前言
Gate学院的此篇文章为您提供了对区块链基本原理的透彻解读，这些基本原理与当前加密货币领域的基础知识极为相关——区块链是什么、区块链的效用、Layer和Rollup的内在含义、不同区块链之间的不同，以及如何构建不同的加密货币生态系统。
什么是区块链？
简言之，区块链是一个分布式系统，允许您以去中心化的方式追踪互联网上的某些信息。它们是在线生成的代码片段（区块），这些片段相互连接，形成链状的数据结构，因此被称作区块链。与其他用于数据追踪和交易的系统不同，区块链具有完全去中心化的潜力。也就是说，它们不依赖有组织的中央实体来验证信息，而是通过自己的可编程框架来验证信息。
加密货币正是凭借这种分布式的区块链系统进行操作和交易。但并非所有加密货币都是用完全去中心化的区块链。其中一个例子便是Ripple（XRP），虽然它没有去中心化的区块链框架，而是储存于私人控股企业的分布式账本数据库上，但他通常仍被称为加密货币。
区块链概念在2008年的学术文章《比特币：一种点对点电子现金系统》中首次出现，该文章由中本聪（比特币创造者所使用的笔名）撰写。在该文章中，区块链被定义为一种网络，能够为交易添加时间戳，并将将这些交易放置在一个连续的链中，形成一个不依次撤销所有工作就无法更改的记录。
此处用玩具火车为例，阐释区块链运行的基本原理。区块链就像火车轨道分布在世界各地，轨道路线繁多，形成一个全球网络。负责运输的每节车厢都会装载一种材料，此过程由世界各地的计算机进行验证。如果验证无误，该材料将用字母和数字的复杂代码密封起来，并与其他车厢连接。
为进一步提高安全性，每节车厢会都带有自己的代码和前一节车厢的代码。因此，如果有人妄图闯入一节车厢，则必须破解多层障碍。这个火车网络没有某个单一的所有者，因此所有货运都记录在一本书中，任何人都可以访问。虽然我们可以看到发送的内容和时间，但不可能知晓这些车厢载体背后的人的姓名；他们的身份会以加密地址的形式表示，即所谓的“数字钱包”。
虽然比特币得益于区块链这项技术而存在，但同时，比特币等众多加密货币的多元化应用也促进了区块链的良性发展。
区块链的用途
现如今，区块链在世界上应用繁多，如去中心化的金融系统、身份验证、门票销售、媒体娱乐，甚至公证处的法律登记验证等等。虽然区块链技术的应用几乎没有限制，但理解起来其实很简单：它提供了一种数据验证和交易的方法，无需监督机构即可自行运行。
从资本角度来看，这些技术上亮点对公司来说具有非凡意义，区块链技术的去中心化特性很可能可以帮助公司降低安全成本。从实际角度来看，由于缺乏中央监督，基于区块链的网络也可以使公司或组织的系统更加安全，也更容易协调。
区块链技术如今已极为热门，应用范围扩展至整个国家。爱沙尼亚就是一个例子，该国正使用区块链作为数字身份验证的国家框架，以减少欺诈活动，将除了安全漏洞和管理身份管理的成本降到最低。
什么是Layers 1、Layers 2和Rollups？
虽然区块链的基本原理可以如上所述进行阐释，但当涉及加密货币时，这种网络有不同的层极。虽然不同的加密货币可能使用不同的区块链，但它们公用同一个区块链的情况要常见得多——只是在不同的内部结构下。还有一些项目只是为提高区块链网络效率而存在。
在加密生态系统中，根据层级，这些区块链分别称为Layer1区块链、Layer 2区块链和Rollups。
什么是Layer 1区块链？
Layer1区块链是特定协议固有的原生区块链，可以提供更新以扩容和更改基础框架。由于它们是原生、底层的区块链，因此具备自治性，不依赖任何其他网络，Layer 1区块链会自行创建、验证和传输信息。
Layer1区块链的两个主要代表便是比特币和以太坊。目前，比特币尚未扩展到价值存储以外的其他应用，以太坊则具有众多Layer2垂直项目，如果没有以太坊网络，这些项目将不复存在。大多数DeFi、NFT、元宇宙相关项目都基于以太坊运行，并不拥有自身的区块链。雪崩（Avalanche）也属于Layer 1加密项目，由于其新颖的框架，该项目最近极受欢迎。
什么是Layer 2区块链？
Layer2区块链基本上是建立在另一个区块链之上的项目——因此，它们不能独立存在。这些项目为Layer1加密货币中存在的扩容问题提供了解决方案，同时用户可以直接在Layer2网络创建自己的加密资产，而无需直接使用Layer 1区块链。
随着使用网络的用户人数日益增加，比特币网络的交易处理能力捉襟见肘，比特币面临着扩容问题。因此，Layer2项目比特币闪电网络便应运而生，该方案使BTC区块链运行速度更快，交易处理能力更强。
以太坊有很多应用属于Layer 2项目。Polygon和Loopring是其中最为热门的。开发者可以轻松构建快速、敏捷、可扩容的去中心化应用程序（dApps），而无需顾虑太多。同时与ETH通常的Gas费用相比，这些项目速度更快、费用更低。
什么是Rollups？
以太坊网络的Rollups是一种扩容解决方案，负责将多个交易“汇总”到一份交易中，从而使它们费用更低。Optimistic rollups是目前最流行的Rollup方法，它假设“汇总”中存在的所有交易都是可信的，而无需进行自身验证，因为这之前是由以太坊网络完成的。而Zero knowledge rollups（zk-rollups）实际上则是自行进行交易验证。
比特币和以太坊区块链之间有何区别？
比特币(BTC)和以太币(ETH)，是迄今为止世界上最热门的加密货币，也是数百万投资者每日使用的最受欢迎的区块链。但这两者之间存在一些明显的差异。
例如：您可能已注意到，以太坊通过新型智能合约技术诞生了DeFi和NFTs，而比特币并不提供这些服务。以太坊生态涉及多个领域，从dApps到元宇宙都有所涵盖，相比之下，比特币仅作为一种交易货币和通货紧缩的价值存储手段，似乎有些单一孤立。为何会这样呢？
事实证明，比特币实际上是一个智能合约平台——只是该平台可靠性欠佳。比特币从其网络诞生之初便具备部署智能合约的能力，以太坊也能在智能合约之外执行简单的转账交易。是什么让以太坊针对这些服务更有吸引力呢？可以归结为两大因素：速度和可访问性。
比特币的网络每秒只能进行7到8笔交易，而以太坊网络每秒大约可以进行30次交易——与其他新生的Layer1项目相比，虽然速度欠佳，但在智能合约方面优势显著。第二个因素便是此类合约的可编程性，因为比特币使用其原生的“比特币脚本”语言，不便于用户使用，也很难管理。而以太坊区块链是建立在联合创始人V神（Vitalik Buterin）最初的名为Solidity的编程系统之上的，该系统对于那些有软件开发经验的人来说非常友好。
区块链的主要缺陷：不可能三角
虽然区块链是一种创新的、颠覆性的技术，改变了我们看待私有财产、投资和普惠金融的方式，但它确实存在一些缺陷，这些缺陷至今尚未修复解决。其中一个主要缺陷便是众所周知的“不可能三角”：去中心化、安全性和扩展性，这三者只能得其二。就像按下葫芦浮起瓢，一旦把重点放在了解决某两个问题上，另一个问题便会接踵而至。
例如，比特币是完全去中心化的，同时也是有史以来最安全的区块链，但它面临着严峻的扩容性问题。与新生的区块链相比，比特币网络速度极其缓慢，而且它无法进行自我更新以与其他区块链竞争，而那些竞争者则可以提供更加易于部署的服务和智能合约。以太坊的扩容性问题得到了有效改进，且进展不错。然而它却不满足完全去中心化这一特性，因为重大更新都是由以太坊基金会及其领导人（如Vitalik Buterin）所决定。而Solana虽然速度极快，扩容性也极强，但存在严重安全问题，在过去几年中，其区块链已数次关闭。
也许有一天，我们能攻克不可能三角问题，但到目前为止，尚无完美解决方案。不管这些系统面临什么问题，唯一正确方向便是持续前进，永不妥协。新兴区块链不断涌现，比特币和区块链也在不断更新。如今，区块链已不是小众话题，全球数千所大学也已开设相关课程，加密行业的发展也在进一步加速。我相信，不可能三角问题不日必可攻克。
不同的加密生态系统
比特币催生了区块链和加密货币的整个概念，引领金融资产进入了一个新纪元。七年后，以太坊（Ethereum）诞生，它在一定程度上普及了智能合约，全新的加密分支得以发展，但其局限性仍不得而知。
现如今，基于当前全球加密金融体系的这两大主要引领者，新的生态系统和数字文化正在加密社区内不断日益被构建出来。加密货币的市场结构不再是单一性的，而是依据普通散户投资者也能理解的“价值存储”和“去中心化”等简单概念所构建。娱乐、媒体、工作、数字生活、财产等等都可融入该等生态系统中——这将是一个充满各种可能性的全新世界。
随着Solana、Avalanche、Cardano、Polkadot等新区块链的创建，我们很清楚地注意到，与比特币和以太坊相比，这些新兴公链在互动和参与方式等方面多样化的加密生态系统正不断催生着数字影响力领域的发展，这些领域侧重于更符合其兴趣和目的的前景和目标。
加密货币对普通投资者和电脑手机用户的生活到底会有多大影响，还得看其未来十年的发展态势如何。如果从比特币概念诞生的过去14年来看，这种影响将比我们目前所拥有的甚至可以开始想象的要深远得多。