模块化区块链技术:可插拔式解决区块链性能瓶颈

区块链技术自诞生以来一直面临着可扩展性的挑战。随着用户和交易量的增加,传统的单体区块链架构在处理能力和效率上遇到了瓶颈。模块化区块链技术应运而生,通过将区块链的不同功能分离成独立模块,为解决这一问题提供了新的思路。

单体区块链vs模块化区块链

单体区块链如比特币、以太坊等,以其全面性著称,独立承担网络的各个层面,从数据存储到交易验证等。它们像多面手一样,对所有环节都有涉猎。以以太坊为例,一条成熟的单体区块链通常包括执行层、结算层、数据可用性层和共识层四个架构。

相比之下,模块化区块链将区块链系统分解为多个专门的组件或层次,每个组件负责处理特定任务。它们像一群专家,专注于各自领域的深度挖掘和技术创新。这种专注使得模块化区块链在特定功能上能够提供卓越的性能和用户体验,例如更低成本的快速交易处理。

在节点架构方面,单体链依赖于全节点,这些节点必须下载和处理整个区块链的数据副本。模块化区块链则采用轻节点设计,仅需处理区块头信息,从而显著提高了交易速度和网络效率。

模块化区块链的一个显著优势在于其灵活性和协作性。它们能够将非核心功能外包给其他专家,形成协同效应,实现整体性能的显著提升。这种设计哲学类似于乐高积木,允许开发者根据项目需求自由组合不同的模块,创造出多样化的解决方案。

模块化技术解决"不可能三角"

区块链的"不可能三角"指一个区块链网络难以在安全性、去中心化性和可扩展性三个核心属性上同时达到最优状态。

• 可扩展性关注网络处理大量交易的能力,及其在用户和交易量增长时保持高效、低成本运行的能力。
• 安全性涉及保护区块链网络不受攻击的成本和难度。
• 去中心化性描述网络的运作不依赖单一中心节点,而是分布在众多节点上。

单体链如比特币和以太坊在去中心化和安全性方面表现突出,但牺牲了可扩展性,导致交易速度较慢和交易费用较高。模块化区块链技术通过将不同功能分配给专门模块,解决了传统公链在可扩展性和交易成本方面的挑战。

模块化区块链的优势在于其分层架构,允许每一层针对特定需求进行优化。数据层可以专注于数据存储和验证,而执行层可以处理智能合约逻辑。这种分离不仅提升了性能和效率,还促进了不同区块链间的互操作性,为构建开放和互联的生态系统提供了基础。

模块化区块链的类型

模块化区块链可以根据其架构特点划分为不同类型。数据可用性层和共识层因其紧密的相互依赖性,常常被设计为一个统一的整体。我们可以从执行层、数据可用性层和共识层、结算层三个方面来了解模块化区块链的不同项目。

执行层 - Layer 2 技术

Layer 2 技术是区块链架构中执行层的延伸,通过构建在底层区块链之上的链下网络、系统或技术,致力于提升主链的可扩展性。Rollup 技术是目前 Layer 2 最主流的解决方案,其核心理念是"链下执行,链上验证"。

Rollup 采用了交易打包技术,将多笔交易打包在一起,仅需一次"运输",从而大幅降低了每笔交易的成本。目前主要有两种 Rollup 技术:

• Optimistic Rollups:采用乐观假设,默认所有交易有效,依赖挑战期内的错误性证明(欺诈证明)。
• ZK Rollups:采用更谨慎的方法,要求所有交易在被接受之前必须经过有效性证明。

数据可用性层和共识层

Celestia

Celestia 作为模块化区块链领域先驱,其本质是一个数据可用性层,为 dApps 和 Rollup 的开发提供了基础。Celestia 采用了多项创新技术:

• 纠删码技术:通过在数据传输过程中引入冗余,确保即便在高达50%的数据丢失情况下,也能完整恢复原始数据块。
• 数据可用性抽样(DAS):轻节点对区块数据执行多轮随机抽样,在不下载整个区块数据的前提下验证区块数据的可用性。

EigenDA

EigenDA 是一个安全、高吞吐量和去中心化的数据可用性服务,是 EigenLayer 上启动的第一个主动验证服务(AVS)。EigenDA 使用 ZK 技术验证 Layer 2 提交的状态数据,以及由 Restaking ETH 保障共识安全的 EigenDA 网络负责最终确定性。

Avail

Avail 是 Polygon 团队推出的模块化区块链项目,其核心架构主要由 Avail DA、Avail Nexus、Avail Fusion 三部分构成。Avail DA 为各条区块链提供 DA 服务,Avail Nexus 是一套标准化的跨链消息传递协议,Avail Fusion 引入了多资产质押的 POS 共识。

结算层

Dymension

Dymension 是一个基于 Cosmos 的模块化区块链平台,通过内置的可扩展性汇总技术,为 RollApp 的开发提供了简洁的框架。Dymension 的架构由 RollApp 和 Dymension Hub 两个核心部分构成。

Cevmos

Cevmos 旨在为 EVM 兼容的 rollups 提供结算层。作为一个 rollup,Cevmos 上构建的所有 rollup 被统称为结算 rollup。Cevmos 上的 rollups 会将数据发布到 Cevmos,然后 Cevmos 对数据进行批量处理,再将其发布到 Celestia。

比特币生态的模块化探索

随着 Ordinals 协议和比特币 ETF 的利好,比特币生态系统迎来新的活力。比特币 Layer 2 技术呈现繁荣景象,各种创新方案推动比特币网络的扩展和优化。

Merlin

Merlin Chain 是比特币生态中最吸引注意力的项目之一。作为比特币 Layer 2 网络,Merlin Chain 支持多种原生比特币资产,同时兼容 EVM。其功能围绕 ZK-Rollup 网络、去中心化预言机网络和链上防欺诈展开。

B² Network

B² Network 采用模块化设计,由 Rollup 层(ZK-Rollup)负责执行、数据可用性层(B² Hub)负责存储数据、B² Nodes 进行链下验证,最终的结算层是比特币主网。B² Hub 被视为模块化比特币扩展解决方案的先驱,借鉴了 Celestia 的设计思路。

未来展望

模块化区块链技术代表了一种更加"灵魂化"的可插拔产品思路。未来,我们有望看到更加灵活和可定制的区块链解决方案,各种服务和功能可以像乐高积木一样轻松地插入和拔出。

随着模块化区块链技术的不断成熟和应用领域的拓展,它将为各行各业带来更多创新的可能性。从比特币的诞生到今天模块化区块链的广泛应用,我们见证了区块链技术如何从单一的数字货币应用,发展成为一个支持复杂、多样化应用的生态系统。未来,模块化区块链将继续推动技术进步,为构建更加开放、灵活和安全的数字世界奠定基础。