Layer 1 區塊鏈生態系統：總覽

簡介

自 2015 年推出以來，Ethereum 憑藉先行者優勢獲得了巨大的成長。Ethereum 的主要重點在於提供一種讓智能合約得以運作、而不受第三方干預的方式。這消除了對中心化機構的需求，並朝去中心化邁出了重要一步。

儘管 Ethereum 將其系統設計得具有彈性，但由於網路效應的爆炸性成長，仍然面臨嚴重壅塞、交易速度慢且成本高等問題。

這個問題與「可擴展性三難困境」（The Scalability Trilemma）有關，這是由 Vitalik Buterin（Ethereum 創辦人）提出的名詞。可擴展性三難困境指的是加密專案在最佳化自身區塊鏈底層架構時經常面臨的取捨。

這也促成了其他 layer 1（L1）替代方案的興起，這些方案提供了另一種方式來解決現今區塊鏈面臨的技術限制。

Avalanche

Avalanche 是一個為可擴展性而設計的區塊鏈平台，也是一個開源平台，作為 Ethereum 的替代方案。其共識系統使其成為速度更快、效率更高的替代選項。最終，這讓 Avalanche 能專注於提升交易速度、降低交易成本，並使系統更加環保。

正如 Ethereum 使用 ETH 作為其交易貨幣，Avalanche 則使用 AVAX 代幣，這同樣也是其自身區塊鏈交易所使用的貨幣。

Ava Labs 於 2020 年 9 月推出 Avalanche。Cornell 的研究員 Emin Gün Sirer 領導 Ava Labs，並致力於提供特定功能，協助開發者從 Ethereum 順利轉移到 Avalanche 系統。

Avalanche 的工具與函式庫

Avalanche 為開發者在其區塊鏈上使用提供了多種工具：

• Abigen：將 solidity 合約編譯成 golang，以便以程式化方式部署與呼叫合約。與 Abigen 一同用於與網路中節點互動、監控及通訊的工具包括 AvalancheJS、Avalanche 的 Public API、Grafana Dashboards，以及 Postman Collections。
• Avalanche Wallet SDK：一個用於建立與管理非託管錢包的 typescript 函式庫。
• Avalanche Local Simulator：協助開發者快速啟動 Avalanche 區塊鏈本地實例的工具。
• Avalanche Network Runner：一個用於部署本地網路或與節點通訊的 shell 客戶端，也能快速啟動測試網路環境。
• Index API：讓開發者能夠對 Avalanche 網路建立索引。

開發上的技術差異

Avalanche 速度快、成本低

Avalanche 支援 Ethereum 應用程式的開發，能夠確認達數千筆的交易。

其交易速度遠比市場上其他區塊鏈平台快得多。這歸功於網路各組成部分、Virtual Machine、Ethereum 的 RPC 呼叫等多項因素的結合。這種速度讓使用者整體上獲得更好的體驗。

部署客製化區塊鏈

Avalanche 中的節點必須在特定時間範圍內達成共識。

更容易存取網路

由於 Avalanche 能夠處理數百萬個持續參與驗證過程的驗證者，因此網路的存取門檻較低。此區塊鏈不需要任何高規格設備即可加入成為驗證者。

難以發動攻擊

要在 Avalanche 上發動攻擊，攻擊者必須持有至少 80% 的代幣。這大幅提升了整個網路的安全性。

Avalanche 的權益證明機制

Avalanche 使用權益證明（Proof-of-Stake，PoS）系統，而非 Ethereum 所使用的工作量證明（Proof-of-Work，PoW）系統。Ethereum 由於其 PoW 系統，目前存在較高的能源消耗與可擴展性不足的問題。

由於 Avalanche 採用 PoS 模型，代幣持有者可以鎖定投資以換取獲得獎勵的機會。Avalanche 上的交易由支持網路的 Stakers 進行驗證。

Stakers 能夠透過懲罰不遵守規則者來協助網路防止舞弊行為。未盡職責的驗證者其質押金會被削減（slashed），意即其質押的部分加密資產會被沒收。整體而言，Avalanche 的 PoS 機制速度更快、成本更低，這也是選擇其區塊鏈而非其他模型的重要理由。

主網路（Primary Network）

Avalanche 的獨特之處在於它使用三條區塊鏈來達成卓越的穩健性與功能性。作為特殊子網路的 Primary Network 負責驗證並保護這三條區塊鏈，各自扮演不同角色。這三條區塊鏈分別為：

• X-Chain（Exchange Chain）：用於發行數位資產，讓區塊鏈內的資產得以建立與交換。
• C-Chain（Contract Chain）：又稱為 Conversion Chain，作為 Avalanche 的智能合約區塊鏈使用。這讓 Ethereum 開發者能夠將相容的應用程式與資產轉換至 Avalanche（即 Avalanche 的 EVM）。其中涉及的協定讓此過程更快速、成本更低且更順暢。
• P-Chain（Platform Chain）：此區塊鏈負責協調驗證者並監控子網路，也是驗證者質押 AVAX 代幣以保護網路的地方。

Avalanche 面臨的挑戰

Avalanche 面臨的主要挑戰是必須與 Ethereum 及未來出現的其他競爭專案激烈競爭。此外，成為驗證者需要質押 2,000 顆 AVAX 代幣。最後，Avalanche 目前不會透過沒收 AVAX 的方式來懲罰被認定為疏失或有惡意行為的驗證者。這意味著質押於網路驗證中的 $AVAX 加密貨幣永遠不會因此減少。

指標

• 市值：約 200 億美元
• TVL：112 億美元
• 過去 30 天熱門應用程式：Trader Joe、Pangolian Exchange、Sushi、NFTrade、Bogged.Finance、Kalao、Aave、Platypus、Kill Rich、Cradabra 等
• 單日手續費：$834,536.42
• 7 日平均手續費：$758,107.12
• 驗證者數量：1,249

Solana

簡介

Solana 是目前市場上最熱門的區塊鏈之一。Solana 的獨特之處在於其採用了不同於其他區塊鏈的共識系統，稱為歷史證明（Proof of History，PoH）。與 Ethereum 一樣，Solana 持續吸引開發者，讓他們得以在此領域打造潛力十足的專案。Solana 提供「無狀態」架構，並因減少了記憶體消耗而具備高度可擴展性。

Anatoly Yakovenko 在發表關於 Proof of History 的白皮書後，於 2017 年創立 Solana。2018 年，Greg 打造了此白皮書的第一個開源實作原型。該專案原名為 Loom，於 3 月 28 日更名為 Solana。此專案於 2020 年以 ICO 形式正式推出。Solana 目前由 Solana Foundation 營運，Solana Labs 仍是主要貢獻者。

Solana 的工具與函式庫

Solana 目前提供自有的命令列介面與 Web3.js SDK，讓開發者能夠與 Solana 的區塊鏈及程式進行通訊（類似 API 的作用）。Solana 還有許多其他開源工具，例如 Solana faucet、Metaplex Metadata Finder，以及 Merkle Distributor。Solana 龐大的社群還提供了更多工具，可在此處查看：https://soldev.app/library/tools。你也可以在此進一步了解此社群：https://solana.com/developers

開發上的技術差異

Ethereum 及其他區塊鏈在其鏈上採用工作量證明或權益證明共識系統，而 Solana 則依賴歷史證明（Proof of History）共識系統。這種 PoH 的使用讓整體區塊鏈更快速、更具可擴展性，也更節能。

為何選擇歷史證明？

在 PoH 中，事件與交易會經由 SHA256 雜湊函式進行雜湊處理。這讓驗證者更容易依時間順序追蹤雜湊值，並在交易到達時即時處理。驗證者無需等待區塊填滿即可處理交易。因此，Solana 每秒能處理更多筆交易。

由於雜湊處理過程創造出一條清晰且可驗證的交易序列，驗證者無需傳統的時間戳記即可將交易加入區塊。整體而言，這是驗證者透過 Solana 的「延遲函式」（delay function）按時間順序追蹤雜湊值的方式，將時間編碼為資料。

Turbine

Solana 使用一種名為 Turbine 的協定，將資訊拆分成更小的片段，使資訊更容易處理。透過這種方式，Solana 得以解決頻寬問題並提升交易處理能力。

Turbine 與 Ethereum 的 Sharding 計畫類似。

Gulf Stream

Gulf Stream 是 Solana 使用的另一項協定，用於將交易快取與轉發推向網路邊緣。客戶端與驗證者會將交易轉發給預期的 leader，讓驗證者能夠提前執行交易。

此外，Gulf Stream 能縮短確認時間、加快 leader 切換速度，並減輕驗證者的記憶體負擔。若網路的 leader 是非確定性的，或無法得知初始條件以預測結果，此解決方案便無法實現。

Sealevel

對 Ethereum 而言，其 EVM 被視為單執行緒（single-threaded），意味著同一時間只能有一個智能合約修改區塊鏈的狀態。然而，Solana 能夠採取平行執行緒（parallel-threaded）的方式，讓智能合約在不互相重疊的情況下運行。

Solana 使用 Sealevel，這是一個高度平行化的交易處理引擎，用於在 SSD（固態硬碟）與 GPU（圖形處理器）之間進行擴展。這讓 Solana 得以進行水平擴展而非垂直擴展。

Pipelining

Pipelining 是 Solana 用來對硬體元件的資料輸入進行排序的一項技術，能讓資料在節點間以極快的速度得到驗證與複製。整體而言，這是一項有效的 CPU（中央處理器）設計改進。

Cloudbreak

本質上，這是 Solana 的一種水平擴展架構。由於單靠擴展運算能力對 Solana 而言並不足夠，用於儲存帳戶資訊的記憶體便成為更大的問題。Cloudbreak 讓 Solana 得以在不使用 sharding 的情況下進行擴展。Solana 打造 Cloudbreak 的目的是讓所有硬體能同時用於資料索引、讀取資料庫，以及寫入交易輸入。

Archivers

最後，Solana 能夠透過 Archivers 來儲存資料。Archivers 讓網路得以將資料從驗證者卸載給 Archivers 本身。這使得節點只需極少的硬體需求即可複製資訊。Archivers 讓區塊鏈資料能夠以安全且有效率的方式存在於分散式的公開帳本上。

Archivers 之所以能高效運作，是因為它們只儲存狀態的一小部分。然而，網路會要求 Archivers 證明其確實儲存了應儲存的資料，此技術稱為複製證明（Proof of Replication，PoRep）。

Solana 面臨的挑戰

與其他區塊鏈一樣，Solana 面臨的挑戰之一是需要在加密貨幣領域中鞏固自身的強勢地位。另一項挑戰則是質押集中化。舉例來說，若 Standard Custody 在 Solana 中質押了相當大的比例，便存在潛在的安全風險。一旦 Standard Custody 出現問題，便可能拖垮 Solana 的區塊鏈。

此外，Solana 若過度集中於單一地方也對區塊鏈不利，因為持有 Solana 即代表擁有投票權。最後，流動性與價格資料也十分重要，因為大量流動性集中在 Project Serum 上，該專案在 Solana 上打造了一個名為 Serum DEX 的工具。Serum DEX 若受損，也可能對 Solana 造成損害。

最近，Solana 因機器人過度執行重複交易而發生網路中斷。這是一個日益嚴重的問題，因為 Solana 的網路穩定性並無保證。

指標

市值：約 305 億美元

TVL：72 億美元 過去 30 天熱門應用程式：Raydium、MeanFi、Orca、Magic Eden、Solanart、Solend、Saber、Solsea、Wormhole、Mercurial 等

單日手續費：$108,723.89

7 日平均手續費：$79,375.03

驗證者數量：1,531

Terra

簡介

Terra 是一個廣泛使用演算法穩定幣的區塊鏈協定。穩定幣的價格會與任一法定貨幣掛鉤，例如美元或歐元。因此，Terra 區塊鏈上的使用者可以儲存、兌換或花費 Terra 穩定幣。相較於 Bitcoin、Ethereum 及其他 altcoin，Terra 提供了更高的價格穩定性。

在整個 Terra 區塊鏈中，「Terra」一詞也指該協定內兩種加密貨幣之一。Terra 區塊鏈內另一項重要代幣稱為 Luna，稍後將進一步說明。

Terra Labs 在 Terra Alliance（15 家在亞洲累積了大量交易量與使用者的大型電子商務公司）的協助下打造了 Terra 區塊鏈。由 Daniel Shin 與 Do Kwan 共同創立，他們認為價格穩定性與採用率，是邁向加密貨幣與區塊鏈基礎建設大規模採用的重要下一步。

Terra 的工具與函式庫

Terra 提供與 Ethereum 相同的工具，只是由該協定自身打造與提供。正如 Ethereum 使用 Web3.js 及 Web3py 作為前端的 python SDK，Terra 則使用 Terra.js 或 Terra SDK。此外，Terra 也有自己的瀏覽器擴充功能（Station CX），以及供 Terra 區塊鏈實驗使用的本地測試網路。最後，Terra 使用 Rust 而非 Solidity。

Terra 提供了自己的命令列介面 Terrad，用於與 Terra 區塊鏈互動。Terra 也有一個名為 Terra Core 的核心模組，讓使用者能夠參考以 Golang 撰寫的 Terra 協定實作。

此區塊鏈支援多重簽章帳戶。多重簽章帳戶是一種需要多方簽署才能完成交易的特殊金鑰，適用於需要多方共識的交易情境。最後，Terra 提供了名為 Terra Testnet Faucet 的水龍頭服務，讓使用者能取得最新 Terra 測試網路的代幣。

開發上的技術差異

Terra 與 Ethereum 及大多數其他區塊鏈的運作方式不同，因為其主要角色是建立演算法穩定幣。Terra 旨在建立去中心化經濟，並提升人們對新型金融原語的參與，藉此推動貨幣概念的創新。

代幣經濟學

Terra 的獨特之處在於，它是由一種名為 Luna 的質押資產以分散式共識加以保護。這支撐了以演算法方式與法定貨幣掛鉤的穩定幣。

該協定主要由兩種代幣組成：

• Terra：這些是與法定貨幣價格掛鉤或追蹤的代幣。例如，UST 便與美國的貨幣 USD 掛鉤。以其法幣對應物來命名穩定幣是常見做法。使用者可透過銷毀 Luna 代幣來獲得新的 Terra 代幣。所有 Terra 面額都存在於同一個資金池中。
• Luna：主要用於治理、質押與挖礦，Luna 是 Terra 協定的原生代幣，用於吸收 Terra 的價格波動。質押 Luna 能讓驗證者因記錄與驗證 Terra 區塊鏈上的交易而獲得獎勵，這些獎勵以手續費的形式發放。其中存在著一種關聯：Terra 的使用越多，Luna 的價值也會越高。

權益證明

與 Avalanche 一樣，Terra 使用權益證明共識協定，而非 Ethereum 的工作量證明共識協定。Terra 目前採用 Tendermint 所使用的共識機制，透過驗證者來保護其網路安全。

交易手續費

相較於 Ethereum 生態系，Terra 網路的交易手續費相當低廉。這是因為其價格穩定演算法確保了較低的交易手續費以及順暢的跨境交易。Terra 致力於消除完成交易時對第三方的依賴，避免產生高額手續費。

此外，每筆付款的手續費僅為 0.6%，且能在六秒或更短時間內完成。相較於傳統信用卡支付動輒 2.8% 以上的手續費，這是一個更好的替代方案。

互通性

Terra 區塊鏈已知是建構在 Cosmos IBC（跨鏈通訊協定，Inter-Blockchain Communication protocol）之上。這使得區塊鏈互通性成為可能：像 Terra 這樣的網路能夠查看並存取許多其他區塊鏈系統上的資訊，意味著各網路之間可以互相通訊。舉例來說，隨著越來越多開發者開始使用該協定，Terra 已能夠在 Solana、Ethereum 及其他區塊鏈上運行。

Terra 面臨的挑戰

Terra 的市值遠小於 Ethereum，因此 Terra 在金融經濟創新領域中仍面臨激烈競爭，須爭取一席之地。此外，若 Terra 無法維持與法定貨幣的掛鉤，可能會為該協定帶來巨大風險、損失與損害。

若驗證者與委託人未能履行職責或行為不當，Terra 會對其進行削減（slashing）處分。未能履行驗證者或委託人職責的例子包括：對同一筆交易進行雙重簽署（Double signing）、無回應（downtime），或在 Oracle 流程中漏投票。

指標

市值：約 330 億美元

TVL：231.3 億美元 應用程式：Mirror、Achor、Terraswap、Pylon、Terra Station、Chai、Mavalo、Spectrum、LoTerra、Preserver 等

驗證者總數：305

活躍驗證者數量：130

結論

上述許多 Ethereum 生態系統，都為開發者提供了在更具可擴展性、更具互通性的網路上進行開發的充分理由。然而，這些 Layer 1 區塊鏈所面臨的挑戰，仍將隨著它們在爭取更多使用者、應對可擴展性三難困境的激烈競爭中逐漸顯現。Ethereum 是否會成為緩解擴展性問題的主要解決方案，抑或未來將由可行的替代 L1 方案主導此一領域，時間終將給出答案。