Understanding Layer 1 Blockchains: The Foundation of Crypto Networks

像比特币这样的加密货币依赖于一些根本原则：无需中间人的信任。这就是第一层区块链（Layer 1）出现的原因。它们不仅仅是技术基础设施——它们是实现去中心化金融的基石。没有坚实的第一层区块链，加密交易将变得混乱且不安全。在本指南中，我们将详细介绍第一层区块链的实际作用，它们如何保障网络安全，以及它们为何对整个加密生态系统至关重要。

什么使第一层区块链成为加密货币架构的核心？

将第一层区块链比作规则手册和裁判的结合体。它是一种去中心化的软件协议，设定了加密网络的运作标准。每个连接到网络的计算机（称为节点）都必须遵守这些规则，以广播、验证并在公共账本上记录新交易。

写入第一层区块链的代码包含了使加密货币运作所需的所有指令。它定义了交易的工作方式、新币的发行方式，以及网络如何保持安全。由于第一层区块链位于加密系统的基础层，因此也被称为“主网”或“基础层”。一些开发者将“主网”和“第一层”交替使用，因为第一层协议具备独立运行所需的一切。

赋能第一层网络的共识机制

这里第一层区块链变得有趣：每个网络都需要一种无需中央权威做出决策的方法。这就是共识机制的作用——它们是让去中心化节点就交易有效性达成一致的算法。

比特币采用工作量证明（Proof-of-Work，PoW），每10分钟有数千台计算机竞争解决复杂的数学难题。第一个解决难题的节点可以将新交易添加到账本中，并获得比特币奖励。这种机制能耗巨大，但极其安全，因为攻击网络的成本会非常高。

其他第一层区块链如以太坊和索拉纳选择了不同的路径：权益证明（Proof-of-Stake，PoS）。节点运营者不再解决难题，而是锁定他们的加密货币以获得验证交易的权限。如果他们行为诚实，就会获得新的加密货币奖励；如果试图作弊，网络会通过“削减（slashing）”等机制自动惩罚他们，没收他们锁定的币。

为什么会有不同的选择？这是权衡取舍的问题。PoW经过验证，非常安全，但能耗高；PoS则更快，能耗更低。每个第一层区块链都根据其社区最看重的特性做出了选择。

除了共识机制，第一层区块链还负责交易手续费（称为gas费）、管理新币的发行，以及实施安全措施。例如，以太坊会自动“燃烧”部分交易费以控制通胀，比特币每四年会减半矿工奖励以逐步减缓新币的生成。这些功能都内置于第一层区块链中。

主要的第一层区块链及其不同的设计方案

比特币（2009）——最早的第一层区块链，由中本聪推出，采用PoW系统，至今仍是最安全、最知名的加密货币。比特币优先考虑安全性和去中心化，而非速度。

以太坊（2015）——最初也基于PoW，但其真正创新在于允许开发者在其第一层区块链之上构建应用。这使加密货币的应用范围超越了支付。2022年，以太坊完成了“合并（The Merge）”，从能耗高的PoW切换到高效的PoS——这是一个巨大的技术成就，证明大型网络可以改变其共识机制。

索拉纳（2020）——从零开始采用PoS，索拉纳的第一层区块链以极快的交易速度著称，最高可达每秒5万笔交易。它优先考虑速度和低手续费，吸引希望快速、廉价交易的用户。

莱特币（LTC）——作为比特币的更快、更便宜的替代品，莱特币采用类似的PoW机制，但区块处理速度更快。有时被称为比特币的“数字白银”。

卡尔达诺（Cardano）——由以太坊联合创始人查尔斯·霍斯金森打造，强调同行评审的研究和学术严谨性。其第一层区块链也支持第三方开发者构建应用，与以太坊的生态系统竞争。

Cosmos 和 Polkadot——代表了新一代的第一层区块链，专注于连接不同的网络，解决早期设计的“孤岛”问题。

扩展性挑战：为什么第一层区块链面临权衡

事实是：第一层区块链不可能面面俱到。代码必须严格、确定，以确保每个节点以相同方式处理交易。这种刚性带来了可预测性和安全性，但也限制了它们处理交易的速度和创新能力。

以太坊联合创始人Vitalik Buterin曾将此描述为“区块链三难困境”——开发者在构建第一层区块链时，必然要牺牲某些特性。你可以优化去中心化、安全性或扩展性，但几乎不可能同时实现全部三者，尤其在现有技术条件下。

另一个难题是：不同第一层区块链之间难以互通。比特币的代码运作方式不同于以太坊，后者又不同于索拉纳。跨链转移资产或数据非常困难甚至不可能。这种“互操作性问题”促使像Cosmos和Polkadot这样的项目出现——它们试图在孤立的第一层网络之间架设桥梁。

开发者也在积极探索解决方案。以太坊正在研究“分片（sharding）”，将主链拆分成更小的部分，以便网络能处理更多交易而不至于过载节点。但这些仍处于实验阶段，尚未大规模验证。

第一层与第二层：理解协议层级

在加密早期，“第一层”这个词还不存在，因为所有区块链的基本功能都是处理交易和保障网络安全。但随着新项目在现有区块链之上构建，开发者需要新的术语，于是“第二层（Layer 2）”逐渐出现。

第二层协议是建立在第一层区块链之上的应用，它们利用第一层的安全性，同时增加新功能。例如，Arbitrum、Optimism和Polygon都运行在以太坊的第一层之上。它们让用户交易更快、手续费更低，但最终会将交易结算回以太坊的第一层以确保安全。

一个重要区别：第一层区块链拥有自己的币（如比特币或以太坊），而第二层项目发行的则是代币（如Polygon的MATIC或Arbitrum的ARB）。币是第一层区块链运作的核心，而代币则是在第一层协议基础上构建的附加功能。可以把币看作基础支付系统，代币则是对该系统的扩展。

为什么第一层区块链依然重要

尽管第二层解决方案不断涌现，第一层区块链依然至关重要。它们是安全的根基，是去中心化的核心。每一笔第二层交易最终都依赖于第一层区块链来最终确认和执行规则。

理解第一层区块链，就是理解加密货币的基础。无论你是交易者、开发者，还是对加密货币的运作感到好奇，第一层区块链都是这场革命的起点。不同第一层设计——比特币的安全、以太坊的灵活、索拉纳的速度——将持续塑造去中心化金融的未来。