模块化区块链:可插拔式解决性能瓶颈

区块链技术的发展历程中,单体架构的区块链系统一直面临着可扩展性的挑战。模块化区块链作为一种新型架构,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全新思路。

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,独立承担着网络的各个层面功能,从数据存储到交易验证再到智能合约执行。以以太坊为例,一条成熟的单体区块链一般包含执行层、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的任务。这种专注使得模块化区块链在特定功能上能够提供更优的性能和用户体验。

在节点架构方面,单体链依赖于全节点,而模块化区块链采用轻节点设计,显著提高了交易速度和网络效率。模块化区块链的灵活性和协作性使其能够将非核心功能外包给其他专家,形成协同效应,实现整体性能的提升。

模块化如何解决"不可能三角"

区块链的"不可能三角"指的是一个区块链网络难以在安全性、去中心化性和可扩展性这三个核心属性上同时达到最优状态。模块化区块链通过将不同的功能分配给专门的模块,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。

模块化区块链的主要分类

模块化区块链可以从执行层、数据可用性层和共识层、结算层三个方面进行分类:

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"。

主流的Rollup技术包括:

• Optimistic Rollups:采用错误性证明机制,默认所有交易有效,通过挑战期内的错误性证明确保网络公正性。

• ZK Rollups:采用有效性证明机制,要求所有交易在被接受前必须经过有效性证明,提供零错误的结算机制。

数据可用性层和共识层

Celestia

Celestia作为模块化区块链领域先驱,本质是一个数据可用性层,为dApps和Rollup的开发提供基础。其创新技术包括:

• 纠删码技术:通过引入数据冗余,确保在高达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):轻节点通过多轮随机抽样验证区块数据可用性,无需下载整个区块数据。

EigenDA

EigenDA是EigenLayer上启动的第一个主动验证服务(AVS),为Layer 2提供安全、高吞吐量和去中心化的数据可用性服务。它利用以太坊共识层的质押者作为验证者,避免了中心化服务商或自有代币的信任风险。

Avail

Avail是Polygon团队推出的模块化区块链项目,其核心架构包括Avail DA、Avail Nexus和Avail Fusion。Avail DA为各条区块链提供DA服务,Avail Nexus提供跨链消息传递协议,Avail Fusion引入多资产质押的POS共识。

结算层

Dymension

Dymension是基于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的开发提供框架。其核心组成部分包括:

• RollApp:专用于特定应用程序的高性能模块化区块链。
• Dymension Hub:承担共识层和结算层功能,为RollApps提供最终的交易确认和结算服务。

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被称为结算rollup。Cevmos将数据发布到Celestia,并作为结算层执行rollups证明。

比特币生态的模块化探索

比特币网络作为一个无状态的非智能合约网络,其系统设计的不完善主要源于UTXO账户系统的局限性和非图灵完备的脚本语言。因此,比特币对模块化的需求比以太坊更为迫切。

Merlin

Merlin Chain作为比特币Layer 2网络,支持多种原生比特币资产的同时兼容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,最终结算层是比特币主网。B² Hub作为第一个比特币模块化的第三方DA层,有望成为多个比特币Layer 2的链下验证层和DA层。

结语

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,为构建下一代去中心化应用提供了坚实基础。从以太坊生态到比特币生态,模块化技术已经在加密货币行业的各赛道中展露头角。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。