模块化区块链是什么？

2024-10-28 17:33:32 33

模块化区块链是一种新型的区块链架构，它通过将关键功能分离到不同层来提升可扩展性、安全性和灵活性。这种设计解决了传统一体化区块链在处理大规模交易时遇到的性能瓶颈，同时也让系统更具定制性。

什么是模块化区块链？

传统的一体化区块链系统（如以太坊和比特币）通常在单一链上处理所有任务，包括交易的执行、共识（交易验证）、数据存储以及结算。这种方法虽有益于整体安全性和去中心化，但在应对高并发、快速验证和大规模应用时，常面临性能瓶颈。模块化区块链通过多层架构，将这些功能划分到不同模块上，每个模块专注于完成特定任务，实现更高效的资源分配与性能优化。

关键功能

模块化区块链通常包含四大功能模块：

共识（Consensus）：决定交易的顺序及新区块的创建，确保交易的真实性。共识层保证网络节点对同一版本的账本达成一致。

执行（Execution）：处理交易，更新区块链的状态，类似一个运行智能合约的计算引擎。

数据可用性（Data Availability）：存储交易数据，确保数据可以随时供节点下载和验证，是区块链透明性和安全性的基础。

结算（Settlement）：为交易提供最终性，保证交易一经确认便不可篡改，充当链间争议的仲裁层。

模块化区块链如何运作

模块化区块链的核心理念在于将区块链的各项职能分解为不同的模块，并由不同的链分别处理这些职能模块。传统的单体区块链架构通常在单一链上处理所有任务：执行、共识、结算和数据可用性。这种结构在设计上简单，但其缺点在于随着链上活动的增加，可扩展性和性能会变得低下。模块化区块链则通过将这些职能模块化，使得不同区块链可以专注于特定任务，从而实现了可扩展性、去中心化和效率的平衡。以下是模块化区块链运作的详细过程：

执行（Execution）层

执行层负责处理和验证所有交易，管理区块链的状态变更。不同的链可以在执行层上采用不同的架构和优化方式，例如 Rollup 技术、分片机制等，以提高交易执行的速度和效率。这使得执行层可以更灵活地根据具体需求进行扩展，如优化执行时间和降低交易费用。

共识（Consensus）层

共识层主要负责网络中节点之间的沟通与协调，从而达成交易顺序的一致。这一层的去中心化和安全性决定了整个区块链系统的稳健性。例如，PoS（权益证明）可以为共识层提供高效的共识机制，从而在确保安全的前提下实现更高的吞吐量。通过与其他模块化层分离，共识层可以独立地扩展和优化。

结算（Settlement）层

结算层用于验证交易的有效性，管理各执行层之间的资产桥接与流通，并确保跨链交互的安全性。该层通常依托于一个更为稳健和安全的基础区块链（如以太坊），并以智能合约的方式完成验证和结算，确保跨链交易的最终性。

数据可用性（Data Availability）层

数据可用性层确保所有交易数据可供验证节点获取。这一层的独立性为模块化区块链提供了高效的数据管理机制，通过数据分片和抽样等技术降低存储需求，允许轻节点参与数据验证。例如，Celestia的“数据可用性抽样”技术允许节点通过少量数据抽样来判断整个数据的可用性，从而实现高效的链上数据验证。

模块化区块链的运作方式使得每一层都可以根据需求进行优化，彼此独立发展。由于各层不再必须在同一链上运行，开发者可以使用适合的链来完成不同的任务，进而解决可扩展性、安全性和效率之间的矛盾。

主要类型

模块化区块链通过灵活组合执行、共识、结算和数据可用性层，形成了多种结构设计，满足不同的链上需求。根据各模块的组合方式，模块化区块链的主要类型包括以下几种：

Layer 1 和 Layer 2 架构

最基础的模块化区块链架构是 Layer 1 和 Layer 2 的分层设计。Layer 1 是作为底层的基础链，主要负责共识和结算，而 Layer 2 则是一个用于处理执行的链，通过 Rollup 技术提高处理能力。Celestia 就采用了这种方式，支持多个 Layer 2（如 Arbitrum 和 Optimism）使用它作为数据可用性层，从而提高了可扩展性。

执行、结算和 DA 层架构

在这种架构中，执行、结算和数据可用性层被进一步解耦。执行层专注于交易的打包和处理；结算层验证并存储执行的最终状态；数据可用性层负责确保数据的访问性和存储安全。各模块的独立性更强。Validium 就是这样架构的运用，Validium 是另一种形式的 Rollup，会在链下处理交易之后再将数据提交至L1，数据可用层分离。

主权 Rollup 架构

主权 Rollup 既是执行层又是结算层，数据区块直接发布到 Rollup 上。主权 Rollup 与智能合约 Rollup 的不同在于，它们自身拥有验证节点，交易的有效性和排序由 Rollup 的节点管理，而不是依赖于智能合约层的验证。主权 Rollup 自主控制执行和结算过程，数据可用性则由 DA 层保证。

优势与挑战

优势：

增强可扩展性：不同模块专注处理特定任务，在不牺牲去中心化的情况下显著提升区块链的吞吐量。

灵活性与互操作性：模块化区块链的设计使不同Layer 1和Layer 2链之间的协作更简单，开发者可以根据实际需求自由选择虚拟机和技术堆栈。

支持多功能应用：模块化结构让开发者轻松创建高效且安全的去中心化应用（DApp），为多样化的用例打开了更多可能性。

挑战：

开发复杂性：模块化区块链的多层设计增加了开发难度，对用户和开发人员的技术要求更高，可能延缓普及速度。

缺乏成熟测试：与传统一体化链相比，模块化区块链在实际应用中的测试和验证有限，成熟的链经过了大量测试验证，而模块化网络尚无法比拟。

项目实例

Celestia：作为模块化区块链赛道的龙头，Celestia是一个专注数据可用性的模块化区块链，通过数据可用性采样保证交易数据的可访问性。它允许Rollup等Layer 2网络利用其数据存储功能，同时减少主链负担。

Dymension：Dymension提供了快速部署的模块化区块链“RollApps”，并将网络结构分为前端和后端，类似传统应用的全栈架构。Dymension确保RollApps之间的高效通信，并利用数据可用性网络来存储和提供数据。

结语