皇冠开户:联博接口（www.326681.com）_模块化区块链若何成为下一代Web3基础设施？
原文：《模块化区块链:推动Web3生态进化的基础设施》
作者：Ray
摘要
单体区块链的界说、生长、优瑕玷息争决方案
比特币的降生，标志着一种去中央化电子现金系统的到来，人们通过它熟悉到了区块链手艺的观点和事情量证实的共识机制。随后，以太坊的泛起，作为一个天下盘算机和智能合约平台，其壮大的可编程性在金融、社交和游戏等领域展现了广漠的远景。只管十多年的生长历程中，区块链在普及水平和手艺沉淀方面都处于起步阶段，但毫无疑问，其潜力依然是伟大无限的。
通常情形下，我们现在所接触的公链都可以被统称为单体区块链。它们以每笔生意为载体，通过区块存储正当有用的生意纪录，并通过特定的共识机制实现去中央化、无需信托、不能改动的漫衍式账本网络。
单体区块链的特点是，它可以从钱包、应用、中央件到基础设施，全方位自力地确立完整的生态系统，而且各方之间维持慎密的关系，然则随着生态生长和繁荣，它又会泛起生意壅闭，生意成本上升，网络介入门槛过高以及维护全网状态的成本增添等问题。当遇到高并发使用情形时，由于生意吞吐量的限制，单体区块链通常会变得昂贵且难以使用，用户体验也会受到很大影响。此外，随着区块链的不停增进，整个网络会泛起状态爆炸，维护网络的门槛不仅提高，成本也不停增添。
为领会决单体区块链存在的问题，业内人士多年来，在扩容、状态修剪等方面都举行了普遍研究和探索，其中包罗但不仅限于状态通道、侧链、Rollup、轻节点、分片、模块化等手艺。这些手艺的研究和开发，不停地优化区块链的手艺栈，而且提高区块链手艺的普及水平。
模块化区块链的界说及产物：
本质上，模块化区块链是通过聚合和组合的头脑，重新界说和划分区块链的分层架构，并将其划分为差其余模块。这些模块相互自力，可以凭证需求举行修改和扩展，并可以相互组合。这种组合而成的模块化区块链不仅可以提升各方面性能，还可以知足多样化的应用场景。
已往，站在单体区块链的架构举行思索，我们习惯对其的拆分效果为：承载去中央化应用的应用层，卖力执行去中央化应用智能合约逻辑的执行层，处置生意有用性、生意顺序和区块组成的共识层，维护、存储生意和区块的数据层以及举行点对点广播通讯的网络层。
对于模块化区块链的分层明晰，极易以单体区块链的头脑先入为主，由此会造成不少混淆。此时，可以从用户的视角通过正在运行的以太坊乐观Rollup的二层网络Arbitrum直观和深入的领会。通过Arbitrum白皮书关于二层网络生意流的论述：可以知道，用户提交的生意不再直接与一层网络举行交互，转由二层网络的定序器举行网络和批量处置，定序器将批量处置的多笔生意原始数据压缩发送到一层网络，与此同时，也会对批量处置的生意举行排序，盘算用户和网络状态转变，然后将状态效果发送到一层网络举行结算。
二层网络的定序器对生意举行网络和批量处置（执行层）
二层网络压缩处置生意以后发送到一层网络（数据可用层）
至于结算的生意Arbitrum的区块浏览器并没有做很好的逐一对联，此处我们直接通Arbitrum官网部署在以太坊的智能合约入手，剖析Delayed Inbox合约涉及到结算相关的函数：sendL1FundedContractTransaction，当结算泛起分歧的时刻挪用；当结算没有分歧的时刻挪用Outbox合约的updateSendRoot。相关合约地址请查阅：https://developer.arbitrum.io/useful-addresses。
现在，我们对于执行层、数据可用层、共识层和结算层各自的功效和作用有了明确直观的熟悉。执行层是定序器对于生意的批量处置、包罗原始生意数据压缩和状态的转变盘算。结算层卖力确认状态转变的最终性。数据可用层是一层网络对于执行层网络压缩的生意数据的存储和维护。至于共识层，保障的是执行层在数据可用层和结算层方面依赖的平安性。
根据从上而下的界说，模块化区块链的条理结构如下图：
由于结算层涉及到差异执行层的生意有用性证实设计，例如乐观敲诈证实和零知识证实，为此，我们暂不做进一步的明晰。下面，我们将直接领会模块化区块链常说的执行层、数据可用层、共识层这三个模块，着重在它们生长的靠山，解决的问题，以及它们当前的生长情形和面临的挑战。
执行层产物及项目
在没有真正提出执行层产物之前，我们经常听到一个词：以太坊杀手。这说明区块链用户对于生意吞吐量、生意速率和生意成本等方面的性能需求和以太坊提供的现状存在显著的不匹配情形。为此，不少新公链实验从单体区块链自己的生意结构、区块设计、共识机制和网络广播机制举行探索和研究，组织全新的高性能公链，去实现海量生意吞吐量、快速生意速率和廉价的生意成本。与此同时，以太坊的生态对于林林总总的手艺和产物方案都举行探索研发。时至今日，以Rollup为主体方案Layer2蹊径占有主导职位，其中敲诈证实的乐观Rollup的Optimism和Arbitrum不管在项目构建、用户吸引和留存都陆续逾越其他EVM兼容的新公链，此外，以零知识证实为主的ZKRollup（Starknet、Hermez、zkSync、Scroll、Taiko等）、以并行生意为主的Fuel，AltLayer、Smooth等也在各自的方案领域继续前进。
随着Rollup等Layer2的茁壮生长，泛指这些Rollup和并行生意产物的执行层观点正式提出。固然，不仅是以太坊，抑或是在优化了TPS和生意成本的Solana、BNBChain、Cosmos、Aptos等公链，各自的官方或社区都提出自己的Rollup和执行层产物。由此，我们不仅进入多链并存的时代，也进入多类执行层并存的场景。这也为开发者、用户和生态带来纷歧样的问题：各自的执行层产物自力封锁，生态难以共享，用户在相互之间操作成本繁重，开发者构建和运营时间周期和成本昂贵。为此，以Rollup作为服务的产物同样面世。例如Sovereigen Labs，Stackr Labs，Eclipse Builders，Dymension等。这些产物类比于执行层的Hub，将原本定位于二层网络的Rollup转变为Layer3，由此组织单Hub多Rollup的树枝型执行层。
由于扩容场景的历史需求，执行层的产物探索和研发多年，各自的方案在这么多年都有获得重大突破。在未来的周期里，执行层的产物依然有不少尚未解决正在探索的问题：如去中央化定序器、zkEVM和并行生意等。
数据可用层产物及项目
大数据时代和云时代的到来，作为现代社会基础资源的数据，可以在种种决议场景提供协助和支持，其战略职位犹如已往的石油一样平常。当我们提到区块链的数据时，通常指的是链上存储的种种生意数据和智能合约数据。这些数据存储方式和传统的数据库有所差异，从某种角度而言，区块链的数据存储方式是漫衍式的，即每个节点都要存储一份完整的数据副本。当下，随着链上用户生意数据的活跃以及智能合约的繁荣，区块链数据在线性增进的基础上面，泛起指数级增添的迹象。比特币网络从2016年55G的全网巨细，一直根据每年50G增进，然则在2020年最先，其网络巨细的年增进量最先跃迁为60G，停止当下2023年2月，全网数据巨细是459G。
https://www.blockchain.com/explorer/charts/blocks-size
作为天下盘算机和智能合约平台，以太坊的全网数据远比聚焦在支付领域的比特币要大得多。通过Etherscan可以看到，现在成为以太坊默认全节点至少需要800多G空间，成为以太坊Archive全节点至少需要13000G存储空间。
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不仅整体的数据量重大，而且大部门数据都是以非名堂化的形式存储的，由此造成区块链数据的处置、索引和查询难度极大。为此，站在单体区块链的角度思索，若何高效地、廉价地存储、快捷地处置和支持海量接见区块链数据成为极其主要的研究偏向。
早在比特币白皮书提出之时，中本聪对于网络的状态爆炸做了预先的解决方案：划分是Reclaiming Disk Space和Simple Payment Verification（SPV）。Reclaiming Disk Space是允许节点对于花费的历史数据举行修剪从而降低全网数据巨细，此方案在一定水平可以降低维护成本和介入门槛，然则由于全网数据体量的重大，以及账户模子的单体区块链，例如以太坊，维护的数据维度和UTXO模子纷歧样，直接适用水平会对照有限，但基于Reclaiming Disk Space的思绪，以太坊社区延申和追求的方案是将账户状态从区块链星散出去的Stateless Ethereum方案，。SPV主要是提倡轻节点Merkle树验证区块链生意数据的方案，在实现网络的低介入门槛之外，保证生意数据的有用性。由于SPV的轻节点单纯下载区块头信息举行验证，以是可能会收到敲诈性证实攻击。为此，现在Celestia的联创Mustafa Al-Bassam、Mysten Labs的Alberto Sonnino和Vitalik曾在2018年揭晓《Fraud and Data Availability Proofs:Maximising Light Client Security and Scaling Blockchains with DishonestMajorities》提出敲诈性证实攻击的解决方案，在此，单体区块链的数据可用性可以被明晰为轻节点在不完全同步区块数据的条件之下，仅通过生意Merkle树对于生意数据的有用性验证。
对于模块化区块链的执行层而言，单体区块链的数据转酿成为链上数据，执行层的生意数据通过压缩存储成为链上数据其上的链下数据。链上数据对于链上数据不仅有通例的存储查询等性能和成本的直接要求，还会依赖链上数据随同的共识机制举行平安性保证。云云，正是执行层产物的生长，厚实了单体区块链的数据可用性，并扩展了数据可用层观点对应的上下文。
在继续往下之前，我们必须明晰，数据可用层和数据存储层是不能混淆的观点。数据可用层强调的是可用性，是以数据的有用性角度举行思索。数据存储层更多是站在盘算机存储器的角度去界说数据的存储和使用性能，更多的关注是链上存储的成本用度、读写效率等。数据可用性一定是基于数据存储层延展出来的观点，此处延展的正是共识机制带来的可用性。换一种说法，Don’t Trust，Verify，此处的Verify对应的即是数据可用性。
以太坊，作为现在执行层产物首选的数据可用层，由于其自身的Gas模子和Calldata结构，存在以下显著的瑕玷：1，数据的操作和存储成本高；2，数据的存储容量有限；3，网络资源分配不均。为此，以太坊通过EIP-4844的Proto-Danksharding、Data AvailabilitySampling（DAS）、Erasure Coding和Proposer/Builder Separation等提出自身的数据分片和状态扩容方案。未来，以太坊将引入新的Blob生意类型和分外数据层，在保证数据可用性的条件之下，降低当前链上的动态存储成本。至于其他专门的DA产物，不仅在数据可用采样性、Erasure Coding等手艺方案探索，也增添各自对于数据可用性领域的研究突破，例如Polygon Avail的Fast Sync手艺和Celestia的主权性和互操作性。除了数据可用层的产物，在现有数据存储层方面，我们也可以看到有BNB生态新推出的存储侧链Greenfield，以及Kvye和Arweave等组合类产物。
共识层产物及项目
Not your keys, not your crypto。在区块链网络，秘钥代表着数字资产的所有权。为了确保秘钥与数字资产对应的所有权，区块链网络必须实现壮大的共识机制，以保证足够的去中央化水平和平安性。共识机制保障的是相符单体区块链生意名堂的数据，例如比特币保障的是其上的生意以及生意内置的剧本逻辑，以太坊保障的是EVM可以执行和验证的生意。不仅云云，由于区块链天下存在两类具有显著差异的共识机制（PoW和PoS），差异单体区块链之间的差异共识，是难以举行互操作连系和使用的。另外，纵然是原生支持多链互操作性的单体区块链，例如Cosmos和Polkadot，只管已经在生意名堂，抑或是共识机制方面可以实现兼容，但仍然存在共识机制难以共享使用的情形。
进入共识层产物之前，让我们先领会和熟悉PoW和PoS的生长和当下状态。
PoW可以大略地明晰为用物理天下的算力保证区块链网络的平安，其面临的最常见攻击是51%算力攻击和双花攻击，因此，只有网络的算力足够重大，网络的平安性才可以得以保障。许多新型的PoW公链，在冷启动阶段，由于早期算力的不够，网络很容易遇到平安问题。为此它们要么通过长时间高成本的算力积累，要么思量借助比特币等传统PoW网络的挖矿算力接纳同样的PoW算法举行团结挖矿。由于区块链的算力本质是随着区块高度的增添而逐渐增添的，团结挖矿/合并挖矿是通过加密经济激励机制租用算力，当两条公链利益重合匹配的时刻，团结挖矿/合并挖矿对于矿工而言是有吸引力的，然则，当新PoW公链和比特币网络利益泛起冲突的时刻，由于比特币网络并没有设施在协议层面制裁矿工，以是，矿工一样平常会接纳晦气于其他新PoW公链的行为。例如，在很早以前Namecoin就通过和比特币网络的算力举行团结挖矿，由于团结挖矿方案在某些场景会造成两个网络的利益不匹配，以是造成了Namecoin的潜在风险。对于实现了智能合约功效的比特网侧链RSK而言，只管RSK在与比特币网络的利益层面做了优化，然则其自身的迭代开发都受限于比特网的非图灵完整性，故而在团结挖矿方面的突破是有限的。另外，对于Quai Network此类从设计之初，原生地提出多链团结PoW，在算力层面举行抱团取温和。即便云云，Quai Network也仅仅是将共识的冷启动成本举行均摊而已，也无法做到PoW共识机制的复用和组合。
PoS共识机制的焦点是行使权益珍爱网络，权益的价值将决议网络的总体价值，只有足够高价值的权益才气保障高价值的网络。现在盛行的PoS机制是基于PBFT改良的，本质依然是权益的证实。常见的PoS网络有着名的Cosmos和Polkadot。承袭着最小化信托的机制，Cosmos作为Hub，是不会自动干预生态应用链的共识机制。Cosmos生态的应用链可以复用整个生态完善的开发栈，然则，在维护对应应用链网络的时刻，网络验证者集的确立和维护是需要极高的门槛和成本，这也是信托和平安的成本。不少应用链一样平常会用空投吸引Cosmos验证者，提供高额的通胀奖励激励验证者举行质押珍爱网络。为削减共识机制的确立成本和提高应用链的平安，Cosmos 2.0提出种种改善方案，例如，可以借用Cosmos为应用链举行平安共享ICS，可以为应用链举行共识共享的Space Mesh等。除此之外，Cosmos生态的Babylon也实验将比特币网络的PoW共识平安引入Cosmos生态用于保障应用链的平安。对于波卡而言，我们都知道其连系了极强的链上治理模子和前沿的共识理念。可以这么明晰，波卡通过平行链卡槽拍卖的机制，直接将共识机制的保障界线扩展到其他链的生意。不能否认，这些机制在复用共识方面，是具有超前的理念，然后由于链上治理的效率和共识的强需求存在不匹配，由此造成波卡平行链的淡出视野。
现在，让我们回到合并之后PoS共识机制的以太坊。以太坊是极佳的共识层产物资源，多年的PoW沉淀生长促使以太坊积累高额的价值，探索和迭代多年的PoS机制，配上以太坊完善的智能合约平台，以及蓬勃生长的以太坊执行层产物，促使将PoS以太坊作为新一代共识层产物的条件条件已经成熟。我们可以在现有以太坊质押的逻辑基础上面，通过设计合理有用的激励和责罚机制，复用质押的以太坊，将此部门的以太坊珍爱其他类型的网络，例如预言机网络、跨链桥网络等。这其中，EigenLayer在此赛道举行了多年的研究，其最近也公布对应的白皮书，正式提出Restaking的观点，并从slashing机制形貌自身网络的功效和设计。除此之外，近期火热的以太坊流动性子押衍生品赛道产物，本质上面拥有大量质押的以太坊，一旦泛起合适的共识层产物，流动性子押衍生品赛道的产物都将可以无缝地作为共识提供者介入进来。
结语
现代软件开发盛行面向服务的微服务架构，通过将应用程序拆分成为功效和特征自力的服务，让每个服务自主地开发、部署和运行，各个服务之间通过通讯和数据共享的方式举行天真组合，以此实现更高的扩展性、天真性和可维护性。微服务架构的生长正在逐步成熟和完善，只管在实践中还存在一些挑战和问题，如漫衍式事务、服务治理、平安性等方面，但随着手艺的进一步成熟和履历的积累，这些问题都逐渐获得解决。
模块化区块链，和微服务架构有不少相似之处，随着区块链的不停生长，也将会成为区块链手艺的主要偏向。当前，执行层产物，正不停肩负更多生意盘算的职能，在用户数据、生意数据等各项指标都取得卓越的效果，数据可用层和共识层在各自的方案领域不停前行，结算层的功效有待开发，各自之间潜在的天真组合将会带来更多无限的潜力。未来，我们有理由信托，模块化区块链将会带来更多创新和时机，为推动区块链手艺的应用和生长做出主要孝顺。
资料
https://developer.offchainlabs.com/docs/home
https://community.optimism.io/
https://starkware.co/starknet/
https://zksync.io/dev/
https://scroll.io/
https://taiko.xyz/
https://www.paradigm.xyz/2022/08/dasData Availability Sampling: From Basics to Open Problems
https://arxiv.org/abs/1809.09044Fraud and Data Availability Proofs: Maximising Light Client Security andScaling Blockchains with Dishonest Majorities
https://ethereum.org/en/developers/docs/data-availability/
https://ethresear.ch/t/the-stateless-client-concept/172/13
https://notes.ethereum.org/@vbuterin/proto_danksharding_faq
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