模塊化區塊鏈:下一代Web3基礎設施的演進

模塊化區塊鏈作爲新一代區塊鏈基礎設施,正在推動Web3生態系統的進化。它通過重新定義區塊鏈的分層架構,將不同功能劃分爲獨立模塊,實現了更高的性能和靈活性。盡管模塊化區塊鏈成爲新的敘事熱點,但這並不意味着傳統的單體區塊鏈將被取代。相反,兩者將相互補充,共同支撐下一個十億用戶級的Web3生態系統。

要理解模塊化區塊鏈,可以從交易和區塊數據的角度切入,將其分爲執行層、數據可用層、共識層和結算層幾個關鍵模塊:

• 執行層負責交易的批量處理和計算,充當單體區塊鏈擴容和計算外包的先行者。
• 數據可用層不僅降低了數據存儲成本,還在共識層的保障下實現了數據的可用性驗證。
• 共識層致力於復用去中心化的共識機制,構建全新的去中心化框架。
• 結算層則優化了帳戶資產與交易流水的匹配和關聯。

單體區塊鏈的發展與挑戰

比特幣的誕生標志着去中心化電子現金系統的出現,讓人們認識到了區塊鏈技術和工作量證明共識機制。隨後以太坊作爲智能合約平台,展現了區塊鏈在金融、社交、遊戲等領域的廣闊前景。盡管區塊鏈技術仍處於起步階段,但其潛力是巨大的。

目前主流的公鏈都可稱爲單體區塊鏈,它們以交易爲載體,通過區塊存儲有效交易,並依靠特定共識機制實現去中心化、無需信任的分布式帳本網路。單體區塊鏈可以獨立構建完整生態,但隨着發展也會面臨交易阻塞、成本上升、參與門檻高等問題。

爲解決單體區塊鏈的局限,業內進行了廣泛探索,包括狀態通道、側鏈、Rollup、輕節點、分片、模塊化等技術方案。這些研究不斷優化區塊鏈技術棧,提高了區塊鏈的普及程度。

模塊化區塊鏈的定義與架構

模塊化區塊鏈通過聚合和組合的思想,重新定義區塊鏈的分層架構,將其劃分爲獨立且可組合的模塊。這種架構不僅提升了各方面性能,還可以滿足多樣化的應用場景。

從用戶視角看,以太坊二層網路Arbitrum可以幫助我們直觀理解模塊化區塊鏈的架構:

• 用戶交易由二層網路的定序器收集處理,而非直接與一層網路交互
• 定序器將批量交易數據壓縮發送到一層網路
• 同時對交易進行排序,計算狀態變化,將結果發送到一層網路結算

這樣我們就可以清晰認識到執行層、數據可用層、共識層和結算層的功能:

• 執行層:定序器處理交易,包括數據壓縮和狀態計算
• 數據可用層:一層網路存儲維護執行層的壓縮交易數據
• 共識層:保障執行層在數據可用層和結算層的安全性
• 結算層:確認狀態轉變的最終性

執行層產品與發展

在執行層產品出現之前,業界一直在探索如何提升區塊鏈的交易性能。除了優化單體鏈本身,以太坊生態發展出以Rollup爲主的Layer2方案,如Optimism、Arbitrum等樂觀Rollup,以及Starknet、zkSync等ZK Rollup。

隨着Layer2的發展,執行層概念正式提出。不僅以太坊,其他公鏈也在開發自己的Rollup方案。這帶來了多鏈多執行層並存的新局面,同時也產生了生態割裂、用戶操作成本高等新問題。

爲此,又出現了Rollup即服務的產品,如Sovereign Labs、Stackr Labs等。這些產品構建了單Hub多Rollup的樹狀執行層架構。

盡管執行層產品已取得重大進展,但仍有許多挑戰需要解決,如去中心化定序器、zkEVM和並行交易等問題。

數據可用層的發展

隨着區塊鏈用戶和智能合約的繁榮,鏈上數據呈指數級增長。以太坊全節點已需要800G+存儲空間,Archive節點更需要13TB+。如何高效廉價地存儲和處理海量區塊鏈數據成爲關鍵問題。

早期比特幣通過Reclaiming Disk Space和SPV等方案應對數據膨脹。以太坊則探索了Stateless Ethereum等方案。隨着執行層產品發展,數據可用性概念得到擴展,強調在不完全同步數據的前提下驗證交易有效性。

以太坊作爲主流執行層的數據可用層,存在操作成本高、容量有限等問題。爲此提出了EIP-4844等改進方案。其他專門的DA產品如Celestia、Polygon Avail等,在採樣、編碼等方面有所突破。此外還有Greenfield、Arweave等存儲層產品。

共識層的發展

區塊鏈網路需要強大的共識機制來保障資產所有權。目前主流的PoW和PoS機制各有優劣,且難以跨鏈互操作。

PoW面臨算力攻擊風險,新鏈需長期積累算力或借助聯合挖礦。但聯合挖礦可能帶來利益衝突,如Namecoin的案例。Quai Network等嘗試原生多鏈聯合PoW,但仍難以實現共識復用。

PoS機制依賴權益價值,但建立驗證者集合成本高。Cosmos和Polkadot探索了安全共享和平行鏈等方案。以太坊合並後的PoS機制,爲復用共識資源創造了條件。

EigenLayer等項目正在探索通過Restaking等方式,復用以太坊質押資產來保護其他網路。流動性質押衍生品也爲共識層產品提供了潛在資源。

結語

模塊化區塊鏈借鑑了微服務架構的思想,將區塊鏈功能解耦爲獨立模塊。目前各層都在快速發展,未來有望通過靈活組合釋放更多潛力。盡管仍面臨挑戰,但模塊化區塊鏈正成爲推動區塊鏈技術進步的重要方向,有望爲Web3生態帶來更多創新與機遇。