翻譯：火火/白話區塊鏈

1、前言

區塊鏈的三角困境過去一直是業界難以逾越的鴻溝，而歷屆公鏈項目總是試圖通過不同架構的設計來跨越這一鴻溝，成為所謂的“以太坊殺手”。然而事實是殘酷的，這么多年以來，以太坊在一人之下的地位從未被超越，而區塊鏈的不可能三角依然牢不可破。那么公鏈有沒有辦法填補不可能三角的空白呢？這就是 Mustafa Albasan 模塊化區塊鏈想法的誕生。

2、模塊化的起源

模塊化區塊鏈的誕生源于兩篇白皮書，其中一篇由 Mustafa Albasan 和 Vitalik 于 2018 年共同撰寫，名為《數據可用性采樣和欺詐證明》。本文描述了如何在不犧牲安全性和去中心化的情況下解決區塊鏈可擴展性問題，方法是允許輕客戶端接收和驗證來自全節點的欺詐證據，并設計數據可用性證明系統，以減少鏈上容量與安全權衡。

然后在 2019 年，Mustafa Albasan 撰寫了 Lazy Ledger 的白皮書。詳細介紹了一種新的架構，其中區塊鏈僅用于排序和保證交易數據的可用性，而不負責交易的執行和驗證。該架構的目的是解決現有區塊鏈系統的可擴展性問題。當時，他稱其為“智能合約客戶端”。

智能合約通過另一個執行層 Celestia（第一個模塊化區塊鏈）在該客戶端上執行。然后 Rollup 的出現，使這個概念更加明確。因為Rollup的邏輯是在鏈下執行智能合約，然后將結果聚合成證明上傳到“客戶端”的執行層。

通過反思區塊鏈的架構和新的擴展技術，他定義了一種新的范式，他稱之為“模塊化區塊鏈”。

3、什么是模塊化區塊鏈？

傳統整體區塊鏈的架構通常由四個功能層組成：
（1）執行層——執行層主要負責處理交易和執行智能合約。它包括交易的驗證、執行和狀態更新。
（2）數據可用性層——模塊化區塊鏈中的數據可用性層負責確保網絡中的數據可以被訪問和驗證。它通常包括數據的存儲、傳輸和驗證等功能，以保證區塊鏈網絡的透明度和信任。
（3）共識層——負責節點之間的協議，以實現網絡中數據和交易的一致性。它通過特定的共識算法（例如工作證明（PoW）或權益證明（PoS））驗證交易并創建新塊。
（4）結算層——負責完成交易的最終結算，確保資產的轉移和記錄永久保存在區塊鏈上，決定區塊鏈的最終狀態。

單體區塊鏈使得這些組件的工作集成在同一個系統中來完成，這種高度集成的設計必然會導致一些固有的問題，比如可擴展性差、靈活性差、維護和更新困難等。

然而，Celestia 認為單體區塊鏈不再需要自己完成所有事情。Web3的未來演進將是“模塊化區塊鏈”，通過將區塊鏈模塊化并將其流程劃分為多個“專有層”，每個專有層處理特定的功能層，從而創建更好的系統，并且系統應該是獨立的、安全的且可擴展。

1）模塊化設計原則：

如果設計將系統分解為可以更換或替換的更小的部分，則該設計是模塊化的。核心思想是專注于只做好幾件事（部分或單個功能層工作），而不是嘗試做所有事情。Cosmos Zones、Polkadot 平行鏈都是我們過去熟悉的模塊化項目的例子。

2）新視角

基于模塊化的新視角，單體區塊鏈及其所屬的模塊化堆棧的重新設計空間將大大提高。具有不同特定用途和架構的模塊化區塊鏈都可以組合起來協同工作。憑借多種設計可能性，該電路還催生了許多有趣和創新的項目。接下來討論當前關于不同功能層的爭議以及Celestia如何從模塊化的角度解釋“模塊化”。

4、執行層以以太坊為中心

如果我們把 Rollup 看作模塊化的執行層，我們會發現模塊化執行層的項目幾乎都是建立在以太坊之上的。原因很明顯，以太坊擁有大量資源作為護城河，去中心化程度是最強的選擇，但其可擴展性較差，因此在功能層重新設計方面潛力巨大。從最近上線的Move系統語言公鏈（APT、SUI）的慘淡與以太坊上Layer2的空前熱潮對比，不難看出區塊鏈的基礎設施敘事也從做公鏈轉向了做以太坊Layer2。那么模塊化的存在是好是壞呢？以以太坊為中心的執行層是否會扼殺公鏈創新？

1）區塊鏈擴容圖

首先，從執行層的角度，對現有的鏈條進行重新分類。這里參考Nosleepjon的文章《Tatooine's Double Sun》來解釋目前區塊鏈的執行級別分類。


目前的區塊鏈可以分為四類：
（1）單線程整體區塊鏈：一次處理一筆交易的單一區塊鏈。由于限制，其中大多數已轉向 Rollup 或水平擴展路線圖。代表項目：以太坊、Polygon、幣安鏈、Avalanche
（2）并行處理整體區塊鏈：同時處理多個交易的整體區塊鏈。代表項目：Solana、Monad、Aptos、Sui
（3）單線程模塊化區塊鏈：一次處理一筆交易的模塊化區塊鏈。代表項目：Arbitrum、Optimism、zkSync、Starknet
（4）并行處理模塊化區塊鏈：同時處理多個交易的模塊化區塊鏈。代表項目：Eclipse、Fuel

2）單片并行處理架構與模塊化架構

關于采用哪種方法有很多討論，特別是在涉及模塊化與全局并行處理的概念時。另外還有三個陣營：

（1）模塊化陣營：模塊化擁護者（也大多是以太坊擁護者）認為，單塊區塊鏈不可能解決區塊鏈的不可能三角。在以太坊上堆疊樂高積木是在安全和去中心化的同時獲得可擴展性的唯一方法。并且模塊化具有更多的控制性和可定制性。
（2）單片并行處理陣營：這個陣營（引用《Monolithic vs. Modular：誰是區塊鏈的未來？》中的 Kodi 和 espresso 觀點）認為單片并行處理的新公鏈架構（Move 系統、Solona 等）已經集成度高，整體性能會比模塊化碎片化設計更好，而且模塊化架構并不安全，特別是需要大量的跨鏈通信，黑客的攻擊面更廣。
（3）中立陣營：當然也有人持中立態度，認為兩者最終可以共存。例如，Nosleepjon認為最終的博弈是雙方各有千秋，公鏈競爭依然存在，Rollup也會相互競爭。

3）結束游戲

這個問題的焦點實際上可以歸結為模塊化的摩擦缺點（跨鏈不安全、系統流程差等）是否超過了新公鏈的中心化問題。從市場爭論來看，無論是Rollup中心化隔離器的缺點，還是跨鏈橋的不安全性，都沒有導致人們轉向新的公鏈。那是因為所有這些問題似乎都有改進的空間，而新的公鏈無法復制以太坊鏈的龐大生態護城河和去中心化優勢。

另一方面，新公鏈雖然在架構上具有性能和集成性優勢，但生態上是以太坊生態的簡單分叉，同質化程度太高，缺乏流動性。沒有一個專屬應用能夠體現出自身的架構優勢，自然也沒有理由讓人們不得不放棄以太坊生態。

Rollup 的可塑性足夠高，未來新架構的 Rollup 改進還有很大的空間。當 Rollup 也具備非 EVM 鏈的大部分優點時，未來很難再出現“Solana Summer”。所以在這種情況下，我認為模塊化的摩擦劣勢小于公鏈中心化的問題。而中立的情況似乎并不存在，以太坊的虹吸效應將像“iPhone”一樣，吸引大量注重擴展性的開發者到第二層，新的公鏈將成為一座鬼城。

那么關于基礎設施的未來，我無疑更傾向于模塊化，以太坊的分類擴展也將是公鏈博弈EndGame的開始，通用鏈之間的Layer2競爭，超級應用鏈之間的Layer3競爭。

目前一級市場融資的項目也印證了這一點。除了大量的以太坊二層項目，也就是比特幣的擴容項目之外，幾乎沒有新的公鏈。

但話又說回來，這個行業始終是建立在以太坊上發展的，而目前的趨勢是有點口味過于集中，這樣的現狀真的好嗎？缺乏競爭可能會阻礙一個行業的發展。這個行業需要多樣性和更多的選擇。如果用戶體驗逐漸趨于同質化，新的公鏈將如何創造出破局的苗頭，目前還沒有看到。當以太坊不斷完善自身缺陷的同時，如何找到更大的差距來做精準打擊非EVM系統需要重點關注的問題。

5、DA計劃的舞臺

從執行層爭議轉向數據可用性層（DA 層）爭議，最近關于 Rollup 應該采用哪種數據可用性方案的爭論成為業界的熱門話題，這是由以太坊基金會研究員 Dankrad Feist 的一條推文討論相關問題引發的，并且在他看來沒有以太坊DA的rollup不是Layer2，過去的Layer1戰爭會演變成正統（有以太坊DA）Layer2和非正統Layer2之間的戰爭嗎？那么目前業界對于DA的解決方案主要有三種：

1）公鏈作為結算層

以以太坊為例，在 Rollup 中進行交易時提交給以太坊的費用主要包括以下幾類：
（1）執行費用：執行交易平臺需的計算資源的補償。它包括執行交易平臺需的汽油費，通常與交易的復雜性和執行時間成正比。在 Rollup 中，執行費用可能包括鏈下執行交易的費用，以及生成和驗證交易證明的費用。
（2）狀態費：狀態費與更新以太坊主鏈上的狀態有關。在 Rollup 中，這包括向主鏈提交新狀態根的費用。每次 Rollup 聚合器生成新的狀態根并將其提交到主鏈時，都會產生狀態費用。該費用可能與狀態更新的頻率和復雜性成正比。
（3）數據可用性費用：將數據發布到 Layer1 的費用。

這些費用中，數據可用性費用占比最大，且成本較高，比如Arbitrum今年5月6日因以太坊GAS費用爆炸，單日向以太坊支付了376.8ETH GAS費用。


這是因為Rollup以Calldata上傳的形式將數據上傳到以太坊，并永久存儲這些數據，所以成本非常昂貴。但好處是，Rollup 的安全性和合法性是三種方案中最好的，而且該方案的成本降低了目前等待坎昆升級后的 EIP-4844 的更新。通過引入事務格式，用 Blob 承載 Transactions，讓交易格式比普通交易格式多一個Blob位來承載Layer2的數據。而且Blob數據在1個月后就會被節點刪除，從而大大節省了存儲空間。

Blob 的事務格式提供了比 Calldata 更便宜的數據可用性。主要原因有兩個：一方面，Callda存在于Execution Payload中，而Blob數據存儲在Prysm節點或Lighthouse節點（而不是Geth）中，當合約需要讀取Calldata時，會消耗更多的資源。另一方面，Blob數據是短期存儲，節點會在一個月后刪除Blob數據。但GAS成本仍會高于后兩種方案。

2）Validiums DA模式

對于應用鏈類型的 Rollup（比如以前的 dYdX、Immutable 等），通常是使用 header Rollup 項目引入的 Layer 2 可擴展性引擎（目前最常見的是 StarkEx，但是 Zk 系列 header 項目都有類似的）計劃）。在DA模式下，由于應用鏈計算量較大，他們更喜歡使用Validiums，這是一種低成本、高吞吐量的方案。Validium 旨在利用鏈下數據可用性和計算，類似于 ZK-rollup，通過發布零知識證明來驗證以太坊上的鏈下交易。然而，與 ZK-rollup 將數據保持在鏈上不同，Validiums 將數據保持在鏈外，并且成本比使用以太坊低 90%，使其成為替代場景中最具成本效益的解決方案。

但由于數據仍然在鏈外，Validium 的實體運營商可以凍結用戶的資金。為了防止出現極端情況，必須再次引入數據可用性委員會 (DAC) 計劃，DAC 必須通過其法定人數簽署每次狀態更新來確認已收到數據。這是一個有爭議的做法，因為你必須首先信任實體的安全性，而不是鏈。Dankrad Feist（上面 EIP-4844 的創建者）在推文中直接點名了這個方案。

3）模塊化DA

從模塊化的角度來看，重新設計DA層的方式有很多種，可能會導致不同項目的具體實現。因此，對模塊化DA項目的詳細描述需要大量篇幅，DA項目的描述以Celestia為代表。

Celestia
作為本文開頭模塊化區塊鏈概念的第一個提出者，Celestia 是該領域最知名、最早的項目。其愿景旨在解決區塊鏈可擴展性和模塊化的問題。Celestia基于COSMOS架構，為開發人員提供了更大的靈活性，使他們能夠更輕松地部署和維護區塊鏈應用程序。同時，它通過為 dApp 創建者和區塊鏈開發人員提供模塊化、可擴展的區塊鏈架構來支持各種應用程序和服務的需求，從而降低部署區塊鏈的成本和復雜性。

它的工作原理和架構

解耦執行：Celestia 的邏輯是將協議分為不同的層，每個層專注于特定的功能，然后可以重新組合以構建區塊鏈和應用程序。Celestia 則專注于層次結構中的共識層和數據可用性層。與某些 Layer1 類似，Celestia 使用 Tendermint（一種拜占庭容錯 (BFT) 共識算法）對交易進行排序，但與其他 Layer1 不同。Celestia 不推理交易的有效性，也不執行交易，只是將交易打包排序、廣播，所有交易有效性規則均由客戶端的 Rollup 節點強制執行（即解耦共識層和執行層）。然后注意一個關鍵點，“不要推理交易有效性”。隱藏交易數據的惡意區塊也可以發布到 Celestia。那么驗證過程應該如何實施呢？Celestia 在這里引入了兩個核心，2D Reed-Solomon 編碼和數據可用性采樣（DAS）。

整體區塊鏈的整體架構與 Celestia 的模塊化架構形成鮮明對比

DAS：該方案用于輕節點以不需要節點下載整個區塊的方式來驗證區塊數據的可用性。只需要塊的一部分來對數據進行采樣（具體實現需要2D Reed-Solomon編碼，下面會詳細解釋）。與上面提到的 Dac 不同，DAS 不需要信任實體的安全性，只需要鏈足夠去中心化，數據就可以被信任。

二維Reed-Solomon編碼（糾刪碼）：二維Reed-Solomon編碼的基本思想是分別對行和列應用Reed-Solomon編碼。這樣，即使2D數據的某些行和列發生錯誤，也可以進行糾正。然后，通過對塊數據進行編碼，將塊數據分割成k個塊，排列成一個k×k的矩陣，并通過多次Reed-Solomon編碼將其擴展為一個2k×2k的擴展矩陣。計算擴展矩陣的行和列的4k個獨立Merkle根；這些根的Merkle根用作塊數據在塊中的承諾。Celestia輕節點采樣2k×2k的數據塊。每個輕節點隨機選擇擴展矩陣中的一組唯一坐標，并向完整節點查詢有關這些坐標和相應Merkle證明的數據塊。接收到帶有正確Merkle證明的數據塊將向網絡廣播。

如果抽象的話，也可以說是將塊數據劃分為方陣（例如8x8），通過編碼，在原始數據上添加額外的“校驗”行和列，形成更大的方陣（16x16） ）。通過對這個大方格內的部分數據進行隨機采樣并驗證其準確性，就可以保證整體數據的完整性和可用性。即使部分數據丟失或損壞，仍然可以使用校驗和數據恢復整條數據。

塊縮放： Celestia 隨著輕節點數量的增加而縮放。只要網絡上有足夠的節點來對整個區塊進行采樣，Celestia 就保持安全。這意味著隨著更多節點加入網絡進行采樣，區塊大小可以相應增加，而不會犧牲安全性或去中心化。在傳統的整體區塊鏈上這樣做會犧牲去中心化，因為較大的塊大小會增加節點下載和驗證數據的硬件要求。

Sovereign Rollup（主權匯總）：這也是 Celestia 首創的概念，結合了各種區塊鏈設計的元素，包括第 1 層區塊鏈、rollup 和 Mastercoin 等早期比特幣網絡。Sovereign rollup 和智能合約 rollup（op、arb、zks 等）之間的主要區別在于交易的驗證方式。在智能合約匯總中，交易由以太坊上的智能合約驗證。相反，在主權匯總中，匯總的節點本身驗證交易。

主權匯總將其交易發布到另一個區塊鏈（例如 Celestia）以進行排序和數據可用性。然后，主權 Rollups 的節點確定正確的鏈。這種設計允許主權匯總從數據可用性 (DA) 層繼承多個安全方面，包括活動、安全性、重組阻力和審查阻力。

對于智能合約rollup來說，升級依賴于結算層的智能合約。升級 rollup 需要更改智能合約。可能需要多個簽名來控制誰可以啟動智能合約的更新。雖然團隊控制升級多重簽名的情況很常見，但通過治理來控制多重簽名是可能的。由于智能合約存在于結算層，因此也受到結算層社會共識的約束。

Sovereign rollup 通過像 Layer 1 區塊鏈這樣的分叉進行升級。新軟件版本發布，節點可以選擇將其軟件更新到最新版本。如果節點不同意升級，可以繼續使用舊軟件。提供選項可以讓社區（運行節點的人員）決定是否同意新的更改。即使大多數節點升級，也不能強迫它們接受升級。與智能合約 Rollup 相比，此功能使主權 Rollup 成為“主權”Rollup。

量子引力橋（QGB）： Celestia 生態系統的關鍵組成部分，充當 Celestia 和以太坊（或其他 EVM L1 鏈）之間的橋梁，實現兩個網絡之間的數據和資產傳輸。通過引入 Celestium（EVM L2 rollup）的概念，使用 Celestia 來實現數據可用性，但選擇以太坊。這實現了利用兩個網絡的優勢：Celestia 的可擴展性和數據可用性，以及以太坊的安全性和去中心化。Celestia 上的驗證器可以運行 QGB，使 Celestium 能夠為區塊數據提供強大的數據可用性保證，而成本僅為以太坊 calldata 的一小部分。

QGB 是 Celestia 可擴展、安全和去中心化區塊鏈生態系統愿景的關鍵部分。它實現了區塊鏈技術未來所需的互操作性。該項目目前正在研究 Zk QGB，以進一步降低驗證的 Gas 成本。

6、DA經濟學

我們來說說DA未來有多大的經濟價值。

這一假設是由 delphi 的研究員 Jon Charbonneau 做出的，并基于 Polygon Hermez 的預測，即他們最終在 Danksharding 中每筆交易只需要 14 個字節。同樣是上述 EIP-4844）規格，在 1.3 MB/s 的情況下，Laeyr2 可以達到 10 萬TPS 左右，那么預計收入將達到 300 億美元的驚人數字。

如此巨大的蛋糕下，未來DA市場的紛爭將會非常激烈。除了三大解決方案之外，Stark 的 Layer3、zkPorter 和幾個模塊化 DA 項目也將加入競爭。所以從現有的Layer2項目來看，通用鏈完全傾向于使用以太坊DA。而應用鏈和長尾鏈將是“非正統DA”的主要客戶。我個人的看法是，模塊化DA以及很快的Layer3將是未來的主流選擇。

7、結語

向去中心化邁進依然是行業主流理念，而模塊化區塊鏈本質上是以太坊價值的延伸，也是打破區塊鏈不可能三角的嘗試，雖然設計充滿多樣性，但也使得施工比較復雜。而模塊化建設由于模塊有多種選擇，不同模塊存在盲盒的風險，如何構建更加穩定的模塊化系統是需要關注的地方。另一方面，在模塊化趨勢的推動下，數十個Layer2也將再次削減流動性，跨鏈通信和安全也將是未來的重點。比特幣的模塊化也是最近的熱門方向，有一些稍微可行的方案，也可以適當關注。

本文鏈接：http://www.zhucexiangganggs.com/kp/du/10/4739.html

來源：https://medium.com/ybbcapital/modular-blockchain-a-new-persp