区块链的层级

在过去的十年里，区块链一直被誉为最具变革性的技术。金融市场最有可能受到影响。包括医疗保健、制药、保险、智能家居、汽车，甚至政府在内的几个行业都在整合这项技术。然而，迄今为止，区块链技术最成功的应用是比特币：《一种点对点电子现金系统》，这也是该概念的首次应用。因此，理解比特币系统的开发和运行是理解区块链技术的第一步。

简而言之，区块链是一个不断增长的数据条目数字账本。这种列表由大量相互连接并受加密证明保护的数据块组成，这些数据块按存储顺序排列。区块链的层级是本教程的主要内容。

各种区块链层级

在区块链技术的背景下，生态系统是由一系列元素组成的，这些元素共同创造了一个特殊的环境。不可篡改的交易在基于区块链的生态系统的分布式节点网络中被重放。如以下图所示，区块链（或数字账本）技术基于分层架构。

以下是对七个区块链层级的解释

1. 基础设施或硬件层

区块链的顶层由硬件或基础设施组成。区块链的内容托管在数据中心的一台服务器上。客户向应用服务器请求信息或内容的这种方法称为客户端-服务器架构，它用于网页浏览和其他应用程序。

区块链技术通常使用由计算机组成的点对点（P2P）网络，以有序的方式在共享账本中计算、验证和记录交易。其结果是一个分布式数据库，记录所有数据、交易和其他相关信息。

构成点对点网络的计算机称为节点。节点需要验证交易、将交易分组到块中、广播到网络等等。如果所有人都同意，节点就会将该块提交给区块链网络，并更新其本地账本版本。一旦连接到区块链网络，设备就被称为并用作节点。

2. 数据层

用于描述区块链数据结构的链式列表主要由两个部分组成：指向块的指针和块的链接列表。由一系列链接的块组成的结构称为链式列表，其中每个块包含数据和指向前一个块的引用。指示其他变量位置的变量称为指针。

除了前一个块的哈希值、日期、nonce、块版本号和当前难度目标之外，Merkle树是一个哈希的二叉树，它包含Merkle根的哈希值。由于Merkle树，区块链技术是安全、可靠且不容置疑的。哈希树，也称为Merkle树，是一种树，其中所有子节点的标签都标记在每个非叶节点上，数据块的加密哈希值标记在每个叶节点上。

区块链上的交易进行数字签名，以确保存储在那里的数据的安全性和完整性。当使用私钥签署交易时，任何拥有公钥的人都可以验证签名者。数字签名保证了数据的完整性，并通过对加密数据进行签名来确认信息没有被篡改。数据加密可以防止信息被发现。数字签名还可以保护发件人或所有者的身份。在区块链上，数据层决定了块的结构。

3. 网络层

点对点（P2P）层是网络层的另一个名称。它负责节点间的通信，有时也被称为传播层。
网络层管理交易、块传播和发现。为了保持区块链网络当前状态的有效性，网络层确保节点能够相互交互、同步和传播。点对点网络是计算机网络，其中节点分布广泛，并共享任务以实现共同目标。此外，节点执行区块链交易。

两种不同的节点类型被称为“完整节点”和“轻节点”。完整节点负责挖矿、执行共识规则以及验证交易。而轻节点只存储区块链头文件，并可以发送交易。

4. 共识层

共识层对于区块链系统的运行至关重要。共识层是任何区块链（无论是以太坊、Hyperledger 还是其他区块链）最重要、最关键的层。验证块、按正确顺序排列它们以及确保所有人都同意是共识层的职责。分布式点对点网络的共识层建立了一组节点之间的特定协议。共识层使权力保持去中心化和分散化。

5. 激励层

该堆栈的第四层是可选的激励层。该层管理网络节点因其在达成共识方面的努力而获得的激励。此层可能会被使用，也可能不会被使用，具体取决于正在使用的共识过程。该层规定了执行区块链操作所需的最低交易费用。这建立了网络上可用的各种激励类型。

6. 合约层

与应用程序层相邻的合约层包含与实际合同类似的信息，描述了服务将如何运行以及哪些类型的信息将可用。基本上有四种不同类型的合同，下面简要介绍

• 服务协议：此协议概述了端点的功能以及在通信过程中将使用的协议，以使客户和公众受益。
• 数据合同：数据合同规定了服务将交换数据的条件。客户和服务都必须接受数据合同。
• 消息合同：数据合同由消息约定管理。其主要目的是更改SOAP消息参数的类型格式。应该提到的是，WCF使用SOAP格式进行通信。该缩写代表简单对象访问协议。
• 策略和绑定：策略和具有法律约束力的协议中概述了某些要求，并且必须满足这些要求才能与服务进行通信。客户必须遵守此合同。

执行层和应用程序层是应用程序层的两个划分。应用程序层包含最终用户用来与区块链网络交互的应用程序。除了智能合约、链码和去中心化应用程序（dApps）之外，应用程序层还由脚本、API、用户界面和框架组成。许多应用程序使用区块链网络作为其后端系统，并通过 API 与之连接。

执行层这个子层由底层规则、智能合约和链码组成。但在交易从应用程序层传递到执行层之前，它会在语义层进行验证和完成。应用程序向执行层发出命令，执行层处理事务并维护区块链的确定性。

区块链层级类型

然而，区块链技术层也可以分为其他几类

• Layer 0
• 第 1 层
• 第 2 层
• 第 3 层

专家描述的区块链层级类型如下

1. Layer 0

构成区块链生态系统的硬件、协议、连接和其他组件包括 Layer-0，它充当区块链的网络架构。术语“区块链网络”可能被用来描述这一层。Layer 0 不仅促进链间互操作性，还促进区块链之间的通信。它为解决未来的层扩展问题提供了重要的基础。Layer 0 通常使用原生代币来促进参与和增长。Polkadot、Avalanche、Cardano 和 Cosmos 是 Layer 0 中发现的设计。

2. Layer 1

Layer 1 处理了维护区块链网络基本功能的大部分工作，包括共识、编程语言、协议、争议解决和限制。区块链本身由第一层表示。这一层必须处理的大量工作常常导致可扩展性问题。随着越来越多的人加入一个区块链，需要更多的处理能力来解决和添加块，这会导致更高的费用和更长的处理时间。

通过采用诸如权益证明等改进的共识策略以及分片（将计算任务划分为更小的部分）的出现，一定程度上缓解了可扩展性问题。然而，历史表明它们是不够的。Layer 1 的例子包括 比特币、Solana、以太坊和币安智能链。

3. Layer 2

为了使区块链更具生产力，需要更多的处理能力。然而，需要更多的节点会导致网络拥堵。修改可扩展性、去中心化或吞吐量将影响 Layer 1 的其他参数，即使需要添加节点来维护区块链的去中心化特性。这使得在不将所有处理转移到 Layer 2 的情况下扩展 Layer 1 成为不可能，Layer 2 是添加到 Layer 1 之上的一个层。通过允许集成第三方 Layer 1 解决方案，这成为可能。Layer 2 是一个重新设计 Layer 1 并管理所有交易验证的新网络。Layer 2 位于区块链生态系统的 Layer 1 之上，并与之保持通信。然而，只有 Layer 1 负责监督将新块添加到区块链。考虑一个已集成到比特币网络中的 Layer 2 区块链，例如闪电网络。

4. Layer 3

区块链生态系统中肉眼可见的最后一层。最终，参与者将通过 Layer 3 协议用户界面进行交互。这一层的目标是使处理 L1 和 L2 更加容易和直接。除了提供用户界面（UI）之外，L3 还为质押、流动性提供和去中心化交易所等应用程序提供链内和链间互操作性。去中心化应用程序（dApps）是一种 Layer 3 接口，它使区块链技术在现实世界中得以应用。Compound 和 Aave 式的流动性管理协议、钱包提供商以及 Uniswap 和 Pancake Swap 等去中心化加密货币交易所是更多例子。