模塊化技術:解鎖區塊鏈性能瓶頸的關鍵

單體區塊鏈以全面性著稱，獨立承擔網路的各個層面,從數據存儲到交易驗證等。而模塊化區塊鏈通過將區塊鏈的不同功能分離成獨立模塊,可以在特定功能上提供性能支持和流暢的用戶體驗,在一定程度上解決了"不可能三角"問題。

以太坊作爲第一個支持智能合約的區塊鏈平台,爲模塊化設計提供了肥沃的土壤。隨着區塊鏈技術的發展,比特幣生態也開始探索模塊化的可能性,通過添加新的模塊來實現更高級的功能,例如改進的隱私保護、更高效的交易處理或增強的智能合約功能。

模塊化技術代表了一種更加"靈活化"的可插拔產品思路,未來會出現更加靈活和可定制的區塊鏈解決方案,各種服務和功能可以像樂高積木一樣輕鬆地插入和拔出。這種靈活性使得開發者能夠根據特定應用場景的需求,快速構建和部署區塊鏈解決方案。

單體區塊鏈與模塊化區塊鏈

當我們探討模塊化區塊鏈時,必須先了解單體區塊鏈這一概念。單體鏈,如比特幣、以太坖等,以其全面性而著稱,獨立承擔着網路的各個層面,從數據存儲到交易驗證,再到智能合約執行。在這一過程中,單體鏈扮演着一個多面手的角色,對所有環節都有所涉獵。

以以太坊爲例來說,一條成熟的單體區塊鏈一般可以被大致分爲四個架構:

• 執行層
• 結算層
• 數據可用性層
• 共識層

單體區塊鏈就是將所有的功能集中在同一條鏈上執行,而模塊化區塊鏈則是一種新型的區塊鏈架構,將區塊鏈系統分解爲多個專門的組件或層次,每個組件負責處理特定的任務,如共識、數據可用性、執行和結算。

模塊化區塊鏈像一羣專家,專注於各自領域的深度挖掘和技術創新。這種專注使得模塊化區塊鏈在特定功能上能夠提供卓越的性能和用戶體驗,例如,它們能夠以更低的成本提供更快的交易處理速度。

在節點架構方面,單體鏈依賴於全節點,這些節點必須下載和處理整個區塊鏈的數據副本。這不僅對存儲和計算資源提出了較高要求,也限制了網路的擴展速度。相比之下,模塊化區塊鏈採用輕節點設計,僅需處理區塊頭信息,從而顯著提高了交易速度和網路效率。

模塊化區塊鏈的一個顯著優勢在於其靈活性和協作性。它們能夠將非核心功能外包給其他專家,形成一種協同效應,實現整體性能的顯著提升。這種設計哲學類似於樂高積木,允許開發者根據項目需求自由組合不同的模塊,創造出多樣化的解決方案。

盡管單體鏈在全局控制、安全性和穩定性方面具有優勢,它們也面臨着可擴展性、升級難度和適應新需求的挑戰。模塊化區塊鏈則以其高度的靈活性和可定制性脫穎而出,簡化了新區塊鏈的創建和優化過程。

然而,模塊化區塊鏈也面臨着其特有的挑戰。其復雜的架構增加了開發者在設計、開發和維護方面的工作量。作爲一種新興技術,模塊化區塊鏈尚未經歷全面的安全測試和市場波動的考驗,其長期穩定性和安全性仍需進一步驗證。

模塊化區塊鏈如何解決"不可能三角"

區塊鏈的"不可能三角"指的是一個區塊鏈網路難以在同一時間在安全性、去中心化性和可擴展性這三個核心屬性上都達到最優狀態。

• 可擴展性關注的是網路處理大量交易的能力,及其在用戶和交易量增長時保持高效、低成本運行的能力。通常通過TPS和延遲來衡量。

• 安全性涉及的是保護區塊鏈網路不受攻擊的成本和難度。例如,比特幣的POW機制要求攻擊者掌握超過全網51%的算力,而以太坊的POS機制則需要超過⅓的節點合謀。

• 去中心化性描述的是網路的運作不依賴單一中心節點,而是分布在衆多節點上,節點越多、地理分布越廣,網路的去中心化程度越高。

"不可能三角"的核心觀點在於,一個區塊鏈系統很難在這三個特性上都實現最優化。例如:在衆多公鏈中,比特幣和以太坊因其廣泛的節點分布和充足的節點數量,在去中心化和安全性方面表現突出。

然而,它們犧牲了一定的可拓展性,導致交易速度較慢和交易費用較高:比特幣的出塊時間約爲10分鍾,以太坊的TPS大約爲13,在交易量激增時,以太坊的交易費用可能高達數百美元。

正是在這樣的背景下,模塊化區塊鏈技術應運而生,它通過將不同的功能分配給專門的模塊,解決了傳統公鏈在可擴展性和交易成本方面的挑戰。例如,比特幣的閃電網絡和以太坊的Rollup技術,都是模塊化思想的體現。

模塊化區塊鏈的優勢在於其分層架構,允許每一層針對特定需求進行優化。數據層可以專注於數據存儲和驗證,而執行層可以處理智能合約邏輯。這種分離不僅提升了性能和效率,還促進了不同區塊鏈間的互操作性,爲構建開放和互聯的生態系統提供了基礎。

綜上所述,模塊化區塊鏈技術提供了一種解決傳統公鏈局限的新途徑。它在維持去中心化和安全性的基礎上,實現了更高的可擴展性和更低的交易成本,對區塊鏈技術的廣泛應用和長期發展具有深遠的意義。

模塊化區塊鏈的分類與代表項目

模塊化區塊鏈根據其架構特點,可以劃分爲不同的類型。在這些類型中,數據可用性層和共識層因其緊密的相互依賴性,常常被設計爲一個統一的整體。這是因爲,當節點接收到交易數據時,通常也同時確定了交易的順序,這是區塊鏈安全性和不可篡改性的核心。

基於這種設計原則,我們可以從執行層、數據可用性層和共識層、結算層三個方面來分別了解模塊化區塊鏈的不同項目。

執行層:Layer技術

Layer技術,作爲區塊鏈架構中執行層的延伸,是模塊化區塊鏈概念的一種體現。它通過構建在底層區塊鏈之上的鏈下網路、系統或技術,致力於提升主鏈的可擴展性。

Layer解決方案允許更快速、成本效益更高的交易處理,同時保持與底層區塊鏈的安全性和去中心化特性。根據數據顯示,在以太坊生態上Layer驗證和清算所消耗的gas佔比平均低於10%,大大節省了用戶的交易成本。

Rollup技術是目前Layer最主流的解決方案,其核心理念是"鏈下執行,鏈上驗證",在鏈下執行計算等工作,然後將calldata數據上傳回主網。

Rollup的主要特點包括:

• 鏈下執行:交易在鏈下執行,底層區塊鏈僅負責驗證智能合約中的交易證明,並存儲原始交易數據。
• 交易打包:將多筆交易打包在一起,減少"運輸"成本。
• 鏈上驗證:通過錯誤性證明(Optimistic Rollups)或有效性證明(ZK Rollups)來確保交易的正確性。

目前採用Optimistic Rollups機制的Layer有Arbitrum、OP、Base、Blast等16條,採用ZK Rollups機制的有Linea、Starknet、zkSync等11條。

數據可用性層和共識層

Celestia

Celestia作爲模塊化區塊鏈領域先驅,其本質是一個數據可用性層,爲dApps和Rollup的開發提供了堅實的基礎。Celestia的架構設計爲模塊化擴展提供了多樣化的解決方案,包括:

• 主權Rollup
• 結算Rollup(如Cevmos項目)
• Celestium

Celestia採用了多項創新性的技術,如糾刪碼和數據可用性抽樣(DAS),顯著降低了數據存儲的成本,並優化了存儲效率。

EigenDA

EigenDA是一個安全、高吞吐量和去中心化的數據可用性服務,是EigenLayer上啓動的第一個主動驗證服務(AVS)。EigenDA利用以太坊共識層的質押者作爲驗證者,避免了中心化服務商或自有代幣的信任風險,因此降低了其他項目方的開發門檻。

Avail

Avail是Polygon團隊推出的一個模塊化區塊鏈項目,其核心架構主要由Avail DA、Avail Nexus、Avail Fusion三部分構成。Avail DA爲各條區塊鏈提供DA服務,Avail Nexus提供跨鏈交互,Avail Fusion引入了多資產質押的POS共識。

結算層

Dymension

Dymension是一個基於Cosmos的模塊化區塊鏈平台,它通過內置的可擴展性匯總技術,爲RollApp的開發提供了一個簡潔的框架。Dymension的架構由兩個核心組成部分構成:RollApp和Dymension Hub。

RollApp是Rollup與App的融合體,是Dymension上專用於特定應用程序的高性能模塊化區塊鏈。Dymension Hub作爲整個生態系統的中心,承擔着共識層和結算層的功能。

Cevmos

Cevmos旨在爲EVM兼容的rollups提供結算層。作爲一個rollup,Cevmos上構建的所有rollup被統稱爲結算