自2022年以太坊实施“合并”以来，执行层（Execution Layer）与共识层（Consensus Layer）成为了其核心协议架构的重要组成部分。这两个层级在功能上分工明确，相互协作，共同构成了以太坊的现代模块化架构。执行层的职责主要集中于交易处理与智能合约的执行，而共识层则负责区块的验证与全网共识的达成。通过采用权益证明（PoS）机制，这一架构不仅提升了网络的安全性和环保性，也为未来的扩展打下了基础。
核心定义解析
执行层（Execution Layer, EL）
执行层是以太坊网络处理交易和智能合约的核心组成部分，其历史可以追溯到合并前的以太坊主链（PoW链）。合并之后，执行层将原有的交易处理逻辑保留，但剔除了PoW挖矿功能，专注于计算交易结果与维护网络状态。
执行层的关键组件包括执行客户端（如Geth、Besu、Nethermind等）和以太坊虚拟机（EVM）。执行客户端的主要职能是接收用户交易，使用EVM运行智能合约代码，并生成包含交易结果的区块。EVM则提供了智能合约的执行环境，确保不同客户端对合约执行结果的一致性。
共识层（Consensus Layer, CL）
共识层，即信标链（Beacon Chain），是以太坊实现去中心化共识的关键来源。它主要负责验证执行层生成的区块，管理验证者网络，并维护区块链的最终性。
共识层的核心功能包括通过PoS机制随机选择验证者，处理质押操作（例如验证者质押、退出和惩罚），以及依据共识算法决定哪个区块应纳入主链。关键客户端包括Prysm、Lighthouse和Teku等，这些客户端的作用是同步验证者信息和区块数据，确保全网对链状态的共识。
背景与架构演变
以太坊的执行层与共识层的分离，并非源自最初的设计，而是通过2022年的“合并”架构升级实现的。在合并前，以太坊采用了单一的PoW链架构，交易执行和共识达成的功能耦合于同一条链上：矿工通过算力竞争打包交易生成区块。这种统一架构的缺陷包括能耗高、可扩展性受限等问题。
合并后，以太坊被重新设计为双链架构，执行层专注于交易处理和智能合约执行，而共识层则独立承担共识职责。这项重大变革将共识机制从PoW切换为更环保的PoS，为后续的分片等扩容方案奠定了模块化的基础。
关键特性解析
核心职责差异
在职责定位上，执行层专注于交易的执行与状态的更新。用户提交交易后，执行层客户端会验证交易的合法性（例如，签名、余额是否充足），然后通过EVM执行智能合约的逻辑，并更新全网状态（包括账户余额和合约存储数据）。
相比之下，共识层的核心职责是区块的验证与共识决策。共识层不直接处理交易，而是接收来自执行层的区块，检查区块头信息是否匹配，并依据PoS机制让验证者对区块的有效性进行投票，最终决定哪个区块成为链的“头部”。
共识机制与区块生成逻辑
值得注意的是，执行层如本身并不具备独立的共识能力，其生成的区块需依赖于共识层验证。同时，共识层通过PoS机制实现网络中的共识。在这一机制下，验证者需质押32 ETH以成为网络参与者，系统根据质押量和活跃度等因素随机选择验证者提议区块，其他验证者通过投票确认区块的合法性，从而获得质押奖励或遭受惩罚（如恶意行为导致的Slashing）。
在区块生成的流程中，执行层客户端负责“生产”区块（包含交易列表和状态变化），而共识层则负责“审核”并“确认”这些区块，通过共识规则选择最长有效链，从而保障全网的同步性。
交互机制详解
执行层与共识层之间通过标准化接口进行协作，确保网络的正常运转。其核心交互机制可分为三个层面：
- 接口协议：引擎API（Engine API）
引擎API是连接执行层与共识层的标准化通信接口，定义了两者之间数据交换的规则。执行层可通过这一接口向共识层提交区块数据，而共识层则向执行层反馈验证结果。 - 生命周期流程
用户交易的完整流程包括：用户向执行层提交交易 → 执行层客户端验证交易并打包成区块 → 执行层通过引擎API将该区块提交给共识层 → 共识层的验证者对区块进行有效性验证 → 验证者通过PoS投票达成共识 → 共识层确认区块并更新链头信息 → 执行层同步最新链头，更新本地状态。 - 容错机制
为了应对可能出现的异常情况，执行层和共识层建立了严格的容错机制。当执行层生成区块无效时（如状态根计算错误），共识层会拒绝该区块，并处罚相关的验证者；同样，如共识层出现验证者离线问题，执行层会暂停区块提交，待共识层恢复后同步新状态。
最新发展趋势（2025年）
随着以太坊生态的不断发展，执行层与共识层的协作正朝着更高效、可扩展的方向演进。分片技术的整合成为一个重要的发展方向，计划将分片链与执行层结合，使不同执行层客户端能够处理不同分片的交易，从而提升整体的吞吐量。EIP-4844的升级将优化共识层的数据存储方式，降低验证者存储的压力，并提升验证效率。此外，轻节点和跨层数据可用性方案的推进，将进一步增强网络的去中心化程度，保障执行层与共识层数据的安全与可访问。
总结
通过执行层与共识层的解耦，以太坊实现了“计算”与“共识”的分离，保留了其原有的交易处理能力，通过PoS机制提升了平台的安全性与环保性。两者通过引擎API紧密协作，形成了“执行层生产区块—共识层验证确认—全网同步状态”的闭环，支撑着以太坊作为去中心化应用平台的核心功能。随着如分片、EIP-4844等新技术的落地，这一架构将被进一步优化，为以太坊的可扩展性和长期发展奠定坚实基础。
