模塊化將是解決區塊鏈三難問題的關鍵，並為我們帶來一個安全、可擴展和去中心化的多鏈未來
原文：Modular Design Overview（Messari）
作者： Eshita Nandini
編譯： Evelyn
原用標題（譯後）：模塊化設計概覽
封面： Photo by Nathan Watson on Unsplash
關鍵見解
- 模塊化將是解決區塊鏈三難問題的關鍵，並帶來一個安全、可擴展、去中心化的多鏈未來。
- 由於對 L2 的使用，並且即將進行合併，目前以太坊的形式是半模塊化的。
當單片區塊鏈在分解時，主要執行三個功能：執行、共識和數據可用性。另一方面，模塊化區塊鍊是為了容納單片區塊鏈的單一組件而建立的。例如，權益（PoS）共識鏈將會擁有自己獨特的驗證者集，而不被其他組件共享。
單片鏈面臨著區塊鏈的三難問題，當涉及到安全、可擴展性和去中心化時，它可以充分地優化 3 個中的 2 個。隨著採用率的增加，讓一個網絡管理所有功能的做法嚴重限制了其中一個領域的增長，在以太坊的情況下，這就是可擴展性。在這個意義上，專門化帶來了可擴展性。
當在一般的區塊鏈架構和以太坊即將到來的更新之間劃分說明時，就可以更好地理解模塊化對話。本報告標誌著一個系列的開始，該系列將通過模塊化景觀的所有組件和參與者展開。在這個系列中，我們將深入研究模塊化堆棧的每個組件，以了解各項目如何為模塊化多鏈的未來做準備。
區塊鏈的組成部分
區塊鏈的基本目的是保持一個誠實的、不可更改的交易或數據的賬本。它由幾個關鍵部分組成，並保持這個賬本的驗證和增長。將其抽離出來，有三個主要功能：共識、數據可用性和執行。
- 共識：區塊鏈的狀態是通過排序數據和防止雙花（double-spend）來進行驗證和保障的，這個過程稱為共識。典型的共識機制包括權益證明（PoS），工作量證明（PoW），或 Solana 案例中的歷史證明（PoH）。共識提供了安全性，因為它確保所有添加的交易都是有效的。
- 數據可用性：區塊鏈的工作是確保在第一層（L1）上驗證並附加到鏈上的數據現在是可用的，透明的，並且供整個節點網絡查看（與存儲層不同）。在模塊方面的例子是 Polygon Avail 和 Celestia，它們正在建立獨立的數據可用性和共識層，同時依靠其他鏈進行結算和執行。
- 執行：在交易發生時，執行層對智能合約進行操作，以更新鏈的狀態。計算改變了區塊鏈的狀態，並以智能合約或簽署的交易來提示。Rollups 是第二層（L2）鏈，繼承了它所發布的 L1 的功能。它們執行執行層的工作，而共識和數據可用性則外包給其他網絡。在這裡面，有幾種風味的 rollups，但 Optimistic 和 ZK-rollups 通常是最受歡迎的，它們是根據驗證交易和存儲數據回到父鏈的方式來進行分類的。
- 結算：這是驗證有效性證明或解決爭議的地方——它也是發生最終結果的地方，並被嵌入到單片模型中。對於帶有 rollup 的模塊化堆棧來說，這是一個可選的執行層，有一個信任最小化的橋來連接 rollup。這為 rollup 提供了一個橋接流動性的地方，同時保持代幣的同質化性質。以太坊也可以作為 rollup 的結算層。
一點區塊鏈歷史
比特幣引入了單片區塊鏈模式，這是一個特定的應用網絡。由於其區塊大小限制和 PoW 共識機制，它每秒只能處理 7 筆交易（TPS）。在此之後，以太坊成為第一個通用的智能合約區塊鏈，由於使用量突然達到峰值，隨著對區塊空間的需求增加，它面臨著嚴重的擁堵。目前，它的上限為 15 TPS，由於其架構以及注重維護去中心化，它的區塊空間受到限制。
隨著更多的交易湧入網絡，比特幣也面臨著可擴展性問題；在一個 PoW 網絡中，費用被支付給產生新區塊的礦工。比特幣在實施支付批次處理後，費用開始下降，以幫助擴大網絡規模。平均交易費是在礦工處理完一筆交易後計算的。
然而，以太坊的交易費用隨著其使用量的增加而持續增加，甚至飆升至每筆交易 200 美元的高位。雖然以太坊提供了一個安全的 L1，具有足夠的去中心化，但它難以按照最初的架構進行擴展。隨著我們接近合併，rollups 和 L2 已經為以太坊提供了某種程度的模塊化，以便通過將交易轉移到鏈下來盡可能地減少費用。
另一方面，Solana，一個單片鏈，以去中心化換取高吞吐量。它對運行驗證者節點的硬件要求較高，從而引起了對安全和中心化的關注，因為較少人能夠承擔這種責任。另一方面，在理論上 Solana 可以處理 65,000 TPS。
為了給用戶提供一個可用的、安全的體驗，多鏈的未來迫在眉睫。在這種需求下，較新的鏈將選擇模塊化的結構來處理更高的、更安全的吞吐量。
模塊化的景觀
單片鏈以通用的方式在一個地方執行所有的功能，但模塊化的組件將這些層分開。例如，L2 只執行計算，但它們從它們發布的基礎層繼承了安全性。以太坊有穩定的安全性，這是因為它的哈希率（hashrate），即衡量每秒總計算能力的 PoW 礦工的結果。擺脫這種結構意味著需要對模塊化共識層的安全性給予極大的信任。模塊化堆棧中共享結算層的另一個好處是，rollup 和其他專業鏈可以在同一個 L1 上結算，並分攤使用成本。
讓我們來看看模塊化堆棧的現狀，以及它是如何勝過單片模式的。
執行
以太坊虛擬機（EVM）是一個通用的虛擬計算機。它的操作碼，或指令，為了執行任務，能夠計算幾乎任何邏輯，這使得它成為智能合約鏈的理想選擇。然而，EVM 在存儲和預建功能方面有其局限性。為了賦予區塊鏈開發者更多的可定制性，模塊化的執行環境也正在被開發。
諸如此類的設置允許開發人員增加對執行環境的實驗，如 FuelVM，以及對 EVM 進行創新的能力。
共識與數據可用性
Celestia 一開始是 LazyLedger，顧名思義，它是一個不驗證交易的賬本，但能存儲任何發佈到它上面的東西。它是一個獨立的數據可用性和共識層，依賴於一個 rollup 的執行。他們的想法是，最終任何人都能開發自己的區塊鏈，而不需要開發自己的共識網絡的開銷。
該團隊還開發了 Celestium，這是一個 Ethereum L2 鏈，使用 Celestia 進行數據可用性，但使用 Ethereum 進行結算和爭議解決。
以太坊的模塊化狀態
在我們接近合併的時候，以太坊目前的形式是半模塊化的，因為在生態系統中引入了 L2s。L2s 提供了將計算轉移到鏈下的能力，以增加基礎層的吞吐量。作為 L2 的 Rollups，已經將執行推離以太坊，以達到更高的吞吐量。他們依賴於以太坊的安全性和數據可用性。
Rollups 通過在 L1 之外執行交易，但又發布回 L1，來幫助擴展。這種批量交易包括把 rollup 的交易數據作為調用數據（發佈到以太坊，但不直接執行）。Validiums 是 ZK-rollups，使用不同的鏈來提供數據可用性，而不是用於結算，這降低了結算層的預期帶寬。
StarkWare 在此基礎上進一步發展，並推出了 Volitions。Volition 使終端用戶有權選擇是在鏈下（validium）還是在鏈上（general rollup）發布數據。
這裡也有一些誤解，認為合併後，L2 將不再被利用。然而，合併將使以太坊轉向 PoS 共識系統，這不會改善可擴展性，因此 L2 將繼續被大量利用。ETH2 將提供數據可用性和共識層，而執行將由 rollups 處理。隨之而來的是，通過分片對交易處理的橫向擴展將提高數據的可用性。
討論的其他內容
多鏈的未來意味著每個人最終都會想要建立和運營一個區塊鏈。然而，圍繞著採用多鏈的未來是什麼樣子，以及可能的用例是什麼，仍有未解答的問題。例如，在多鏈的未來，獨立的模塊鏈將如何獲取和捕獲價值？
模塊化的需求產生於以太坊有限的擴展能力。在未來，隨著下一個 10 億用戶的加入，這將是其他區塊鏈會感受到的相同痛點。當我們著眼於多鏈的未來時，模塊化是至關重要的。模塊化將是解決區塊鏈三難問題的關鍵，並為我們帶來一個安全、可擴展和去中心化的多鏈未來。
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