在 Layer2 解決方案逐漸成為大眾採用規範的世界中,模組化區塊鏈透過將執行、結算、共識和資料可用性層劃分來變革區塊鏈的架構。
(前情提要:Layer2模組化戰爭:OP Stack vs. ZK Stack,誰能贏? )
(背景補充:Matter Labs再釋出ZK Stack,模組化野心鎖定「L2+L3」 )
模組化區塊鏈是專注於處理少數職責並將其餘部分外包給一個或多個獨立層的區塊鏈。模組化區塊鏈可以用於處理以下單個任務或組合任務:
- 執行:支援交易的執行並實現與智慧合約的部署和互動。
- 資料可用性:保證交易資料的可用性。
- 共識:准許交易的內容和順序。
- 結算:用於完成交易、解決爭議、驗證證明以及在不同執行層之間進行橋接。
模組化鏈通常執行兩個或多個相互依存的功能。例如,資料可用性層必須就資料排序達成共識,否則不可能知道哪些資料代表了歷史記錄的正確版本。
模組化區塊鏈設計的優點
- 可擴容性: 在區塊鏈中使用模組化可以增加規模,而不會引入有害的信任假設。
- 便於啟動新區塊鏈: 通過利用模組化設計,新的區塊鏈可以更快地被啟動,同時也不必擔心架構的每個方面都要保持正確。
- 靈活性: 專門構建的模組化鏈為權衡和設計實現提供了更多的選擇。例如,模組化區塊鏈系統可能包括關注安全性和資料可用性的模組化鏈,而其他的則關注執行。
模組化區塊鏈設計的缺點
- 安全性: 與單片鏈不同,模組化區塊鏈不能保證其自身的安全品質。如果用於處理共識和資料可用性的安全層無效,則模組化區塊鏈將面臨失敗風險。
- 複雜性: 實施模組化區塊鏈設計引入了新的複雜性。例如,以太坊的資料分片計劃依賴於資料可用性取樣,以確保某一條分片上的節點不隱瞞資料。同樣的,執行層必須建立某些複雜的機制,例如欺詐證明和有效性證明,以使安全層可以保證鏈下狀態過渡的有效性。
- Token 價值: 由於應用程式有限,一些模組化區塊鏈的原生 token 可能無法吸收價值。例如,與執行層相比,僅專注於共識和資料可用性層的實用程式 token 用途很少,因此要吸引參與者進入此類網路也可能更加困難。
以太坊的模組化形式:分片和 rollup
像比特幣等第一代區塊鏈一樣,以太坊最初也被設計為單片區塊鏈。但是,為了增強網路效能、提高可擴容性和可持續性,以太坊網路目前正在向模組化框架過渡。
分片是將系統(例如資料庫)分成多個部分來執行的過程。通過跨多個元件的功能分配,系統可實現更多的輸出和效率。在區塊鏈網路中,分片將區塊鏈分成多條子鏈,由子鏈來處理不同部分的網路活動。
在以太坊的分片設計中, 64 條分片鏈將平行執行。分片可以平行處理交易(執行分片),也可以用於儲存不同部分的區塊鏈資料(資料分片)。 使用資料分片,以太坊節點將只儲存在其分片鏈上釋出的資料 — — 這與當前結構相反,當前結構需要所有節點儲存相同的資料。
延伸閱讀:V神專文》細解以太坊上的分片技術,從不可能三角困境出發
分片是一種模組化形式,由不同的元件(分片鏈)處理不同的職責。在資料分片中,分片鏈儲存以太坊資料的不同部分,而執行分片使每條分片鏈都可以處理自身的一組交易,從而增加了資料吞吐量並減少了處理時間。
一些開發人員採用了以 rollup 為中心的方法來擴充套件以太坊。與純鏈下擴容解決方案(例如側鏈)不同,rollup 與主鏈緊密結合。在保留結算、共識和資料可用性的前提下,以太坊區塊鏈將計算外包給 rollup。由於以太坊充當 L2 rollup 的基礎層,rollup 可以在不損害去中心化或安全性的同時通過更快的區塊時間和更大的區塊去積極地優化執行。
以太坊的模組化技術堆疊發展程式
以太坊的模組化技術堆疊發展程式如下:
- 單片區塊鏈:代表著以太坊 L1 或主鏈,本身是一個單片區塊鏈。
- Rollup:充當執行層的 L2 解決方案,例如 Arbitrum 和 Optimism ,將執行層從以太坊 L1 移出,釋出 state roots 和 rollup 資料並傳回給以太坊 L1。
- 模組化 rollup:具有模組化資料可用性的 rollup。
以太坊的模組化 L2 技術堆疊可以在保留高水平的安全性和去中心化的同時提供可擴容性。 這種強大的組合為以太坊為更高效、更可持續的區塊鏈生態系統奠定基礎。
單片區塊鏈
單片區塊鏈是以太坊的原始執行形式,無需使用 rollup 或資料分片即可處理所有內容。這種單片架構安全性最高,但需要付出高成本和可擴容性有限的代價。因此,以太坊主網的交易速度相對較慢,平均 TPS 只能達到 15 – 20 。目前,以太坊正逐漸轉變為模組化區塊鏈,主要通過採用以 rollup 為中心的計算和資料分片策略來完成這一過程。
Rollup
Rollup 是模組化區塊鏈中最早的技術突破,它提供了一個用於執行的單獨層,擴展了以太坊的單片體系結構。Rollup 可以將區塊鏈的執行層安全地抽象到排序器,即在定期將壓縮資料傳回以太坊主網進行驗證之前使用強大的電腦來打包和執行多個交易。Rollup 通過將此計算過程轉移到以太坊鏈下,可以使 TPS 提高 20 – 50 倍。
延伸閱讀:投資機構眼中的 Layer2》IOSG創辦人Jocy:我對 L2 現況的思考
在當前的情況下,rollup 扮演著執行層的角色,處理交易,同時外包結算、共識和資料可用性。例如,利用 Optimistic 虛擬機器的 optimistic rollup 以及執行 zk EVM 的 ZK rollup。這些 rollup 執行智慧合約和處理交易,但仍然依靠以太坊來進行以下操作:
- 結算:所有 rollup 交易均在以太坊上完成。Optimistic rollup 的使用者需等到挑戰期通過,或者在防欺詐計算後認定交易被視為有效之後。zk rollup 使用者需等到驗證有效性得到證明之後。
- 共識和資料可用性:rollup 以 CallData 的形式將交易資料釋出到以太坊主網,使任何人都可以執行 rollup 交易並在需要時重建其狀態。在最終確定性(finality)之前,Optimistic rollup 需要大量的區塊空間和 7 – 14 天的挑戰期。Zk rollup 將可用於驗證的資料儲存 30 天,提供即時最終確定性,但需要大量的處理能力來建立證明。
由於有以太坊作為 rollup 的基礎層,rollup 可以在不損害去中心化或安全性的同時允許更快的區塊時間和更大的區塊。Rollup 可以說是以太坊新時代的開始。近期 Arbitrum 和 Optimism 的總交易已經超過以太坊的交易數,這反應了以太坊的模組化趨勢。
模組化 rollup
較新的模組化 rollup 將資料可用性層移出以太坊。例如 Mantle ,它仍然依靠以太坊的結算和共識,但是利用 Mantle DA 作為資料可用性層。Mantle DA 進行資料排序並提供資料證明,但無需執行交易;執行交易被有效地外包給 Mantle 的執行層。
延伸閱讀:解析 BitDAO Mantle:如何從眾多L2公鏈中脫穎而出?
此前,以太坊是 rollup 的唯一資料可用性解決方案,導致其在成本方面面臨挑戰。資料可用性是大多數 rollup 的最大成本來源,特別是儲存以太坊上的交易資料,可佔到多達 70 %的費用。而且,這一成本是變化的,並且成本與使用率成比例地增加,隨著越來越多使用者加入,逐漸構成了重大障礙。到目前為止,只有具備大量資源的大型 rollup 才能容納規模較大的使用者群。
值得慶幸的是,以太坊正在發生變化,並且以資料可用性層的形式出現了新的模組化解決方案,以減少交易資料提交成本。資料可用性層的主要範例包括 EigenDA, Celestia 以及 Avail ,它們都致力於解決資料可用性問題,對 rollup 的侷限性提供了潛在的解決方案。
模組化的未來
在過去的十餘年裡,區塊鏈領域在應對可擴充套件性挑戰時經常陷入一個怪圈 — — 由於以太坊的高成本和侷限性,不斷去建立新的 L1 區塊鏈。但是,以太坊的高費用其實並不是不可解決的 bug。
在 L2 解決方案逐漸成為大眾採用規範的世界中,模組化區塊鏈通過將執行、結算、共識和資料可用性層劃分來變革區塊鏈的架構。當單片區塊鏈受困於可擴容性之時,模組化體系結構的潛力將得到釋放。
隨著資料可用性層發展和競爭,對於新的 rollup 而言,進入門檻和障礙將大大降低。在不遠的未來,由於資料可用性成本的降低和模組化功能的進一步完善,在 OP 或 ZK 堆疊上的應用程式很可能會出現繁榮景象。
相關報導
一山高過一山的比特幣Layer2:攻克不可能三角
Layer2上的「強制提款」與「逃生功能」到底有多重要?
Layer2選手擠滿賽道,他們真為以太坊擴容了嗎?
