模塊化區塊鏈:Web3生態演進的基石

模塊化區塊鏈正在成爲新一輪Web3基礎設施的重要組成部分。雖然它不會完全取代單體區塊鏈,但將成爲推動單體區塊鏈持續演進的關鍵力量。兩者將優勢互補,共同支撐下一個10億用戶規模的Web3生態系統。

相比於模塊化區塊鏈的精確定義,通過分析交易和區塊數據來理解其執行層、數據可用層、共識層和結算層,可以獲得更直觀的認識。

執行層作爲單體區塊鏈交易擴容和計算外包的先行者,起到了重要作用。數據可用層不僅優化了區塊鏈數據存儲,還在共識層的保障下實現了數據驗證後的可用性。共識層致力於復用去中心化能力,打造全新的分布式架構。結算層則側重於優化帳戶資產與交易流水的匹配和關聯。

單體區塊鏈的特點與挑戰

比特幣的誕生開創了去中心化電子現金系統的先河,讓人們認識到區塊鏈技術和工作量證明共識機制。以太坊則作爲智能合約平台,在金融、社交、遊戲等領域展現了巨大潛力。盡管區塊鏈技術仍處於起步階段,但其發展前景依然廣闊。

目前主流的公鏈通常被稱爲單體區塊鏈。它們以交易爲載體,通過區塊存儲有效交易記錄,並依靠特定共識機制實現去中心化、無信任、不可篡改的分布式帳本網路。

單體區塊鏈的優勢在於能獨立構建完整生態系統,但隨着規模擴大也面臨諸多挑戰,如交易擁堵、成本上升、參與門檻提高等。爲解決這些問題,業界在擴容、狀態修剪等方面進行了廣泛探索,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,提升技術普及度。

模塊化區塊鏈的定義與架構

本質上,模塊化區塊鏈通過聚合和組合的思路,重新定義區塊鏈的分層架構,將其劃分爲不同模塊。這些模塊相互獨立,可根據需求靈活修改擴展,並能相互組合。這種模塊化架構不僅提升各方面性能,還能適應多樣化應用場景。

從用戶視角看,以太坊二層網路Arbitrum的交易流程可以直觀理解模塊化區塊鏈的分層:用戶提交的交易由二層網路的定序器批量處理,然後將壓縮後的交易數據和狀態結果發送到一層網路進行結算。

按照自上而下的結構,模塊化區塊鏈可分爲執行層、數據可用層、共識層和結算層。其中執行層負責交易處理和狀態計算,數據可用層存儲和維護交易數據,共識層保障執行層的安全性,結算層則確認狀態轉變的最終性。

執行層的發展現狀

在提出執行層概念之前,業界普遍關注"以太坊殺手"這一話題,反映了用戶對交易性能的迫切需求。爲此,許多新公鏈嘗試從底層架構入手,構建高性能區塊鏈。與此同時,以太坊生態也在探索各種擴容方案。

目前,以Rollup爲代表的Layer2方案佔據主導地位。樂觀Rollup的Optimism和Arbitrum在生態建設和用戶規模上已超越多數EVM兼容鏈。此外,ZKRollup(如Starknet、zkSync等)和並行交易方案(如Fuel)也在持續發展。

隨着Layer2蓬勃發展,執行層概念應運而生。不僅是以太坊,其他公鏈也紛紛推出自己的Rollup和執行層產品。這既帶來了多鏈並存的格局,也催生了多類執行層並存的局面。

爲解決不同執行層之間的互操作性問題,一些項目開始提供Rollup即服務的解決方案,如Sovereigen Labs、Stackr Labs等。這些產品類似於執行層的樞紐,將原本的Layer2擴展爲Layer3,構建單一樞紐多Rollup的樹狀執行層架構。

盡管執行層已取得重大進展,但仍有諸多待解決的問題,如去中心化定序器、zkEVM和並行交易等。這些領域將是未來研究的重點方向。

數據可用層的演進

隨着區塊鏈用戶和智能合約的快速增長,鏈上數據呈指數級增長趨勢。以比特幣爲例,其網路大小從2016年的55GB增長到2023年2月的459GB。作爲智能合約平台的以太坯,其數據規模更是遠超比特幣,目前成爲全節點至少需要800GB存儲空間。

龐大的數據量和非結構化存儲方式給區塊鏈數據的處理、索引和查詢帶來巨大挑戰。如何高效、低成本地存儲和處理海量區塊鏈數據成爲重要研究方向。

早在比特幣白皮書中,中本聰就提出了Reclaiming Disk Space和SPV等解決方案。以太坊社區則在此基礎上提出了Stateless Ethereum等方案。隨着執行層的發展,數據可用性的概念得到了擴展,不僅包括鏈上數據,還涵蓋了執行層的壓縮交易數據。

以太坊作爲當前主流的數據可用層,面臨着成本高、容量有限等問題。爲此,以太坊提出了EIP-4844等改進方案。其他專門的DA產品如Polygon Avail和Celestia也在探索新的技術方案。此外,BNB生態推出的Greenfield等存儲產品也豐富了數據存儲層的選擇。

共識層的創新

區塊鏈網路的共識機制是保障資產所有權的關鍵。不同區塊鏈之間的共識機制往往難以互操作,這限制了跨鏈應用的發展。

PoW和PoS是兩種主要的共識機制。PoW面臨的主要挑戰是51%攻擊和雙花攻擊,需要龐大的算力來保障網路安全。一些新型PoW公鏈通過聯合挖礦等方式借助比特幣網路的算力,但這也帶來新的風險。

PoS機制利用權益來保護網路,需要足夠高價值的權益才能保障高價值網路。Cosmos和Polkadot等項目在PoS基礎上進行了創新,如安全共享ICS、Space Mesh等。

以太坊轉向PoS後,其強大的共識資源爲新一代共識層產品奠定了基礎。EigenLayer等項目提出了Restaking的概念,旨在復用質押的以太坊來保護其他網路。流動性質押衍生品也有潛力成爲共識提供者。

結語

模塊化區塊鏈與微服務架構理念相似,將區塊鏈功能拆分爲獨立模塊,實現更高的可擴展性和靈活性。目前執行層、數據可用層和共識層都在各自領域不斷創新,未來它們的靈活組合將帶來更多可能性。

隨着技術的成熟,模塊化區塊鏈有望成爲推動區塊鏈技術發展的重要方向,爲Web3生態系統的演進提供強有力的基礎設施支持。