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title: 區塊鏈技術層面
tags: [BlockChain]

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# 區塊鏈技術層面

https://infrablok.com/exploring-the-different-layers-of-blockchain-technology/

https://www.publish0x.com/hamzah-nor-sihab/cryptocurrency-layer-layer-0-layer-1-layer-2-layer-3-xwykdno

## 一、基礎層（Layer 0）
基礎層是區塊鏈技術的物理基礎，包括提供計算和存儲資源的底層基礎設施。這一層主要包括物理硬體和網絡基礎設施。

**物理硬體：**
節點運行的硬體設備，如服務器、個人計算機、數據中心等。
硬件設備負責存儲區塊鏈數據和運行節點軟體。

**網絡基礎設施：**
網絡連接和通訊協議，確保節點之間的數據傳輸。
網絡基礎設施的穩定性和安全性對區塊鏈網絡的運行至關重要。

## 二、協議層（Layer 1）
協議層是區塊鏈技術的核心層，負責實現區塊鏈的基本功能，如資料存儲、共識算法和安全機制。

### 資料結構：

#### 區塊鏈：
由一系列連續的區塊組成，每個區塊包含多筆交易數據和前一區塊的哈希值，形成鏈式結構。

#### Merkle樹：
一種樹狀資料結構，用於高效且安全地驗證區塊中的交易數據。Merkle樹的葉子節點是交易的哈希值，非葉子節點是其子節點的哈希值。

### 共識機制：
1. 工作量證明（PoW）：
節點通過解決複雜的數學問題來競爭生成新區塊。這種方法需要大量計算資源，如比特幣使用的共識機制。
3. 權益證明（PoS）：
根據節點持有的代幣數量和持有時間來選擇生成新區塊的節點，節點越多代幣，越有可能被選中，如以太坊 2.0。
5. 委託權益證明（DPoS）：
通過投票選舉代表來生成新區塊，代表由代幣持有者選舉產生，如 EOS。

### 網絡協議：
1. P2P網絡：去中心化的點對點網絡架構，每個節點既是服務提供者又是服務消費者，確保數據傳輸的去中心化和高效性。
1. Gossip協議：一種用於節點間快速傳播交易和區塊信息的協議，模擬社交網絡中消息的傳播方式。

### 安全機制：
1. 加密技術：使用公開密鑰加密技術來保障數據的機密性和完整性。交易數據經過加密保護，只有擁有相應私鑰的用戶才能解密。
1. 共識算法：確保區塊鏈網絡能抵抗雙重支付和其他攻擊，通過多數節點的共識來驗證和記錄交易。

## 三、擴展層（Layer 2）
擴展層構建在協議層之上，主要關注提高區塊鏈的性能和可擴展性，並為各種應用場景提供支持。

### 擴展解決方案：

1. 閃電網絡（Lightning Network）：
用於比特幣的 Layer 2 解決方案，實現快速且低成本的微支付。用戶可以通過建立支付通道進行即時交易，而無需在主鏈上進行每筆交易的確認。
2. Plasma：基於以太坊的 Layer 2 擴展技術，通過構建一系列子鏈（child chains），將大量交易從主鏈轉移到子鏈上進行處理。這些子鏈在主鏈上定期提交檢查點（checkpoints），以確保其安全性和數據完整性。Plasma 的設計目的是提高交易吞吐量，減少主鏈的負載，同時保留區塊鏈的去中心化和安全特性。
1. Rollups：將大量交易打包成單個交易記錄到主鏈上，包括 Optimistic Rollup 和 ZK Rollup。Optimistic Rollup 假設默認情況下交易是有效的，ZK Rollup 使用零知識證明來保證交易的有效性。




### 跨鏈技術：

#### 跨鏈橋：
實現不同區塊鏈之間的互操作性，允許資產和數據在不同區塊鏈之間安全傳輸。例如，Polkadot 和 Cosmos 旨在提供跨鏈通信和互操作性。

#### 去中心化存儲：
1. IPFS（星際文件系統）：去中心化的文件存儲和共享協議，通過將文件分塊存儲在多個節點上，提高數據的可靠性和可用性。
1. Filecoin：基於 IPFS 的去中心化存儲市場，用於激勵節點提供存儲空間和帶寬。

## 四、應用層（Layer 3）
應用層是區塊鏈技術的具體應用，包括各種基於區塊鏈的應用程序和服務。

### 去中心化應用（DApps）：

#### 金融應用（DeFi）：
如去中心化借貸平台（Compound、Aave）、去中心化交易所（Uniswap、SushiSwap）和穩定幣（Dai、USDC）。

#### 供應鏈應用：
如溯源、防偽和物流管理，通過區塊鏈技術提高供應鏈的透明度和效率。

#### 智能合約：
自動執行合約條款的程式，無需第三方介入。例如，以太坊上的智能合約可以自動執行預定條件的金融交易或保險理賠。

#### 數字身份和認證：
去中心化身份驗證系統：用戶可以自主控制和管理自己的數字身份信息，並決定與誰分享這些信息，如 Sovrin、uPort。

## 五、用戶層（Layer 4）
用戶層包括所有與區塊鏈應用和服務進行互動的用戶和前端接口。

### 錢包應用：
1. 軟件錢包：如 MetaMask、Trust Wallet，允許用戶管理數字資產和與 DApps 互動。
1. 硬件錢包：如 Ledger 和 Trezor，用於安全地存儲數字資產，防範黑客攻擊。

### 用戶界面和體驗：
各種區塊鏈應用和服務的前端界面，確保用戶能夠方便地進行操作和管理。例如，各種 DApps 提供的 Web 和移動應用界面。

## 結論：
這些層次構成了區塊鏈技術的完整架構，從底層硬件到最終用戶應用，各層之間密切協作，共同實現區塊鏈的多樣化功能和應用。