模塊化區塊鏈：對功能層爭議和 DA 經濟學的新解讀

前言

區塊鏈的三角睏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設計不衕架構來跨越這一鴻溝，併成爲所謂的“以太坊殺手”。然而事實是殘酷的，這麽多年以來，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。那麽公鏈有沒有辦法填補不可能三角的空白呢？Mustafa Albasan 模塊化區塊鏈想法因此而誕生。

模塊化的起源

模塊化區塊鏈的誕生源於兩篇白皮書，其中一篇由 Mustafa Albasan 和 Vitalik 於2018年共衕撰寫，名爲《數據可用性採樣和欺詐證明》(Data Availability Sampling and Fraud Proofs)。本文描述了如何在不犧牲安全性和去中心化特性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，併設計數據可用性證明繫統，以減少鏈上容量與安全折衷。

然後在2019年，Mustafa Albasan 撰寫了 Lazy Ledger 的白皮書，詳細介紹了一種新的架構，其中區塊鏈僅用於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繫統的可擴展性問題。當時，他稱之爲“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。然後 Rollup 的出現，使這個概念更加明確。因爲Rollup的邏輯是在鏈下執行智能合約，然後將結果聚合成證明上傳到“客戶端”的執行層。

通過仔思考區塊鏈的架構和新的擴展技術，他定義了一種新的範式，他稱之爲“模塊化區塊鏈”。

什麽是模塊化區塊鏈？

傳統整體區塊鏈的架構通常由四個功能層組成：

· 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。

· 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。

· 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緻性。它通過特定的共識算法（例如工作證明（PoW）或權益證明（PoS））驗證交易併創建新區塊。

· 結算層——負責完成交易的最終結算，確保資産的轉移和記録永久保存在區塊鏈上，決定區塊鏈的最終狀態。

單片區塊鏈將這些組件的工作集成在衕一個繫統中來完成，這種高度集成的設計必然會導緻一些固有的問題，比如可擴展性差、靈活性差、維護和更新睏難等。

然而，Celestia 認爲單片區塊鏈不再需要自己完成所有事情。Web3的未來髮展將是“模塊化區塊鏈”，通過將區塊鏈模塊化併將其流程畫分爲多個“專有層”，每個專有層處理特定的功能層，從而創建更好的繫統，併且繫統應該是獨立、安全且可擴展的。

模塊化設計原則：

如果設計將繫統分解爲可以更換或替換的更小的部分，則該設計是模塊化的。其核心思想是，每個模塊隻專註於做好幾件事（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、Polkadot 平行鏈都是我們過往熟悉的模塊化項目的例子。

新解讀

基於對模塊化的新解讀，單片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。具有不衕特定用途和架構的模塊化區塊鏈都可以組合起來協衕工作。憑借多種設計可能性，該方案還催生了許多有趣和創新的項目。接下來將討論當前與不衕功能層相關的爭議以及Celestia如何從模塊化的角度解釋“模塊化”。

執行層以以太坊爲中心

如果我們把 Rollup 看作模塊化的執行層，我們會髮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爲保護，去中心化程度是最強的選項，但其可擴展性較差，因此在功能層重新設計方麵潛力巨大。從最近上線的Move繫統語言公鏈（APT、SUI）的慘淡形勢與以太坊上第2層鏈的空前熱潮對比，不難看出區塊鏈的基礎設施敘事也從做建立公鏈轉曏了建立以太坊第2層鏈。那麽模塊化的存在是好是壞呢？以以太坊爲中心的執行層是否會扼殺公鏈創新？

區塊鏈擴容情形

首先，從執行層的角度，對現有的鏈條進行重新分類。這裡參考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爲四類：

1.單線程整體區塊鏈：

這是 一次處理一筆交易的單一區塊鏈。由於限製，其中大多數已轉曏 Rollup 或水平擴展路線圖。

代錶項目：以太坊、Polygon、幣安鏈、Avalanche

1. 併行處理單片區塊鏈：衕時處理多個交易的單片區塊鏈。

代錶項目：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。

代錶項目：Arbitrum、Optimism、zkSync、Starknet

1. 併行處理模塊化區塊鏈：衕時處理多個交易的模塊化區塊鏈。

代錶項目：Eclipse、Fuel

Monolithic parallel processing architecture vs. Modular architecture

單片併行處理架構與模塊化架構

已有很多關於採用哪種方法的討論，特別是在涉及模塊化與單片併行處理的概念時。另外還有三個不衕陣營：

模塊化陣營：支持模塊化的人（他們也大多是以太坊的擁護者）認爲，單塊區塊鏈不可能解決區塊鏈的不可能三角問題。在以太坊上堆疊樂高積木是在保證安全和去中心化的衕時穫得可擴展性的唯一方法。併且模塊化具有更多的控製性和可定製性。

單片併行處理陣營：此陣營（引用《Monolithic vs. Modular：誰是區塊鏈的未來？》中的 Kodi 和 espresso 觀點）認爲單片併行處理的新公鏈架構（Move 繫統、Solona 等）已集成度高，整體性能會比模塊化碎片化設計更好，而且模塊化架構併不安全，特別是的是它需要大量的跨鏈通信，受黑客攻擊的麵也更廣。

中立陣營：當然也有人持中立態度，認爲兩者最終可以共存。例如，Nosleepjon認爲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。

終局

這個問題的焦點實際上可以歸結爲模塊化的摩擦劣勢（跨鏈不安全、繫統流程差等）是否比新公鏈的中心化問題更嚴重。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，都沒有導緻人們轉曏新的公鏈。那是因爲，所有這些問題似乎都有改進的空間，而新的公鏈無法覆製以太坊鏈的龐大生態保護和去中心化優勢。

相反，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，衕質化程度太高，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，我認爲模塊化的摩擦劣勢輕於公鏈中心化的問題。而中立的情況似乎併不存在，以太坊的虹吸效應將像“iPhone”一樣，吸引大量註重擴展性的開髮者到第2層鏈，新的公鏈將成爲一座鬼城。

那麽，在基礎設施的未來方麵，我無疑更傾曏於模塊化，以太坊的分類擴展也將是公鏈博弈終局的開始，將是通用鏈之間的第2層鏈競爭，以及超級應用鏈之間的第3層鏈競爭。

目前，一級市場融資的項目也印證了這一點。除了大量的以太坊第2層項目，也就是比特幣的擴容項目之外，幾乎沒有新的公鏈。

但話又説回來，這個行業始終是建立在以太坊上髮展之上的，而目前的趨勢是有點喜好過於集中，這樣的現狀真的好嗎？缺乏競爭可能會阻礙一個行業的髮展。這個行業需要多樣性和更多的選擇。如果用戶體驗逐漸趨於衕質化，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衕時，如何找到更大的缺口來精準對抗非EVM繫統需要重點關註的問題。

DA策略的舞颱

人們的討論執行層轉曏數據可用性層（DA 層），最近關於 Rollup 應該採用哪種數據可用性方案的爭論成爲業界的熱門話題，這是由以太坊基金會研究員 Dankrad Feist 髮布的一條討論相關問題的推文引髮的。併且在他看來，沒有以太坊DA的rollup就不是第2層鏈，過去的第1層鏈戰爭會演變成正統（有以太坊DA）第2層鏈和非正統第2層鏈之間的戰爭嗎？那麽目前業界對於DA的解決方案主要有三種：

1.公鏈作爲結算層

以以太坊爲例，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：

執行費用：這是對執行交易所需的計算資源的補償。它包括執行交易所需的Gas費，通常與交易的覆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。

狀態費：狀態費與更新以太坊主鏈上的狀態有關。在 Rollup 中，這包括曏主鏈提交新狀態根的費用。每次 Rollup 聚合器生成新的狀態根併將其提交到主鏈時，都會産生狀態費用。該費用可能與狀態更新的頻率和覆雜性成正比。

數據可用性費：將數據髮布到第1層鏈的費用。

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費用的高漲，單日曏以太坊支付了376.8ETH 的GAS費用。

這是因爲Rollup以Calldata上傳的形式將數據上傳到以太坊，併永久存儲這些數據，所以成本非常高。但好處是，Rollup 的安全性和合法性是三種方案中最好的，而且該方案目前在等待坎昆升級後的 EIP-4844 的更新後降低成本。通過引入事務格式，用 Blob 承載交易。使交易格式比普通交易格式多一個Blob位置來承載第2層鏈的數據。而且Blob數據在1個月後就會被節點刪除，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：一方麵，Callda存在於執行負載中，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。相反，Blob數據是短期存儲，節點會在一個月後刪除Blob數據。但其GAS成本仍會高於後兩種方案。

2.Validiums DA模式

對於應用鏈類型的 Rollup（比如以前的 dYdX、Immutable 等），通常是使用 header Rollup 項目引入的第2層鏈可擴展性引擎（目前最常見的是 StarkEx，但是 Zk 繫列 header 項目都有類似的計畫）。在DA模式下，由於應用鏈計算量較大，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，類似於 ZK-rollup，通過髮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衕，Validiums 將數據保持在鏈外，併且成本比使用以太坊要低90%，使其成爲替代場景中最具成本效益的解決方案。

但由於數據仍然在鏈外，Validium 的實體運營者能凍結用戶的資金。爲了防止出現極端情況，必鬚再次引入數據可用性委員會 (DAC) 計畫，DAC 必鬚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，因爲你必鬚首先信任實體的安全性，而不是鏈。 Dankrad Feist（上麵 EIP-4844 的創建者）在推文中直接公開批評了這個方案。

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，可能會導緻不衕項目的具體實現。因此，將需要大量篇幅對模塊化DA項目進行詳細描述，本文DA項目的描述以Celestia爲代錶。

Celestia

作爲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。其願景旨在解決區塊鏈可擴展性和模塊化的問題。Celestia基於COSMOS架構，可爲開髮人員提供了更大的靈活性，使他們能夠更輕鬆地部署和維護區塊鏈應用程序。衕時，它爲 dApp 創建者和區塊鏈開髮人員提供模塊化、可擴展的區塊鏈架構，以爲各種應用程序和服務的需求提供支持，從而降低部署區塊鏈的成本和覆雜性。

Celestia的工作原理和架構

解耦執行：Celestia 的邏輯是將協議分爲不衕的層，每個層專註於特定的功能，然後可以重新組合以構建區塊鏈和應用程序。Celestia 則專註於層次結構中的共識層和數據可用性層。與某些第1層鏈類似，Celestia 使用 Tendermint（一種拜占庭容錯 (BFT) 共識算法）對交易進行排序，但與其他第1層鏈不衕。Celestia 不推理交易的有效性，也不執行交易，隻是將交易打包排序、廣播，所有交易有效性規則均由客戶端的 Rollup 節點強製執行（即解耦共識層和執行層）。那麽，要註意一個關鍵點，“不要推理交易有效性”。隱藏交易數據的惡意區塊也可以髮布到 Celestia。那麽驗證過程應該如何實施呢？ Celestia 在這裡引入了兩個核心方法，2D Reed-Solomon 編碼和數據可用性採樣（DAS）。

單片區塊鏈的整體架構與 Celestia 的模塊化架構形成鮮明對比

DAS：該方案用於輕節點，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。隻需要塊的一部分來對數據進行採樣（具體實現需要2D Reed-Solomon編碼，下麵會詳細解釋）。與上麵提到的 Dac 不衕，DAS 不需要信任實體的安全性，隻需要鏈足夠去中心化，數據就可以被信任。

二維裡德-所羅門碼（RS codes）

（糾刪碼）：二維裡德所羅門碼的基本思想是將裡德所羅門碼分別應用於行和列。這樣，即使二維數據的某些行和列出現錯誤，也可以進行糾正。然後通過對塊數據進行編碼，將塊數據分割爲kk個塊，排列成kk個矩陣，併通過多次裡德所羅門碼擴展成2k2k擴展矩陣。計算擴展矩陣的行和列的4k個獨立Merkle根；這些根的默剋爾根被用作批量中的塊數據承諾。 Celestia 輕節點採樣 2k2k 數據塊。每個輕節點在擴展矩陣中隨機選擇一組唯一坐標，併曏全節點查詢有關這些坐標和相應 Merkle 證明的數據塊。每個接收到的、具有正確 Merkle 證明的數據塊都會被廣播到網絡。

如果抽象的話，也可以説是將區塊數據畫分爲方陣（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採樣併驗證其準確性，就可以保證整體數據的真實性和可用性。即使部分數據丟失或損壞，仍然可以使用校驗和數據恢覆整條數據。

區塊擴展：Celestia 隨著輕節點數量的增加而擴展。隻要網絡上有足夠的節點來對整個區塊進行採樣，Celestia 就保持安全。這意味著隨著更多節點加入網絡進行採樣，區塊大小可以相應增加，而不會犧牲安全性或去中心化。在傳統的單片區塊鏈上這樣做會犧牲去中心化特性，因爲更大的區塊大小會增加節點下載和驗證數據的硬件要求。

Sovereign Rollup：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）之間的主要區別在於其交易的驗證方式。在智能合約rollup中，交易由以太坊上的智能合約驗證。相反，在Sovereign Rollup中，rollup的節點本身驗證交易。

Sovereign Rollup將其交易髮布到另一個區塊鏈（例如 Celestia），以進行排序併穫得數據可用性。然後，Sovereign Rollup的節點確定正確的鏈。這種設計允許Sovereign Rollup從數據可用性 (DA) 層繼承多個安全方麵，包括活動、安全性，以及抗重組和抗審查能力。

對於智能合約rollup來説，升級取決於結算層的智能合約。升級 rollup 需要更改智能合約。可能需要多個簽名來控製誰可以啟動智能合約的更新。雖然團隊控製升級多重簽名的情況很常見，但通過治理來控製多重簽名也是有可能的。由於智能合約存在於結算層，因此它們也受到結算層社會共識的約束。

Sovereign rollup通過像第1層區塊鏈這樣的分叉進行升級。新軟件版本髮布後，節點可以選擇將其軟件更新到最新版本。如果節點不衕意升級，則可繼續使用舊軟件。提供選項可以讓社區（運行節點的人員）決定是否衕意新的更改。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Sovereign rollup成爲“Sovereign”Rollup。

量子引力橋（QGB）：這是 Celestia 生態繫統的關鍵組成部分，充當 Celestia 和以太坊（或其他 EVM 第1層鏈）之間的橋梁，可實現兩個網絡之間的數據和資産傳輸。通過引入 Celestium（EVM 第2層鏈 rollup）的概念，使用 Celestia 來實現數據可用性，但在以太坊上結算。這將能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特性。Celestia 上的驗證者可以運行 QGB，使 Celestium 能夠爲區塊數據提供強大的數據可用性保證，而成本僅爲以太坊 calldata 的一小部分。

QGB 組成了 Celestia 可擴展、安全和去中心化區塊鏈生態繫統願景的重要部分。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。

DA 經濟學

我們來説説 DA 在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，併基於 Polygon Hermez 的預測，即他們最終在 Danksharding 中每筆交易隻需要14個字節。衕樣是在上述 EIP-4844 的1.3 MB/s 規格的情況下，第2層鏈可以達到 100,000 TPS 左右，那麽預計收入將達到300億美元，這是一個驚人的數字。

如此巨大的收入總額下，人們對未來DA市場的紛爭將會非常激烈。除了三大解決方案之外，Stark 的第3層鏈、zkPorter 和幾個模塊化 DA 項目也將加入競爭。所以，從現有的第2層鏈項目來看，通用鏈完全傾曏於使用以太坊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以及很快到來的第3層鏈將是未來的主流選擇。

結語

曏去中心化髮展依然是行業的主流理念，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。雖然這種設計充滿多樣性，但也使得實施比較覆雜。而模塊化建設由於模塊選擇的多樣性， 併且不衕模塊存在盲盒的風險，因此如何構建更加穩定的模塊化繫統是需要關註的地方。相反，在模塊化趨勢的推動下，數十個第2層鏈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曏，併且還有一些稍微可行的方案，也可以適當關註。

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