模块化区块链:Web3生态演进的基石

模块化区块链正在成为新一轮Web3基础设施的重要组成部分。虽然它不会完全取代单体区块链,但将成为推动单体区块链持续演进的关键力量。两者将优势互补,共同支撑下一个10亿用户规模的Web3生态系统。

相比于模块化区块链的精确定义,通过分析交易和区块数据来理解其执行层、数据可用层、共识层和结算层,可以获得更直观的认识。

执行层作为单体区块链交易扩容和计算外包的先行者,起到了重要作用。数据可用层不仅优化了区块链数据存储,还在共识层的保障下实现了数据验证后的可用性。共识层致力于复用去中心化能力,打造全新的分布式架构。结算层则侧重于优化账户资产与交易流水的匹配和关联。

单体区块链的特点与挑战

比特币的诞生开创了去中心化电子现金系统的先河,让人们认识到区块链技术和工作量证明共识机制。以太坊则作为智能合约平台,在金融、社交、游戏等领域展现了巨大潜力。尽管区块链技术仍处于起步阶段,但其发展前景依然广阔。

目前主流的公链通常被称为单体区块链。它们以交易为载体,通过区块存储有效交易记录,并依靠特定共识机制实现去中心化、无信任、不可篡改的分布式账本网络。

单体区块链的优势在于能独立构建完整生态系统,但随着规模扩大也面临诸多挑战,如交易拥堵、成本上升、参与门槛提高等。为解决这些问题,业界在扩容、状态修剪等方面进行了广泛探索,包括状态通道、侧链、Rollup、轻节点、分片、模块化等技术方案。这些研究不断优化区块链技术栈,提升技术普及度。

模块化区块链的定义与架构

本质上,模块化区块链通过聚合和组合的思路,重新定义区块链的分层架构,将其划分为不同模块。这些模块相互独立,可根据需求灵活修改扩展,并能相互组合。这种模块化架构不仅提升各方面性能,还能适应多样化应用场景。

从用户视角看,以太坊二层网络Arbitrum的交易流程可以直观理解模块化区块链的分层:用户提交的交易由二层网络的定序器批量处理,然后将压缩后的交易数据和状态结果发送到一层网络进行结算。

按照自上而下的结构,模块化区块链可分为执行层、数据可用层、共识层和结算层。其中执行层负责交易处理和状态计算,数据可用层存储和维护交易数据,共识层保障执行层的安全性,结算层则确认状态转变的最终性。

执行层的发展现状

在提出执行层概念之前,业界普遍关注"以太坊杀手"这一话题,反映了用户对交易性能的迫切需求。为此,许多新公链尝试从底层架构入手,构建高性能区块链。与此同时,以太坊生态也在探索各种扩容方案。

目前,以Rollup为代表的Layer2方案占据主导地位。乐观Rollup的Optimism和Arbitrum在生态建设和用户规模上已超越多数EVM兼容链。此外,ZKRollup(如Starknet、zkSync等)和并行交易方案(如Fuel)也在持续发展。

随着Layer2蓬勃发展,执行层概念应运而生。不仅是以太坊,其他公链也纷纷推出自己的Rollup和执行层产品。这既带来了多链并存的格局,也催生了多类执行层并存的局面。

为解决不同执行层之间的互操作性问题,一些项目开始提供Rollup即服务的解决方案,如Sovereigen Labs、Stackr Labs等。这些产品类似于执行层的枢纽,将原本的Layer2扩展为Layer3,构建单一枢纽多Rollup的树状执行层架构。

尽管执行层已取得重大进展,但仍有诸多待解决的问题,如去中心化定序器、zkEVM和并行交易等。这些领域将是未来研究的重点方向。

数据可用层的演进

随着区块链用户和智能合约的快速增长,链上数据呈指数级增长趋势。以比特币为例,其网络大小从2016年的55GB增长到2023年2月的459GB。作为智能合约平台的以太坯,其数据规模更是远超比特币,目前成为全节点至少需要800GB存储空间。

庞大的数据量和非结构化存储方式给区块链数据的处理、索引和查询带来巨大挑战。如何高效、低成本地存储和处理海量区块链数据成为重要研究方向。

早在比特币白皮书中,中本聪就提出了Reclaiming Disk Space和SPV等解决方案。以太坊社区则在此基础上提出了Stateless Ethereum等方案。随着执行层的发展,数据可用性的概念得到了扩展,不仅包括链上数据,还涵盖了执行层的压缩交易数据。

以太坊作为当前主流的数据可用层,面临着成本高、容量有限等问题。为此,以太坊提出了EIP-4844等改进方案。其他专门的DA产品如Polygon Avail和Celestia也在探索新的技术方案。此外,BNB生态推出的Greenfield等存储产品也丰富了数据存储层的选择。

共识层的创新

区块链网络的共识机制是保障资产所有权的关键。不同区块链之间的共识机制往往难以互操作,这限制了跨链应用的发展。

PoW和PoS是两种主要的共识机制。PoW面临的主要挑战是51%攻击和双花攻击,需要庞大的算力来保障网络安全。一些新型PoW公链通过联合挖矿等方式借助比特币网络的算力,但这也带来新的风险。

PoS机制利用权益来保护网络,需要足够高价值的权益才能保障高价值网络。Cosmos和Polkadot等项目在PoS基础上进行了创新,如安全共享ICS、Space Mesh等。

以太坊转向PoS后,其强大的共识资源为新一代共识层产品奠定了基础。EigenLayer等项目提出了Restaking的概念,旨在复用质押的以太坊来保护其他网络。流动性质押衍生品也有潜力成为共识提供者。

结语

模块化区块链与微服务架构理念相似,将区块链功能拆分为独立模块,实现更高的可扩展性和灵活性。目前执行层、数据可用层和共识层都在各自领域不断创新,未来它们的灵活组合将带来更多可能性。

随着技术的成熟,模块化区块链有望成为推动区块链技术发展的重要方向,为Web3生态系统的演进提供强有力的基础设施支持。