破局之路的探索：区块链模块化

2022-09-28 19:00:02观点

Vitalik 在其 Endgame 一文中，描绘了他认为的 Ethereum 终极形态，其中花费大量篇幅描绘一个由 Rollups 和 DA 构建起来的新以太坊

编译： EthereumCN

封面：Photo by fabio on Unsplash

自 Vitalik Buterin 提出 The Blockchain Trilemma 已经有 5 年之久，无论是 ETH-core 社区，还是其他公链的开发者们，都试图找到打开下⼀代区块链的钥匙。

Vitalik 在其 Endgame 一文中，描绘了他认为的 Ethereum 终极形态，其中花费大量篇幅描绘了⼀个由 Rollups 和 DA 构建起来的新以太坊。这无疑在某种程度上，指明了以太坊未来十年的破局之路 ⸺ 模块化。而我们知道，其实不管是以太坊还是新公链们，都早就开始了⾃⼰的模块化之路，只是 “答卷” 方式各有不同，也形成了截然不同的技术路线。

区块链分层

其实以太坊本身已经将区块链分为了多层，只是在 1.0 时代中，节点承担了所有层级的职责。我们可以遵循以太坊的思路，将区块链拆分成四个层级：

共识层 (Consensus Layer)：决定交易的顺序性、有效性以及节点之间的⼀致性
数据可用性层 (Data Availability Layer)：保证交易数据可以被使用 (保证存储且可验证与可⽤)
结算层 (Settlement Layer)：结算出状态承诺
执行层 (Execution Layer)：计算状态转换

回归到以太坊是 “世界计算机” 的叙事逻辑中，将区块链的模块和计算机结构进行类比, 那么:

区块链的共识层 ⇒ 维护分布式计算机集群的⼀致性算法
区块链的执行层 ⇒ 计算机的操作系统 (真正执行指令的环境)
区块链的 DA 层 ⇒ 计算机的内存 (实现短期数据存取)
区块链的结算层 ⇒ 计算机的 CPU (硬件保证指令执行的正确性)

值得⼀提的是，EigenLayr 项目中十分具有开创性地将共识层进行了进⼀步的分割，他将 PoS 共识层的作⽤理解成负责维护分布式系统的⼀致性以及通过质押等机制来维护⽹络的信任基础。从而又产生了两个子层：

信任层：由最底层的验证者节点构成，或者说由质押加⼊以太坊网络的硬件实体构成
⼀致性层：连接各个节点，从而维护这个庞大的分布式系统的⼀致性

正是这些层级（模块）的区分，为区块链的模块化发展提供了基础，从⽽出现了对主链各种各样的拆解方案。

项⽬映射

在我们上面提到的分层逻辑中，信任是从共识（信任）端逐渐传递到执行层的，而分离模块的核心出发点，就是在尽可能不伤害原有信任体系的前提下，减轻主网的负担。

Secured Rollups

显然第⼀个被拆解出来的，就是位于信任体系末端的执行层。于是基于以太坊的各种 Rollups 应运而生，无论是基于欺诈证明的乐观性 Rollups, 还是基于有效性证明的 zk-Rollups，现有的解决方案都是将执行层交给链下，而结算、DA 和共识则交给了 Layer1 去继续承担，这当然是最符合直觉的方案。

我们将其称为 Secured Rollups，可以理解为被 Layer1 保护着的 Rollups，这⼀名字来源于以太坊官方文档中，关于 Scailing 的描述：

For some solutions the layer 2 instance then batches them into groups before anchoring them to layer 1, after which they are secured by layer 1 and cannot be altered. The details of how this is done vary significantly between different layer 2 technologies and implementations.

然而，有 “拆解” 往往就意味着 “连接” 的问题就会浮出水面，当下几乎所有主流的 Rollups 都掌握着交易定序的中心化权力。当然，作为连接执行层和主网的重要组件，Sequencer 的中心化必然是有助于提升系统效率的，但是交易定序权力的高度集中所构成的 “黑暗森林” 让⼈不免陷入对于 MEV 攻击的担忧中（Shutter Network 正致力于通过引⼊阈值加密技术来使 Sequencer 去信任化）。

Sovereign Rollups

当前以太坊上的 Rollup 将其区块直接发布到基于 EVM 的智能合约，也称为桥合约。该合约有效地实现了⼀个用于 Rollup 的链上轻客户端，该客户端接收区块头并处理欺诈或有效性证明。在这个模型中，我们认为以太坊被奉为 Rollup 的耦合结算层，其中 Rollup 是以太坊的 “婴儿链”，而不是⼀种拥有自己权利的独立链。

打个不恰当的比方，仅分离出执行层的以太坊 Rollups ，就像是只进行 “搬砖”（计算）的 “打工仔”，而没有任何参与终局（结算）的权力，砖头最终以什么方式、什么顺序摞起，都还是 L1 说了算。Celestia 的设计显然为 Rollups 争取到了更多的权力，它定义了⼀种新的模块分割的方式： Sovereign Rollups，即主权 Rollups.

Celestia 上的主权 Rollup 不会将他们的区块发布到智能合约中，而是直接作为原始数据发布到链上。 Celestia 共识和数据可用性层不解释或对 Rollup 区块执行任何计算，也不为 Rollup 运行链上轻客户端。

Danksharding

不管是 Danksharding 还是原先的数据分片的方案，本质上都是希望解决 DA 层的问题。在模块化区块链的语境下，Danksharding 显然提升了以太坊主网对数据可用性层的承担能力。

Danksharding 借助数据可用性采样 (Data Availability Sampling, DAS) 技术来实现 “去中心化的验证者”，这一点上与 Celestia 的解决方案是很相似的。尽管我们知道以太坊共识层的终极形态仍然会承担结算和数据可用性的职责。但 DAS 技术实现的验证工作的下放，大大降低了参与网络验证的成本，从而进一步释放了主网的性能。

在 Danksharding 分叉后，以太坊主网承担着部分对数据可用性审查的权力，而 Rollups 除了原先执行层的职责，还承担着 DA 层的权力。

EigenLayr

我们上⾯提到了 EigenLayr 对于共识层的进⼀步细分，它将以太坊的信任层从整个网络中剥离出来，并试图在信任层上构建独立的⼀层⸺EigenLayer. 这⼀层依托于以太坊信任层网络（或者说以太坊庞大的质押资本）来提供给基础设施/中间件服务商⼀个可以自由构建共识、应用的平台。

而这其中，如何连接以太坊信任层和 EigenLayer 便是整个设计的关键之处。EigenLayr 巧妙地提出了⼀个全新的概念⸺Restaking. 以太坊上的质押节点们可以⾃愿选择加⼊ EigenLayr. 而另⼀边，对于性能层⾯有更多需求的中间件/基础设施服务商也可以选择将自己的网络搭建在 EigenLayr 上。

EigenLayr 的分离⽅案相当于仅 “借用” 了以太坊的信用（共识）基础，而在此基础之上，我们可以展开无尽的联想，无论是构建全新的主权链，还是搭建基础设施⽹络，都有了可能性。⽽在这些可能性背后，是以太坊主网庞大的信用基础在背书。

Arweave

我们可以发现，以太坊模块化之路上可见的未来里，主⽹依旧要保持着对共识层的控制，或者说共识层作为以太坊灵魂的存在，是汇集参与者和价值的 “圣杯”。

同样是模块化区块链，Arweave 显然独树⼀帜，它跳出了以太坊的叙事逻辑，即构建了⼀套基于存储共识的设计范式。在 Arweave 的设计中，主⽹作为整个图灵机的纸带，在底层记录这些状态以及各个修改状态的交易，实现了存储和计算资源的分离。

可以说 Arweave 重新定义了我们的模块化分割，它使⽤ DA 层来保障共识，而执行、结算都交给了链外。当然代价就是：用户为了获得最新状态数据的有效性保证，需要在本地执行链下计算前，先下载所有历史状态数据并进行⼀遍验证计算，这显然会带来效率问题（KYVE Network 正致⼒于解决这部分⼯作引发的效率低下问题）。