為什麼模塊化區塊鏈設計是未來？

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來源：Kyle

原文標題：為什麼模塊化區塊鏈設計是未來?

以太坊的發展正在達到一個新的成熟水平。目前，以太坊所在的位置與其定義的路線圖之間的差距正在迅速縮小。很明顯以太坊正在開發一種模塊化設計架構。模塊化設計的魅力在於，每個模塊的優化都可以放大其他模塊的優化。那麼，模塊化區塊鏈是什麼樣子的，它是如何工作的呢？

什麼是模塊化區塊鏈？

模塊化區塊鏈是專註於處理少數職責並將其餘部分外包給一個或多個獨立層的區塊鏈。要了解模塊化區塊鏈的工作原理，我們必須首先評估常規區塊鏈的「職責」：共識、執行、數據可用性和結算。

1. 共識

共識是指節點就區塊鏈上的哪些數據可以驗證為真實和準確的達成協議的機制。共識協議決定了交易的排序方式以及如何將新區塊添加到鏈中。

2. 執行

執行是區塊鏈上的節點處理交易以在狀態之間轉換區塊鏈的方式。參與共識的節點必須在驗證區塊之前使用其區塊鏈副本來執行交易。

3. 數據可用性

區塊鏈強制執行要求交易數據可用的規則。這意味着區塊生產者必須發佈每個區塊的數據，供網絡對等方下載和存儲，這些數據必須應要求提供。

4. 結算

最後，區塊鏈提供了「最終性」——保證已提交到鏈歷史的交易是不可逆的（或「不可變的」）。要做到這一點，區塊鏈必須確信交易的有效性。因此，結算功能需要鏈驗證交易，驗證證明和仲裁爭議。

模塊化區塊鏈如何工作？

• 模塊化區塊鏈的工作原理是模塊化，模塊化是指將系統分離成不同的組件，這些組件可以以各種方式組合以實現特定目標。模塊化依賴於專業化：每個組件只能做幾件事，但它必須做好它們。您可以將模塊化組件視為樂高積木，可以組合成不同的結構。模塊化鏈是更大的區塊鏈「模塊化堆棧」中的一個組件，可以組合以實現不同的目的。模塊化區塊鏈充當「可插拔模塊」，可以根據用例相互交換或合併。

模塊化區塊鏈可以設計為處理以下一項或多項任務：

• 執行：支持交易的執行，並實現智能合約的部署和交互。
• 數據可用性：保證交易數據的可用性。
• 共識：就交易的內容和順序達成一致。
• 結算：提供一個層，用於完成交易、解決爭議、驗證證明以及不同執行層之間的橋接。

Rollups是模塊化區塊鏈的一個例子。rollup總鏈處理事務（執行），但將共識、數據可用性和結算外包給父鏈。模塊化鏈通常可以執行兩個或多個功能，特別是當它們是相互依賴的時。例如，數據可用性層還必須就數據的順序達成共識，否則就不可能知道哪些數據表示正確的歷史記錄版本。

模塊化區塊鏈使用當前位於L1上的單片區塊鏈的三個組件並將它們分開。就像分工一樣，在分割每個組件之後，我們可以優化每個組件並生產出更好的產品，使整體大於部分的總和。這裡有三個協同作用：

• 模塊化PoS安全性可以在更多分片上重新分發驗證器，因為更多的驗證器在線並且可以安全地支持更多數據，更去中心化，更大規模。
• L1 上的其他分片對匯總的執行能力有放大的影響。在向 L1 分片添加數據之前，rollup可以壓縮大量數據，因此分片中的任何額外空間都會對匯總的可用空間產生巨大影響。規模越大，執行速度越快。
• rollup上發生的網絡事務活動越多，購買 L1 塊空間所支付的總費用就越多。為區塊空間支付的總費用越多，支付給L1驗證者的收入就越多。支付給驗證者的費用越多，增加驗證者的動機就越大。在 L1 中添加更多驗證器，增加計算資源，並創建更多分片。

模塊化設計的優點是，每個模塊的優化都會放大其他模塊的優化。

• 通過PoS增加去中心化，增加以太坊上的分片數量。
• 以太坊 L1 上的更多分片將使 L2 rollup的規模增加幾個數量級。
• L2 rollup的更大規模釋放了新的可行的經濟活動，並最終增加了L1匯總支付的集體費用。
• 支付給L1的更多集體費用增加了運行驗證器的動力，使驗證器池更大，並允許創建更多的分片。
• 來回執行此操作。

解鎖模塊化區塊鏈的未來

雖然故障證明是解決分佈式區塊驗證的有用工具，但全節點依賴於區塊可用性來生成故障證明。惡意區塊生產者可能會選擇僅發佈區塊頭並保留部分或全部相應數據，從而阻止完整節點驗證和識別無效交易，從而生成故障證明。

這種類型的攻擊對於完整節點來說是微不足道的，因為它們可以簡單地下載整個塊，並在它們注意到不一致或保留的數據時從無效鏈中分叉出來。但是，輕量級客戶端將繼續跟蹤潛在無效鏈的標頭，從完整節點分叉。

這是數據可用性問題的本質，因為它與故障證明有關：輕量級客戶端必須確保所有事務數據在驗證之前在塊中發佈，以便完整節點和輕量級客戶端必須自動就規範鏈的同一標頭達成一致。從本質上講，博弈論規定，這裡使用的基於故障的驗證系統將被利用，並導致誠實的參與者處於雙輸的局面。‍

輕量級客戶端如何確保一個塊中的所有事務數據都被釋放，而不必下載整個塊 - 集中硬件需求，從而破壞輕量級客戶端的目的？實現這一點的一種方法是通過稱為擦除編碼的數學原語。通過複製塊中的位元組，糾刪碼可以重建整個塊，即使丟失了一定百分比的數據。

該技術用於執行數據可用性採樣，允許輕量級客戶端通過隨機抽樣塊的一小部分來概率地確定已發佈的整個塊。這允許輕量級客戶端在接受特定塊之前確保所有交易數據都包含在特定塊中，並遵循相應的塊標頭。

但是，此技術有一些注意事項：數據可用性採樣具有高延遲，並且與誠實的少數假設類似，安全保證依賴於以下假設：有足夠的輕量級客戶端執行採樣，以便能夠概率性地確定塊的可用性。

有效性證明和零知識匯總

分佈式區塊驗證的另一種解決方案是消除狀態轉換所需的交易數據。相比之下，與錯誤證明相比，有效性證明假設了更悲觀的觀點。通過刪除爭議過程，有效性證明可以保證所有狀態轉換的原子性，並需要為每個狀態轉換提供證明。這是通過利用新型零知識技術SNARKs和STARK來實現的。

與故障證明相比，有效性證明需要更多的計算強度，以換取更強的狀態保證，從而影響可伸縮性。

零知識匯總是利用有效性證明而不是錯誤證明進行狀態驗證的匯總。它們遵循與樂觀匯總類似的計算和驗證模型（儘管將有效性證明作為模式而不是錯誤證明），通過排序器/證明器模型，其中排序器處理計算並證明生成相應的證明。

例如，Starknet使用集中式音序器啟動，用於引導目的，並在路線圖上逐步分散了開放音序器和證明器。由於在定序器上進行鏈下執行，計算本身在 ZK 匯總上是無限的。

然而，由於這些計算的證明必須在鏈上驗證，因此證明生成的最終性仍然受到瓶頸。請務必注意，利用輕型客戶端進行狀態驗證的技術僅適用於故障防護體系結構。由於狀態轉換通過有效性證明保證是有效的，因此節點不再需要事務數據來驗證塊。然而，有效性證明的數據可用性問題仍然存在，並且稍微微妙一些：儘管有保證狀態，但有效性證明的事務數據仍然是必要的，以便節點能夠更新並為最終用戶提供狀態轉換。因此，使用有效性證明的匯總仍受數據可用性問題的約束。

我們現在的位置

加密貨幣的世界充滿了部落主義和政治。一個人在加密貨幣中的表現將受到這個人來自哪個部落的影響。動機和動機是由預先存在的信念和偏見驅動的。幸運的是，代碼和數學對所有這些事情都免疫。上面的整篇文章可以在不使用「以太坊」這個詞的情況下重寫，並被一個整體優化的模塊化區塊鏈的未知路線圖所取代。

事實上，這種架構並不是由以太坊單獨實現的。匯總不僅僅是以太坊業務，Tezos還採用了以匯總為中心的路線圖，NEAR 還在為分片設計數據可用性，Celestia 正在構建一個專用於匯總的安全和 DA 層。關鍵是，如果我們回到過去或跳到一個不同的平行宇宙，再次擲骰子10，000次，加密貨幣行業將發現自己在99.9%的時間內處於模塊化設計的結論中。

這是區塊鏈技術發展最合理的結論。它與以太坊「政治聯繫」的唯一原因是，以太坊一直是唯一能夠為研發提供充分資金並能將我們帶到這一點的生態系統。隨着時間的推移，我們將看到所有L1區塊鏈要麼退化為模塊化設計結構（限制L1塊空間，將執行推向匯總，增加節點數量），並成為全球非主權貨幣世界，要麼它們將取消共識和數據的負擔，只是將其執行環境移植到更分散的鏈中。

模塊化的區塊鏈設計也說明了去中心化作為區塊鏈關鍵屬性的必要性，這使得所有其他功能得以實現。以太坊通過增加去中心化而不是犧牲去中心化來解決可擴展性三難困境。只有通過優化去中心化，你才能獲得上面解釋的模塊化的好處。

責任編輯：Felix