Модульный блокчейн: решения с возможностью подключения для прорыва производительности

Монолитный Блокчейн известен своей полнотой, независимо обрабатывая все аспекты сети, от хранения данных до верификации транзакций и т. д. Модульный блокчейн, разделяя различные функции блокчейна на независимые модули, может предоставить поддержку производительности и плавный пользовательский опыт в определенных функциях, в определенной степени решая проблему "невозможного треугольника".

Эфириум, как первая Блокчейн платформа, поддерживающая смарт-контракты, создал плодородную почву для модульного дизайна. С развитием технологий Блокчейн экосистема Биткойна также начала исследовать возможности модульности, добавляя новые модули для реализации более продвинутых функций, таких как улучшенная защита конфиденциальности, более эффективная обработка транзакций или расширенные функции смарт-контрактов.

Модульная технология представляет собой более "одухотворённый" подход к продуктам с возможностью подключения, в будущем появятся более гибкие и настраиваемые Блокчейн-решения, различные услуги и функции можно будет легко вставлять и извлекать, как строительные блоки Лего. Эта гибкость позволяет разработчикам быстро создавать и развертывать Блокчейн-решения в зависимости от требований конкретных сценариев применения.

Модульный блокчейн解析

Когда мы обсуждаем модульный блокчейн, необходимо сначала понять концепцию монолитного блокчейна. Монолитные цепи, такие как Биткойн и Эфириум, известны своей универсальностью, независимо выполняя все аспекты сети, от хранения данных до верификации транзакций и выполнения смарт-контрактов. В этом процессе монолитная цепь играет многогранную роль, охватывая все этапы.

На примере Эфириума, зрелый монолитный Блокчейн обычно можно условно разделить на четыре архитектуры:

• Исполнительный слой
• Уровень расчетов
• Уровень доступности данных / DA уровень
• Уровень консенсуса

Через эту аналогию мы можем более четко понять, как различные архитектуры Блокчейн работают совместно. Монолитный Блокчейн — это выполнение всех функций на одной цепочке, в то время как Модульный Блокчейн — это новая архитектура Блокчейн, которая разбивает систему Блокчейн на несколько специализированных компонентов или уровней, каждый из которых отвечает за выполнение определенных задач, таких как согласование, доступность данных, выполнение и расчет.

Модульный блокчейн похож на группу экспертов, сосредоточенных на глубоком освоении и технологических инновациях в своих областях. Этот фокус позволяет модульному блокчейну обеспечивать выдающуюся производительность и пользовательский опыт в определенных функциях, например, они могут предоставлять более высокую скорость обработки транзакций по более низкой стоимости.

В отношении архитектуры узлов, монолитная цепочка зависит от полных узлов, которые должны загружать и обрабатывать полные копии данных Блокчейна. Это не только предъявляет высокие требования к ресурсам хранения и вычисления, но и ограничивает скорость масштабирования сети. В отличие от этого, Модульный блокчейн использует конструкцию легких узлов, которые обрабатывают только информацию заголовка блока, что значительно повышает скорость транзакций и эффективность сети.

Одним из значительных преимуществ модульного блокчейна является его гибкость и совместимость. Они могут передавать неосновные функции другим специалистам, создавая синергетический эффект, что приводит к значительному улучшению общей производительности. Эта философия дизайна похожа на конструктор Lego, позволяя разработчикам свободно комбинировать различные модули в зависимости от потребностей проекта, создавая разнообразные решения.

Несмотря на то, что монолитные блоки имеют преимущества в глобальном контроле, безопасности и стабильности, они также сталкиваются с проблемами масштабируемости, трудностями обновления и адаптации к новым требованиям. Модульный блокчейн выделяется своей высокой гибкостью и настраиваемостью, упрощая процесс создания и оптимизации новых блокчейнов.

Однако модульный блокчейн также сталкивается с его собственными вызовами. Его сложная архитектура увеличивает объем работы разработчиков в области проектирования, разработки и обслуживания. Как новая технология, модульный блокчейн еще не прошел полные тесты безопасности и испытания на колебания рынка, его долгосрочная стабильность и безопасность все еще требуют дальнейшей проверки.

Преимущества модульного блокчейна

Почему модульная блокчейн-технология привлекает широкое внимание и предсказывается как "будущее направление"? Это тесно связано с известной в области блокчейна теорией "невозможного треугольника".

"Невозможный треугольник" блокчейна относится к тому, что блокчейн-сеть трудно одновременно достигнуть оптимального состояния по трем основным свойствам: безопасности, децентрализованности и масштабируемости.

• Масштабируемость касается способности сети обрабатывать большое количество транзакций и поддерживать эффективную и низкозатратную работу при росте числа пользователей и объема транзакций. Обычно это измеряется с помощью TPS (число транзакций в секунду) и задержки (время, необходимое для подтверждения транзакции).
• Безопасность касается стоимости и сложности защиты сети Блокчейн от атак. Например, механизм POW биткойна требует, чтобы злоумышленник контролировал более 51% вычислительной мощности сети, в то время как механизм POS эфира требует, чтобы более ⅓ узлов сговаривались.
• Децентрализованность описывает работу сети, которая не зависит от единого центрального узла, а распределена среди множества узлов; чем больше узлов и шире географическое распространение, тем выше степень децентрализации сети.

Ключевая идея "невозможного треугольника" заключается в том, что блокчейн-системе сложно оптимизировать все три характеристики. Например, среди множества публичных цепей, Биткойн и Эфириум выделяются благодаря широкому распределению узлов и достаточному количеству узлов, что позволяет им демонстрировать выдающиеся результаты в области децентрализации и безопасности.

Однако они жертвуют определенной масштабируемостью, что приводит к медленной скорости транзакций и высоким транзакционным расходам: время создания блока биткойна составляет около 10 минут, а TPS эфириума примерно 13; при резком увеличении объема транзакций, транзакционные расходы эфириума могут достигать сотен долларов.

В таких условиях появилась модульная блокчейн-технология, которая решает проблемы масштабируемости и транзакционных издержек традиционных публичных блокчейнов, распределяя различные функции по специализированным модулям. Например, сеть Lightning Bitcoin и технология Rollup Ethereum являются проявлением модульного подхода.

Преимущества модульного блокчейна заключаются в его многослойной архитектуре, которая позволяет оптимизировать каждый слой для конкретных потребностей. Уровень данных может сосредоточиться на хранении и проверке данных, в то время как уровень исполнения может обрабатывать логику смарт-контрактов. Эта разделенность не только повышает производительность и эффективность, но также способствует взаимной совместимости между различными блокчейнами, создавая основу для построения открытой и взаимосвязанной экосистемы.

Таким образом, модульная блокчейн-технология предоставляет новый способ решения ограничений традиционных публичных цепей. Она обеспечивает более высокую масштабируемость и более низкие транзакционные расходы при сохранении децентрализации и безопасности, что имеет глубокое значение для широкого применения блокчейн-технологий и их долгосрочного развития.

Анализ модульного блокчейна

Модульный блокчейн в зависимости от его архитектурных особенностей можно разделить на разные типы. Среди этих типов уровень доступности данных и уровень согласия из-за их тесной взаимозависимости часто проектируются как единое целое. Это связано с тем, что когда узлы получают данные о транзакциях, они обычно также определяют порядок транзакций, что является основой безопасности и неизменности блокчейна.

Исходя из этих принципов проектирования, мы можем рассмотреть различные проекты модульного блокчейна с трех сторон: уровень исполнения, уровень доступности данных и уровень консенсуса, уровень расчетов.

Исполнительный уровень: Уровень 2

Технология Layer 2, являясь продолжением уровня исполнения в архитектуре Блокчейн, является одной из реализаций концепции Модульный блокчейн. Она стремится повысить масштабируемость главной цепи, создавая сети, системы или технологии вне цепи, построенные на основе нижележащего Блокчейн.

Решения уровня 2 позволяют более быстрое и экономически эффективное обработку транзакций, сохраняя при этом безопасность и децентрализованные характеристики базового блокчейна. Согласно панели управления dune, созданной @0xning, можно увидеть, что доля газа, потребляемого для верификации и клиринга на уровне 2 в экосистеме Ethereum, в среднем составляет менее 10%, что значительно снижает затраты пользователей на транзакции.

Технология Rollup является на данный момент самым распространенным решением для Layer 2, её основная идея заключается в "выполнении вне цепи и проверке на цепи", при этом вычисления и другие работы выполняются вне цепи, а затем данные calldata загружаются обратно в основную сеть.

Внецепочной исполнения

В модели Rollup транзакции выполняются вне цепи, а основная Блокчейн отвечает только за проверку доказательств транзакций в смарт-контракте и хранение оригинальных данных транзакции. Этот дизайн значительно уменьшает вычислительную нагрузку на основную цепь и снижает требования к хранению, что позволяет более эффективно обрабатывать транзакции.

Чтобы进一步 снизить затраты, Rollup использует технологию упаковки транзакций. Это можно сравнить с контейнеризацией грузов в логистике, так как отправка каждого отдельного груза приводит к высоким транспортным расходам. Технология Rollup, упаковав несколько транзакций вместе, требует лишь одной "перевозки", что значительно снижает стоимость каждой транзакции.

Онлайн-верификация

Онлайн-подтверждение является ключом к безопасности сетей второго уровня. Сети второго уровня должны предоставлять криптографическое доказательство для разрешения потенциальных разногласий на базовом Блокчейн. В настоящее время двумя основными механизмами доказательства являются доказательство ошибки и доказательство действительности, которые соответственно поддерживают Optimistic Rollups и ZK Rollups.

Ошибка доказательства оптимистичных роллапов

Оптимистичные Роллапсы используют оптимистичное предположение, что все транзакции по умолчанию действительны, если нет явных доказательств наличия ошибки. Эта модель зависит от доказательства ошибок (доказательства мошенничества) в течение периода оспаривания, любой участник сети может представить доказательства, чтобы оспорить состояние смарт-контракта, что обеспечивает справедливость и прозрачность сети.

Согласно данным L2BEAT, в настоящее время существует 16 Layer 2, использующих механизм Optimistic Rollups, таких как: определенная торговая платформа, определенная платформа, Base, Blast и так далее.

Доказательство эффективности ZK Rollups

В отличие от Optimistic Rollups, ZK Rollups используют более осторожный подход, требуя, чтобы все транзакции проходили проверку на действительность перед их принятием. Этот механизм доказательства подобен процессу верификации, который обеспечивает точность каждой транзакции и вычисления в сети второго уровня.

Короче говоря, доказательство действительности является фундаментом ZK-Rollups, требуя, чтобы каждая партия транзакций сопровождалась соответствующим доказательством, что обеспечивает возможность проверки и утверждения изменений состояния смарт-контрактов на базовом Блокчейн. Для узлов-валидаторов ZK Rollups предоставляет механизм расчетов без ошибок, поскольку каждая транзакция должна пройти строгую проверку действительности.

Согласно данным L2BEAT, в настоящее время существует 11 Layer 2, использующих механизм ZK Rollups, таких как: Linea, Starknet, некоторые DEX и так далее.

Уровень доступности данных

Селестия

Celestia как пионер в области модульного блокчейна по своей сути является слоем доступности данных, который предоставляет прочную основу для разработки dApps и Rollup. Развертывая на слое доступности данных и слое консенсуса Celestia, разработчики приложений могут сосредоточиться на оптимизации логики выполнения, оставляя сложности доступности данных и механизма консенсуса на усмотрение Celestia.

Архитектурный дизайн Celestia предлагает разнообразные решения для модульного расширения, и его структура в основном включает три типа:

• Суверенный Rollup: Celestia предоставляет уровень доступности данных и уровень консенсуса, в то время как уровень расчета и уровень исполнения реализуются независимыми суверенными цепями.
• Расчетный Rollup (например, проект Cevmos): на основе DA и уровня консенсуса, предоставляемых Celestia, Cevmos предлагает услуги расчетного уровня, в то время как цепочка приложений выполняет роль уровня исполнения.
• Celestium: Уровень доступности данных обеспечивается Celestia, уровень консенсуса и уровень расчетов основываются на мощной сети Ethereum, в то время как цепочка приложений продолжает сосредотачиваться на уровне исполнения.

![Глубокий анализ модульности: встраиваемый