區塊鏈技術的「不可能三角」一直是困擾開發者和用戶的問題，Layer2 等解決方案就是為了解決這個核心問題而設計的。

作者： Kyle Liu， Bing Ventures  投資經理

主旨概要：

  • 模組化公鏈執行層類項目之間存在一定程度的競爭和合作，因為它們都面臨著共同的挑戰和機遇，我們的評價維度應該始終圍繞安全性、可擴充性、互操作性、成本效益這四個指標。
  • Fuel 的安全性是由主網乙太坊提供的，這意味著 Fuel 不需要自己的驗證器或共識機制，也不會受到攻擊或分叉的風險。 但是，這也意味著 Fuel 需要依賴乙太坊的安全性和穩定性，如果乙太坊出現故障或升級，可能會影響 Fuel 的運行。
  • Fuel 的可擴充性是由其高效的交易格式和低延遲的確認時間實現的，這使得 Fuel 可以在每秒處理數千筆交易，並在幾秒內完成交易確認。 但是，這也意味著 Fuel 需要與其他 rollup 鏈競爭資源和使用者，如果其他 rollup 鏈提供了更高的輸送量或更低的延遲，可能會影響 Fuel 的吸引力。
  • Fuel 的互操作性是由其跨鏈轉移功能和多代幣支援功能實現的，這使得 Fuel 可以與乙太坊、Arbitrum、Optimism、Polygon 等 Layer 1 和 Layer 2 網路相容和互通。 但是，這也意味著 Fuel 需要與其他跨鏈解決方案競爭效率和安全性，如果其他跨鏈解決方案提供了更快、更便宜或更安全的轉移服務，也會影響 Fuel 的競爭力。

乘著 Layer2 的東風，模組化公鏈敘事熱度興起，其中尤以模組化公鏈執行層專案最為值得關注。 本期 Bing Ventures 行業研究報告將簡要介紹什麼是模組化公鏈以及當前模組化公鏈執行層領域的基本格局。

隨著 Layer 2 和 Rollups 的發展，乙太坊的生態系統轉向了模組化架構。 區塊鏈技術大規模應用的最大障礙之一是可擴充性。 Layer1 擴展解決方案專注於區塊生產而不是區塊驗證。 模組化區塊鏈基礎設施旨在促進具有可擴充性、安全性和去中心化特性的 Web3 採用，並專注於易於集成、快速交付和用戶體驗。

模組化公鏈正逐漸成為大家討論最多的話題，而所謂模組化，就是把區塊鏈的共識層、數據可用性層（DA）、結算層、交易執行層等分工給不同的鏈，而不是一條鏈處理所有模組。 執行層可以作為自己的區塊鏈存在，也可以利用底層區塊鏈來保證有效性和數據可用性。

通常來看，上述三層其實早已存在，但是它們被耦合在乙太坊網路中，沒有明確的界限和分工。 模組化公鏈的目的就是要解耦這些層，首先在 Layer2 應用的技術環境下，將隱私安全、節點驗證、交易確認、數據存儲、欺詐證明等功能分別處理，從而實現鏈上的擴容。

模組化敘事的興起

區塊鏈技術的「不可能三角」一直是困擾開發者和用戶的問題，Layer2 等解決方案就是為了解決這個核心問題而設計的。 具體來說，Layer2 的方法是將數據的計算和處理移到乙太坊的第二層網路，而第一層網路主要負責安全性，也就是共識。 值得注意的是，模組化公鏈主要是針對乙太坊升級提出的解決方案，其敘事邏輯圍繞乙太坊展開。 但是，目前也有其他鏈上的項目參考此進行性能改進。

模块化公链旨在将系统划分为多个模块组件，使其具有区块链的特性，甚至可以拥有 DEX、稳定币、NFT 和衍生品等子功能。开发人员可以将这些新模块提取出来，任意排序组合，以实现更高级的功能。直到去年下半年，模块化公链才再次被提及，因为以太坊的 Layer2 方案在那时开始兴起，而 Layer2 正是实现公链模块化的重要基础和先决条件。

Source: celestia

模块化执行层的竞争格局

以太坊生态系统通过 Layer 2 和 Rollup 等技术实现了执行层与底层区块链的分离，从而提高了可扩展性、安全性和互操作性。目前模块化公链执行层有一些专注于提供数据可用性层的项目，例如 Celestia、LazyLedger 和 DataShards；有一些专注于提供执行层的项目，例如 Optimism、Arbitrum 和 zkSync3；还有一些专注于提供跨链桥接和协议聚合的项目，例如 Polygon、Connext 和 Hop Protocol。

它们都在积极地开发和部署自己的解决方案，并与各种去中心化应用合作，以提升用户体验和网络效率。模块化公链执行层类项目之间存在一定程度的竞争和合作，因为它们都面临着共同的挑战和机遇，我们的评价维度应该始终围绕安全性、可扩展性、互操作性、成本效益这四个指标。笔者总结了以下几类典型项目：

  • 基于 Optimistic Rollup 的项目，例如 Optimism 和 Arbitrum。这些项目利用欺诈证明机制来保证执行层的有效性，同时提供高速的并行交易执行和低延迟的确认时间。
  • 基于 ZK Rollup 的项目，例如 zkSync、StarkNet、Hermez、Scroll、Taiko 和 Aztec。这些项目利用零知识证明技术来保证执行层的有效性，同时提供高度的压缩率和隐私保护。
  • 基于 Plasma 的项目，例如 Polygon Plasma、OMG Network 和 Matic Network。这些项目利用侧链和退出机制来扩展执行层的吞吐量，同时提供与以太坊的兼容性和互操作性。
  • 基于跨链桥接的项目，例如 Connext 和 Hop Protocol。这些项目利用多重签名或中继节点来转移资产和数据到不同的执行层或底层区块链，同时提供灵活的协议聚合和路由选择。
Source: Volt

公链大提速

模块化区块链架构可以将区块链的功能分解为不同的层级，例如执行层、安全层和数据可用性层，这可以提高区块链的效率、灵活性和互操作性。并行交易类产品可以利用并行处理的方式执行交易，并通过不同的验证机制来保证金交易的有效性，这可以提高区块链的处理能力、吞吐量和确认速度。它们可以支持更多代币和智能合约，并让用户在不同的区块链之间转移资产，这可以拓展区块链的应用场景，例如 DeFi、NFT 和 Web3。

Arbitrum 就是一个基于 Optimistic Rollup 技术的经典执行层方案，它可以在以太坊上实现高效、低成本和兼容性强的智能合约。 Arbitrum 可以利用任意数据（Arbitrary Data）技术来提高交易吞吐量和确认速度。同时，StarkNet 作为一个基于 ZK-Rollup 技术的执行层平台，它可以在以太坊上实现可扩展、安全和隐私保护的去中心化应用。 StarkNet 可以利用零知识证明（Zero-Knowledge Proof）技术来保证交易的有效性和数据可用性。这两种路线目前占据了执行层技术路线的主流。

但是，并行处理需要严格的状态访问列表来确保交易不会互相干扰。同时，模块化区块链需要依赖其他层级来提供安全性、共识和数据可用性，这可能会增加复杂度和成本。此外，并行处理可能会降低交易的确认速度，因为需要等待所有并行分支都完成才能确认整个区块。面对这些问题，Fuel 作为一个基于 UTXO 模型的执行层协议，它可以在不同的区块链上运行。

Fuel 可以利用并行处理的方式执行交易，并通过优化撤销（Optimistic Yanking）技术让用户在不同的区块链之间转移资产。Fuel 使用了一个名为 FuelVM 的虚拟机器，它可以快速地验证交易和区块，并支持多种代币和智能合约。Fuel 采用了一种名为 Optimistic Yanking 的技术，它可以让用户在不同的区块链之间转移资产，而不需要等待长时间的确认或支付高额的手续费。

Source: vitalik.ca

Fuel：执行层的并行交易

Fuel 是最早部署在以太坊主网上的 Optimistic Rollup，在 2020 年年底在以太坊上线 V1 版本。它通过使用与 EVM 不同的执行模型来提供可扩展性，即基于 UTXO 的高度可并行化的最小执行系统，支持 ETH 和所有 ERC-20 代币。然而因为 Fuel V1 的用户过少以及不支持智能合约，在上线后一直没有受到用户的欢迎。于是在 Fuel V1 启动后不久，Fuel 的开发团队 Fuel Labs 就将全部开发重心转移到 V2 版本，并将其定位为模块化执行层，即为模块化区块链堆栈设计的可验证计算系统。

Fuel 最大的特色是其采用全新的 VM 架构 — — FuelVM，该 VM 具备其工具链和语言。FuelVM 从 WASM、EVM 和 Solana 的 SeaLevel 中汲取特点，最引人注目的潜力是它在 UTXO-based 数据模型上执行。相比今天的 Optimistic Rollups，Fuel 的最大区别在于其使用 UTXO-based 数据模型，而且其第一个版本是以 P2P 支付为应用场景。Fuel V2 有望实现类似以太坊的智能合约，该 VM 面向应用程序特定的支付 Rollup 设计，是一个定制 VM，为其提供了更多的推理便利，但对于类似以太坊的通用 Rollup，则不太明显。

FuelV2 的技术堆栈有三个核心支柱，分别为：

FuelVM

FuelVM 旨在减少传统区块链虚拟机架构的浪费处理情况，同时增加开发人员的潜在设计空间。Fuel 采用 UTXO 数据模型，与比特币类似，整个状态以 UTXO 集的形式表示。不同之处在于，Fuel V2 中的一些 UTXO 是代币 UTXO，而另一些是合约 UTXO。与代币 UTXO 不同，合约 UTXO 除了余额和支出条件外，还具有代码、存储和唯一的合约 ID。

UTXO 的一个显著特点是它们是原子的，即交易完全消耗它们并创建新的 UTXO。对于合约 UTXO，Fuel 定义了一些新的有效性规则。其中重要的规则包括：合约 UTXO 被锁定在特殊的任何人都可以消费的支出条件后面；当交易消费合约 UTXO 时，它会创建一个新的合约 UTXO，具有相同的支出条件和合约 ID，但可能具有新的存储和余额；在同一交易中使用的合约 UTXO 可以相互交互。

Fuel 的优点是采用 UTXO 模型使得 Fuel 区块链可以更快速、高效地进行交易。而它的劣势则在于 UTXO 模型的实现需要一定的技术难度，且相对于账户模型的实现需要更多的代码量。此外，由于 UTXO 模型不太适用于智能合约，因此使用合约 UTXO 时需要遵循新的有效性规则，需要一定的技术知识和经验。但是，Fuel 仍然在不断发展和完善，未来有望实现更多的功能和应用场景。

并行交易执行

Fuel 使用 UTXO 模型形式的严格状态访问列表，因此具有并行执行交易的能力，在计算、状态访问和事务吞吐量方面较具优势）。Fuel 是一种基于 UTXO 模型的区块链，其最大的优势在于其可并行执行交易，这是其它许多区块链所没有的。该技术的核心是通过访问列表 (access lists) 确定交易将修改的状态部分，从而实现并行执行。

这意味着如果交易花费的 UTXOs 没有重叠，它们可以被分别执行，从而充分利用多核 CPU 的性能。这项技术不仅适用于区块内交易，还可以跨区块执行，使得（重新）进入节点的同步速度更快。相比之下，基于账户模型的区块链也可以实现并行执行，但需要更多考虑因素，如访问列表的严格规定。同时，单核性能已经无法满足需求，而多核 CPU 的使用不断普及，多核处理对于提高执行效率也有着乘法效应。因此，Fuel 的并行执行技术将在未来变得越来越重要。

开发者体验

Fuel 使用自己的特定领域语言 Sway 和支持工具链 Forc 提供较为强大和流畅的开发人员体验。开发环境保留了 Solidity 等智能合约语言的优势，同时采用了 Rust 工具生态系统中引入的范式，并包含利用区块链 VM 的语法。为了解决状态增长的问题，FuelVM 采用了两种程序 — — 脚本和谓词，以增强图灵完备的智能合约。

与 EVM 不同的是，FuelVM 的用户不直接调用合约，而是运行脚本来调用多个合约。脚本的美妙之处在于它们是可剪枝的，一旦脚本被执行，就会被完全剪枝，不会对状态造成任何影响。谓词类似于脚本，但在执行期间不会读取合约存储，完全是无状态的。脚本和谓词的主要目的是将 FuelVM 变成半无状态执行。在 FuelVM 中，应用程序可以根据应用程序的功能和资源价格，更倾向于状态或执行。此外，Fuel 还支持多种复杂应用，如多个本地资产支持、单笔交易中的授权和转移、混币器和隐私应用等，具有很大的灵活性。

Source: Fuel

模块化执行层的通用之路

现今的 Rollups 的主要价值在于扩展以太坊，并在可能的情况下扩展其功能。Rollups 通过以下两种方式扩展以太坊：1. 将状态（和执行）转移到链下，即从 L1 到 L2 移动它；2. 并行计算，即多个 Rollups 可以同时在以太坊上运行。Rollups 通过将部分状态转移到链下来减轻以太坊状态增长的问题，但这并不会奇迹般地消除维护状态的需求。尽管以太坊节点不需要维护它，但 Rollup 节点必须维护它。

目前，Rollup 领域没有太多关注状态优化。相反，大多数关注点集中在减少 L1 数据上，因为当前数据是 Rollup 的最昂贵成本项目。大约有 2/3 的 Arbitrum 费用以 L1 calldata 的形式存在。EVM Rollup 优化了发布到 L1 的数据，试图尽可能压缩它以为用户提供更便宜的费用。

但我们没有考虑到的是，成本将在模块化时代发生巨大变化。随着基础层开始大量提供数据（归功于数据可用性采样技术），Rollups 很快将享受到数量级更便宜的数据。同时，由于对状态增长的关注较少，状态大小将迅速成为模块化世界中的主要瓶颈。任何区块链，无论是 Rollup 还是 L1，对于增加状态的操作都会对网络产生永久性成本。这些操作不仅消耗当前节点的资源，也消耗未来所有节点的资源。

Source: Bing Ventures

目前，Fuel 成功构建了一些示范用例，如 AMM、多重签名、预言机和 DAO 投票等。未来，Fuel 团队还计划构建其他产品的示范用例，例如借贷、NFT 市场等。虽然基于 UTXO 的执行方式可能会有些反直觉，但我认为 Fuel 独特的能力将会催生出新的应用程序，推动当前 DeFi 空间的能力极限。总之，我对 Fuel 在模块化堆栈中所带来的潜力感到兴奋。数据可用性层可以扩展数据，但为了完整的去中心化用户体验，我们还需要扩展执行。Fuel 有望填补这一空白。

從我們的評價尺度來看，Fuel 的安全性是由主網乙太坊提供的，這意味著 Fuel 不需要自己的驗證器或共識機制，也不會受到攻擊或分叉的風險。 但是，這也意味著 Fuel 需要依賴乙太坊的安全性和穩定性，如果乙太坊出現故障或升級，可能會影響 Fuel 的運行。 Fuel 的可擴充性是由其高效的交易格式和低延遲的確認時間實現的，這使得 Fuel 可以在每秒處理數千筆交易，並在幾秒內完成交易確認。 但是，這也意味著 Fuel 需要與其他 rollup 鏈競爭資源和使用者，如果其他 rollup 鏈提供了更高的輸送量或更低的延遲，可能會影響 Fuel 的吸引力。

Fuel 的互操作性是由其跨鏈轉移功能和多代幣支援功能實現的，這使得 Fuel 可以與乙太坊、Arbitrum、Optimism、Polygon 等 Layer 1 和 Layer 2 網路相容和互通。 但是，這也意味著 Fuel 需要與其他跨鏈解決方案競爭效率和安全性，如果其他跨鏈解決方案提供了更快、更便宜或更安全的轉移服務，也會影響 Fuel 的競爭力。

未來，Fuel 可以支援各種類型的交易和計算，包括轉帳、支付、智慧合約、預言機等。 這使得 Fuel 可以適應不同的用例和需求，並提供高效和靈活的服務。 同時，加快與各種模組化區塊鏈網路進行集成和互操作，包括乙太坊 2.0、Celestia 等。 這將使得 Fuel 可以利用這些網路的數據可用性和共識安全性，並提供跨鏈轉移和互通功能。 Fuel 可以通過增加創新和優化其技術方案來進一步提高其執行效率和性能，包括 Merkle Patricia Trie、Zero-Knowledge Proofs 等。 這些舉措有望在未來擴大它作為模組化執行層的通用性。

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