產存放，Layer 2 則適合日常小額支付等對速度和低成本需求高的場景。