What Is Layer 1 in Blockchain?

Binance Academy · 2022-11-05T01:43:01.000Z

TL;DR Layer 1 refers to a base network, such as Bitcoin, BNB Chain, or Ethereum, and its underlying infrastructure. Layer-1 blockchains can validate and finalize transactions without the need for another network. Making improvements to the scalability of layer-1 networks is difficult, as we’ve seen with Bitcoin. As a solution, developers create layer-2 protocols that rely on the layer-1 network for security and consensus. Bitcoin's Lightning Network is one example of a layer-2 protocol. It allows users to make transactions freely before recording them into the main chain. Introduction Layer 1 and layer 2 are terms that help us understand the architecture of different blockchains, projects, and development tools. If you've ever wondered about the relationship between Polygon and Ethereum or Polkadot and its parachains, learning about the different blockchain layers will help. What is layer 1? A layer-1 network is another name for a base blockchain. BNB Smart Chain (BNB), Ethereum (ETH), Bitcoin (BTC), and Solana are all layer-1 protocols. We refer to them as layer-1 because these are the main networks within their ecosystem. In contrast to layer-1, we have off-chains and other layer-2 solutions that are built on top of the main chains. In other words, a protocol is layer 1 when it processes and finalizes transactions on its own blockchain. They also have their own native token, used to pay for transaction fees. Layer 1 scaling A common problem with layer-1 networks is their inability to scale. Bitcoin and other big blockchains have been struggling to process transactions in times of increased demand. Bitcoin uses the Proof of Work (PoW) consensus mechanism, which requires a lot of computational resources. While PoW ensures decentralization and security, PoW networks also tend to slow down when the volume of transactions is too high. This increases transaction confirmation times and makes fees more expensive. Blockchain developers have been working on scalability solutions for many years, but there is still a lot of discussion going on regarding the best alternatives. For layer-1 scaling, some options include: 1. Increasing block size, allowing more transactions to be processed in each block. 2. Changing the consensus mechanism used, such as with the upcoming Ethereum 2.0 update. 3. Implementing sharding. A form of database partitioning. Layer 1 improvements require significant work to implement. In many cases, not all the network users will agree to the change. This can lead to community splits or even a hard fork, as happened with Bitcoin and Bitcoin Cash in 2017. SegWit One example of a layer-1 solution for scaling is Bitcoin's SegWit (segregated witness). This increased Bitcoin's throughput by changing the way block data is organized (digital signatures are no longer part of the transaction input). The change freed up more space for transactions per block without affecting the network's security. SegWit was implemented via a backward-compatible soft fork. This means that even the Bitcoin nodes that are not yet updated to include SegWit are still able to process transactions. What is layer-1 sharding? Sharding is a popular layer-1 scaling solution used to increase transaction throughput. The technique is a form of database partitioning that can be applied to blockchain distributed ledgers. A network and its nodes are divided into different shards to spread the workload and improve transaction speed. Each shard manages a subset of the whole network's activity, meaning it has its own transactions, nodes, and separate blocks. With sharding, there is no need for each node to maintain a full copy of the entire blockchain. Instead, each node reports back the work completed to the main chain to share the state of their local data, including addresses’ balance and other key metrics. Layer 1 vs. Layer 2 When it comes to improvements, not everything is solvable on layer 1. Due to technological constraints, certain changes are difficult or almost impossible to do on the main blockchain network. Ethereum, for example, is upgrading to Proof of Stake (PoS), but this process has taken years to develop. Some use-cases simply cannot work with layer 1 due to scalability issues. A blockchain game could not realistically use the Bitcoin network due to the lengthy transaction times. However, the game may still want to use layer 1's security and decentralization. The best option is to build on top of the network with a layer-2 solution. Lightning Network Layer-2 solutions build on layer 1 and rely on it to finalize its transactions. One famous example is the Lightning Network. The Bitcoin network under heavy traffic can take hours to process transactions. The Lightning Network lets users make speedy payments with their Bitcoin off the main chain, and the final balance is reported back to the main chain later. This essentially bundles everyone's transactions into one final record, saving time and resources. Layer 1 blockchain examples Now that we know what layer 1 is, let's look at some examples. There's a huge variety of layer-1 blockchains, and many support unique use cases. It's not all Bitcoin and Ethereum, and each network has different solutions to the blockchain technology trilemma of decentralization, security, and scalability. Elrond Elrond is a layer-1 network founded in 2018 that uses sharding to improve its performance and scalability. The Elrond blockchain can process over 100,000 transactions per second (TPS). Its two unique main features are its Secure Proof of Stake (SPoS) consensus protocol and Adaptive State Sharding. Adaptive State Sharding happens via shard splits and merges as the network loses or gains users. The network's whole architecture is sharded, including its state and transactions. Validators also move between shards, reducing the chance of a malicious takeover of a shard. Elrond's native token EGLD is used for transaction fees, deploying DApps, and rewarding users that participate in the network's validation mechanism. Also, the Elrond network is certified Carbon Negative, as it offsets more CO2 than its PoS mechanism is accountable for. Harmony Harmony is an Effective Proof of Stake (EPoS), layer-1 network with sharding support. The blockchain's mainnet has four shards, each creating and verifying new blocks in parallel. A shard can do this at its own speed, meaning they can all have different block heights. Harmony currently uses a "Cross-Chain Finance" strategy to attract developers and users. Trustless bridges to Ethereum (ETH) and Bitcoin play a key role, allowing users to exchange their tokens without the usual custodial risks seen with bridges. Harmony’s main vision for scaling Web3 relies on Decentralized Autonomous Organizations (DAOs) and zero-knowledge proofs. The future of DeFi (Decentralized Finance) seems set on multi-chain and cross-chain opportunities, making Harmony's bridging services attractive to users. NFT infrastructure, DAO tooling, and inter-protocol bridges are the major areas of focus. Its native token, ONE, is used to pay network transaction fees. It can also be staked to participate in Harmony's consensus mechanism and governance. This provides successful validators with block rewards and transaction fees. Celo Celo is a layer 1 network forked from Go Ethereum (Geth) in 2017. It has, however, made some significant changes, including implementing PoS and a unique address system. The Celo Web3 ecosystem includes DeFi, NFTs, and payment solutions, with more than 100 million transactions confirmed. On Celo, anyone can use a phone number or email address as a public key. The blockchain is easily run with standard computers and doesn't require special hardware. Celo’s main token is CELO, a standard utility token for transactions, security, and rewards. The Celo network also has cUSD, cEUR, and cREAL as stablecoins. These are generated by users, and their pegs are maintained by a mechanism similar to MakerDAO’s DAI. Also, transactions made with Celo stablecoins can be paid with any other Celo asset. CELO’s address system and stablecoin aim to make crypto more accessible and improve adoption. The volatility of the crypto market and difficulty for newcomers can be discouraging to many. THORChain THORChain is a cross-chain permissionless decentralized exchange (DEX). It’s a layer-1 network built using the Cosmos SDK. It also uses the Tendermint consensus mechanism for validating transactions. The main goal of THORChain is to allow for decentralized cross-chain liquidity without the need to peg or wrap assets. For multi-chain investors, pegging and wrapping add additional risk to the process. In effect, THORChain acts as a vault manager that monitors deposits and withdrawals. This helps create decentralized liquidity and removes centralized intermediaries. RUNE is THORChain's native token, used for paying transaction fees and also in governance, security, and validation. THORChain's Automated Market Maker (AMM) model uses RUNE acting as the base pair, meaning you can swap RUNE for any other supported asset. In a way, the project works like a cross-chain Uniswap, with RUNE being a settlement and security asset for liquidity pools. Kava Kava is a layer-1 blockchain that combines the speed and interoperability of Cosmos with the developer support of Ethereum. Using a “co-chain” architecture, the Kava Network features a distinct blockchain for both the EVM and Cosmos SDK development environments. Coupled with IBC support on the Cosmos co-chain, this enables developers to deploy decentralized applications that interoperate seamlessly between the Cosmos and Ethereum ecosystems. Kava uses the Tendermint PoS consensus mechanism, providing powerful scalability to the applications on the EVM co-chain. Funded by the KavaDAO, the Kava Network also features open, on-chain developer incentives designed to reward the top 100 projects on each co-chain based on usage. Kava has a native utility and governance token, KAVA, and a US-dollar pegged stablecoin, USDX. KAVA is used to pay for transaction fees and is staked by validators to generate network consensus. Users can delegate their staked KAVA to validators to earn a share of KAVA emissions. Stakers and validators can also vote on governance proposals that dictate the parameters of the network. IoTeX IoTeX is a layer 1 network founded in 2017 with a focus on combining blockchain with the Internet of Things. This gives users control over the data their devices generate, allowing for “machine-backed DApps, assets, and services”. Your personal information has value and managing it via blockchain guarantees secure ownership. IoTeX’s combination of hardware and software provides a new solution for people to control their privacy and data without sacrificing user experience. The system that enables users to earn digital assets from their real-world data is called MachineFi. IoTeX released two notable hardware products known as Ucam and Pebble Tracker. Ucam is an advanced home security camera that allows users to monitor their homes from anywhere and with complete privacy. Pebble Tracker is a smart GPS with 4G support and track-and-trace capabilities. It not only tracks GPS data, but also environmental data in real time, including temperature, humidity, and air quality. In terms of blockchain architecture, IoTeX has a number of layer 2 protocols built on top of it. The blockchain provides tools to create customized networks that use IoTeX for finalization. These chains can also interact with one another and share information via IoTeX. Developers can then easily create a new sub-chain to meet the specific needs of their IoT device. IoTeX’s coin, IOTX, is used for transaction fees, staking, governance, and network validation. Closing thoughts Today’s blockchain ecosystem has several layer-1 networks and layer-2 protocols. It’s easy to get confused, but as soon as you grasp the basic concepts, it becomes easier to understand the overall structure and architecture. This knowledge can be useful when studying new blockchain projects, especially when they focus on network interoperability and cross-chain solutions.

DR
A camada 1 refere-se a uma rede base, como Bitcoin, BNB Chain ou Ethereum, e sua infraestrutura subjacente. Os blockchains da camada 1 podem validar e finalizar transações sem a necessidade de outra rede. Fazer melhorias na escalabilidade das redes da camada 1 é difícil, como vimos com o Bitcoin. Como solução, os desenvolvedores criam protocolos de camada 2 que dependem da rede de camada 1 para segurança e consenso. A Lightning Network do Bitcoin é um exemplo de protocolo de camada 2. Ele permite que os usuários façam transações livremente antes de gravá-las na cadeia principal.

IntroduçãoCamada 1 e camada 2 são termos que nos ajudam a compreender a arquitetura de diferentes blockchains, projetos e ferramentas de desenvolvimento. Se você já se perguntou sobre a relação entre Polygon e Ethereum ou Polkadot e seus parachains, aprender sobre as diferentes camadas do blockchain ajudará.


O que é a camada 1?Uma rede de camada 1 é outro nome para um blockchain básico. BNB Smart Chain (BNB), Ethereum (ETH), Bitcoin (BTC) e Solana são todos protocolos de camada 1. Nós nos referimos a eles como camada 1 porque são as principais redes dentro de seu ecossistema. Em contraste com a camada 1, temos soluções fora da cadeia e outras soluções da camada 2 que são construídas sobre as cadeias principais.
Em outras palavras, um protocolo é a camada 1 quando processa e finaliza transações em seu próprio blockchain. Eles também têm seu próprio token nativo, usado para pagar taxas de transação.

Dimensionamento da camada 1Um problema comum com redes de camada 1 é a sua incapacidade de escalar. O Bitcoin e outros grandes blockchains têm lutado para processar transações em tempos de maior demanda. O Bitcoin usa o mecanismo de consenso Prova de Trabalho (PoW), que requer muitos recursos computacionais.
Embora o PoW garanta descentralização e segurança, as redes PoW também tendem a desacelerar quando o volume de transações é muito alto. Isso aumenta o tempo de confirmação da transação e torna as taxas mais caras.
Os desenvolvedores de Blockchain têm trabalhado em soluções de escalabilidade há muitos anos, mas ainda há muita discussão sobre as melhores alternativas. Para dimensionamento da camada 1, algumas opções incluem:
1. Aumentar o tamanho do bloco, permitindo que mais transações sejam processadas em cada bloco.
2. Alterar o mecanismo de consenso usado, como na próxima atualização do Ethereum 2.0.
3. Implementação de fragmentação. Uma forma de particionamento de banco de dados.
As melhorias da camada 1 exigem um trabalho significativo para serem implementadas. Em muitos casos, nem todos os utilizadores da rede concordarão com a mudança. Isso pode levar a divisões na comunidade ou até mesmo a um hard fork, como aconteceu com Bitcoin e Bitcoin Cash em 2017.
Seg WitUm exemplo de solução de camada 1 para escalonamento é o SegWit (testemunha segregada) do Bitcoin. Isso aumentou o rendimento do Bitcoin, alterando a forma como os dados do bloco são organizados (as assinaturas digitais não fazem mais parte da entrada da transação). A mudança liberou mais espaço para transações por bloco sem afetar a segurança da rede. O SegWit foi implementado por meio de um soft fork compatível com versões anteriores. Isso significa que mesmo os nós Bitcoin que ainda não foram atualizados para incluir o SegWit ainda são capazes de processar transações.

O que é fragmentação da camada 1?Sharding é uma solução popular de escalonamento de camada 1 usada para aumentar o rendimento das transações. A técnica é uma forma de particionamento de banco de dados que pode ser aplicada a livros-razão distribuídos em blockchain. Uma rede e seus nós são divididos em diferentes fragmentos para distribuir a carga de trabalho e melhorar a velocidade das transações. Cada fragmento gerencia um subconjunto de toda a atividade da rede, o que significa que possui suas próprias transações, nós e blocos separados.
Com o sharding, não há necessidade de cada nó manter uma cópia completa de todo o blockchain. Em vez disso, cada nó reporta o trabalho concluído à cadeia principal para compartilhar o estado de seus dados locais, incluindo saldo de endereços e outras métricas importantes.

Camada 1 vs. Camada 2Quando se trata de melhorias, nem tudo pode ser resolvido na camada 1. Devido a restrições tecnológicas, certas mudanças são difíceis ou quase impossíveis de serem feitas na rede blockchain principal. Ethereum, por exemplo, está atualizando para Proof of Stake (PoS), mas esse processo levou anos para ser desenvolvido.
Alguns casos de uso simplesmente não funcionam com a camada 1 devido a problemas de escalabilidade. Um jogo blockchain não poderia usar a rede Bitcoin de forma realista devido aos longos tempos de transação. No entanto, o jogo ainda pode querer usar a segurança e a descentralização da camada 1. A melhor opção é construir sobre a rede com uma solução de camada 2.
Rede relâmpagoAs soluções da camada 2 baseiam-se na camada 1 e dependem dela para finalizar suas transações. Um exemplo famoso é a Lightning Network. A rede Bitcoin sob tráfego intenso pode levar horas para processar transações. A Lightning Network permite que os usuários façam pagamentos rápidos com seus Bitcoins fora da cadeia principal, e o saldo final é reportado à cadeia principal posteriormente. Basicamente, isso agrupa as transações de todos em um registro final, economizando tempo e recursos.

Exemplos de blockchain da camada 1Agora que sabemos o que é a camada 1, vejamos alguns exemplos. Há uma enorme variedade de blockchains da camada 1 e muitos oferecem suporte a casos de uso exclusivos. Nem tudo é Bitcoin e Ethereum, e cada rede tem soluções diferentes para o trilema da tecnologia blockchain de descentralização, segurança e escalabilidade.
ElrondElrond é uma rede de camada 1 fundada em 2018 que usa sharding para melhorar seu desempenho e escalabilidade. O blockchain Elrond pode processar mais de 100.000 transações por segundo (TPS). Seus dois principais recursos exclusivos são o protocolo de consenso Secure Proof of Stake (SPoS) e Adaptive State Sharding.
O Adaptive State Sharding acontece por meio de divisões e mesclagens de fragmentos à medida que a rede perde ou ganha usuários. Toda a arquitetura da rede é fragmentada, incluindo seu estado e transações. Os validadores também se movem entre os fragmentos, reduzindo a chance de uma aquisição maliciosa de um fragmento.
O token nativo EGLD de Elrond é usado para taxas de transação, implantação de DApps e recompensa de usuários que participam do mecanismo de validação da rede. Além disso, a rede Elrond é certificada como Carbono Negativo, pois compensa mais CO2 do que seu mecanismo PoS é responsável.
HarmoniaHarmony é uma rede de camada 1 de Prova Efetiva de Participação (EPoS) com suporte de fragmentação. A rede principal do blockchain possui quatro fragmentos, cada um criando e verificando novos blocos em paralelo. Um fragmento pode fazer isso em sua própria velocidade, o que significa que todos podem ter alturas de bloco diferentes.
Atualmente, o Harmony usa uma estratégia de “financiamento entre cadeias” para atrair desenvolvedores e usuários. As pontes confiáveis ​​para Ethereum (ETH) e Bitcoin desempenham um papel fundamental, permitindo que os usuários troquem seus tokens sem os riscos de custódia habituais observados nas pontes. A principal visão do Harmony para dimensionar o Web3 depende de Organizações Autônomas Descentralizadas (DAOs) e provas de conhecimento zero.
O futuro do DeFi (Finanças Descentralizadas) parece baseado em oportunidades multi-chain e cross-chain, tornando os serviços de ponte do Harmony atraentes para os usuários. Infraestrutura NFT, ferramentas DAO e pontes entre protocolos são as principais áreas de foco.
Seu token nativo, ONE, é usado para pagar taxas de transação de rede. Também pode ser apostado na participação no mecanismo de consenso e governança do Harmony. Isso fornece aos validadores bem-sucedidos recompensas em bloco e taxas de transação.
TestaCelo é uma rede de camada 1 bifurcada da Go Ethereum (Geth) em 2017. No entanto, ela fez algumas mudanças significativas, incluindo a implementação de PoS e um sistema de endereço exclusivo. O ecossistema Celo Web3 inclui DeFi, NFTs e soluções de pagamento, com mais de 100 milhões de transações confirmadas. No Celo, qualquer pessoa pode usar um número de telefone ou endereço de e-mail como chave pública. O blockchain é facilmente executado com computadores padrão e não requer hardware especial.
O token principal da Celo é o CELO, um token utilitário padrão para transações, segurança e recompensas. A rede Celo também possui cUSD, cEUR e cREAL como stablecoins. Eles são gerados pelos usuários e seus indexadores são mantidos por um mecanismo semelhante ao DAI da MakerDAO. Além disso, as transações feitas com stablecoins da Celo podem ser pagas com qualquer outro ativo da Celo.
O sistema de endereços e a stablecoin do CELO visam tornar a criptografia mais acessível e melhorar a adoção. A volatilidade do mercado criptográfico e a dificuldade para os recém-chegados podem ser desanimadoras para muitos.
THORChainTHORChain é uma exchange descentralizada sem permissão (DEX) entre cadeias. É uma rede de camada 1 construída usando o Cosmos SDK. Também utiliza o mecanismo de consenso Tendermint para validar transações. O principal objetivo do THORChain é permitir liquidez descentralizada entre cadeias, sem a necessidade de indexar ou agrupar ativos. Para investidores de múltiplas cadeias, a indexação e o empacotamento acrescentam riscos adicionais ao processo.
Na verdade, o THORChain atua como um gerenciador de cofre que monitora depósitos e retiradas. Isto ajuda a criar liquidez descentralizada e elimina intermediários centralizados. RUNE é o token nativo do THORChain, usado para pagamento de taxas de transação e também em governança, segurança e validação.
O modelo Automated Market Maker (AMM) do THORChain usa RUNE atuando como par base, o que significa que você pode trocar RUNE por qualquer outro ativo suportado. De certa forma, o projeto funciona como um Uniswap cross-chain, sendo RUNE um ativo de liquidação e segurança para pools de liquidez.
KavaKava é um blockchain de camada 1 que combina a velocidade e a interoperabilidade do Cosmos com o suporte de desenvolvedor do Ethereum. Usando uma arquitetura “co-chain”, a Rede Kava apresenta um blockchain distinto para os ambientes de desenvolvimento EVM e Cosmos SDK. Juntamente com o suporte IBC na co-chain Cosmos, isso permite que os desenvolvedores implantem aplicativos descentralizados que interoperem perfeitamente entre os ecossistemas Cosmos e Ethereum.
Kava usa o mecanismo de consenso Tendermint PoS, fornecendo escalabilidade poderosa para os aplicativos na co-chain EVM. Financiada pela KavaDAO, a Rede Kava também oferece incentivos abertos para desenvolvedores na rede, projetados para recompensar os 100 principais projetos em cada co-cadeia com base no uso.
Kava tem um token nativo de utilidade e governança, KAVA, e uma moeda estável indexada ao dólar americano, USDX. KAVA é usado para pagar taxas de transação e é apostado por validadores para gerar consenso de rede. Os usuários podem delegar seu KAVA apostado aos validadores para ganhar uma parte das emissões de KAVA. Os stakeholders e validadores também podem votar em propostas de governança que ditam os parâmetros da rede.
IoTeXIoTeX é uma rede de camada 1 fundada em 2017 com foco na combinação de blockchain com a Internet das Coisas. Isso dá aos usuários controle sobre os dados gerados por seus dispositivos, permitindo “DApps, ativos e serviços apoiados por máquina”. Suas informações pessoais têm valor e gerenciá-las via blockchain garante propriedade segura.
A combinação de hardware e software da IoTeX fornece uma nova solução para as pessoas controlarem sua privacidade e seus dados sem sacrificar a experiência do usuário. O sistema que permite aos usuários obter ativos digitais a partir de seus dados do mundo real é chamado MachineFi.
A IoTeX lançou dois produtos de hardware notáveis, conhecidos como Ucam e Pebble Tracker. Ucam é uma câmera de segurança residencial avançada que permite aos usuários monitorar suas casas de qualquer lugar e com total privacidade. Pebble Tracker é um GPS inteligente com suporte 4G e recursos de rastreamento e rastreamento. Ele não apenas rastreia dados de GPS, mas também dados ambientais em tempo real, incluindo temperatura, umidade e qualidade do ar.
Em termos de arquitetura blockchain, a IoTeX possui vários protocolos de camada 2 construídos sobre ela. O blockchain fornece ferramentas para criar redes customizadas que utilizam IoTeX para finalização. Essas cadeias também podem interagir entre si e compartilhar informações via IoTeX. Os desenvolvedores podem então criar facilmente uma nova subcadeia para atender às necessidades específicas de seu dispositivo IoT. A moeda da IoTeX, IOTX, é usada para taxas de transação, staking, governança e validação de rede.


Pensamentos finaisO ecossistema blockchain atual possui diversas redes de camada 1 e protocolos de camada 2. É fácil ficar confuso, mas assim que você entender os conceitos básicos, será mais fácil entender a estrutura e a arquitetura geral. Este conhecimento pode ser útil no estudo de novos projetos de blockchain, especialmente quando eles focam em interoperabilidade de rede e soluções cross-chain.