以太坊:模块化和单体区块链

区块链世界正越来越多地转向模块化架构，以实现真正的可扩展性。即使是像以太坊这样的区块链，它曾经是完全单体的，也正在转向模块化设计，以克服单体区块链设计带来的挑战。

在开始模块化区块链之前，让我们先谈谈单体区块链。

单体区块链基础知识：

要了解来自模块化执行层的创新，我们首先需要了解单片区块链如何管理计算和验证。

区块链依赖于执行交易并将它们聚合成一个块的实体网络，称为块生产者。如果没有制衡机制，恶意区块生产者可能会在区块中包含无效交易。为了防止这种情况，区块链依赖于其他节点的网络来确定一个块的有效性，然后再将其添加到他们的链版本中。

单片区块链如何工作？

在单片链中，所有任务都在单个层或一组在同一层上运行的紧密耦合链上处理。后一个区别很重要：处理所有角色的互连区块链网络，例如Polkadot的平行链或Avalanche的子网，不符合模块化架构的条件。

Cosmos生态应用链Noble将原生USDC引入模块化区块链Celestia:5月31日消息，Cosmos 生态应用链 Noble 宣布将原生 USDC 引入模块化区块链 Celestia，为 Celestia 提供对原生稳定币和其他加密资产的直接访问，开箱即用。此外，Noble 将为 Celestia 上的 Sovereign Rollups 引导稳定币流动性，Sovereign Rollup 开发人员可以直接访问和使用 USDC 和其他开箱即用的稳定币进行 Gas 和链上交易，并将能够在专用区块链上启动一个新应用程序，在 Noble 上铸造 USDC，通过 IBC 或 Hyperlane 连接他们的区块链，启动便宜且快速的稳定币交易。[2023/5/31 11:49:54]

什么是单体区块链架构？

上一节描述了工作量证明链上交易的工作流程，但它如何转化为单体架构？以下是单片链上的节点为每笔交易所做的事情列表：

Celestia 模块化框架产品 Rollkit 推出比特币 Rollup:3月9日消息，Celestia 旗下模块化框架产品 Rollkit 宣布推出比特币主权 Rollup，使用比特币作为数据可用性层。

Rollkit 是由 Celestia 开发的新框架，于 2 月 21 日推出，旨在模块化区块链的不同组件，使开发人员能够部署 Rollup，自定义和选择数据可用性层作为区块链数据的来源，以及处理交易的执行层。[2023/3/9 12:51:01]

1.数据可用性

每个节点都持有整个区块链的副本并存储每笔交易。对等点始终可以从其他节点请求交易数据。

2.执行

所有节点重新执行交易以检查有效性。在基于账户的区块链上，节点执行交易以计算新的网络状态。

Lido V2引入Staking Router模块化架构，允许任何人创建Lido staking模块:金色财经报道，Lido发布推文称，作为Lido V2的一部分，引入了Staking Router模块化架构。Staking Router是一种升级，它将Lido staking operator registry转变为模块化 + 可组合的即插即用架构，允许Lido以更自下而上的理念转向更模块化的架构。任何人都可以提出一个模块，每个验证者池都被视为自己独立的模块。虽然Staking Router负责在所有模块之间分配资源，但每个模块都管理自己的内部运营商注册表、存储密钥以及参与者之间的权益 + 奖励分配。[2023/2/11 11:59:54]

3.共识

节点同意为新块处理哪些交易以及它们包含的交易的顺序

Fuel Labs推出模块化执行层Fuel Beta-1测试网:9月9日消息，以太坊模块化执行层Fuel开发商Fuel Labs宣布推出面向开发人员的Fuel Beta-1测试网，开发人员可以随意向其部署合约，无需许可或白名单，用户也可以与已部署的合约进行交互。另外，任何人都可以使用水龙头获得一些测试ETH来部署合约或与合约交互。FuelLabs提醒称，Beta-1不是激励测试网，参与该网络将不会获得直接奖励。

Fuel 通过并行交易执行为以太坊提供可扩展性。本周， Fuel Labs宣布完成8000万美元融资，Blockchain Capital 和 Stratos Technologies 领投，Alameda Research、CoinFund、Bain Capital Crypto、TRGC、Maven 11 Capital、Blockwall、Spartan、Dialectic 和 ZMT 等参投。[2022/9/9 13:18:44]

4.结算

Bitfinex旗下数据流平台Dazaar实现模块化接口部署 可接入BTC等支付网络:近日，Tether和Bitfinex首席技术官Paolo Ardoino发推称，Bitfinex旗下开源点对点数据流平台Dazaar网络现已实现部署一个模块化接口。用户可利用该接口接入任何想要的支付系统，例如通过主链或闪电网络接入BTC支付网络、Tether等等。[2021/1/17 16:21:56]

结算需要将交易永久提交到链的历史记录中。提议交易的节点必须以经济利益为代价来对抗区块的完整性。对于工作量证明区块链，这个“权益”是挖掘新区块所消耗的能量，而权益证明区块链要求验证者在区块的有效性上质押代币——这些代币可以从试图破坏的不良行为者那里没收。将虚假或不准确的交易写入链中

单片区块链架构需要节点来执行所有这些角色。这不同于将执行与结算、共识和数据可用性分开的模块化链。

什么是模块化区块链？

模块化执行层负责处理事务和应用单独的状态转换。

诸如燃料之类的区块链将模块化执行层定义为：为模块化区块链堆栈设计的可验证计算系统。更具体地说，是利用模块化区块链实现数据可用性的欺诈或有效性可验证区块链。

与单体执行层相比，模块化执行层提供了两个核心优势：

单片链将计算和验证耦合在同一层，导致安全性低于标准且可扩展性有限。模块化执行层通过解耦计算和验证来避免这种情况，从而在规模上提供更强大的安全保证。

当涉及到它们可以支持的计算速度和多样性时，单片链被锁定在低效的技术中。另一方面，模块化执行层可以专门设计用于优化高效计算。

模块化区块链如何工作？

模块化区块链按照模块化原则运行，模块化是指将系统分离为不同的组件，这些组件可以以各种方式组合以实现特定目标。模块化组件可以被认为是乐高积木，可以组合形成不同的结构。

模块化是基于专业化的：每个组件只能做一些事情，但必须把它们做好。

什么是模块化区块链架构？

模块化区块链可以设计为处理以下一项或多项任务：

执行：支持交易的执行，实现智能合约的部署和交互。

数据可用性：保证交易数据的可用性。

共识：就交易的内容和顺序达成一致。

结算：提供一个用于完成交易、解决争议、验证证明以及在不同执行层之间架桥的层。

模块化区块链设计有什么好处？

模块化区块链设计具有以下优势：可扩展性、灵活性和启动新区块链的能力。

1.可扩展性

区块链三难困境指出，区块链只能具有三种可能的品质中的两种，但不能同时具有三种品质：去中心化、安全性和可扩展性。针对某些品质进行优化会导致在其他领域进行权衡，这就是扩展区块链很困难的原因。

然而，当区块链试图在单个层下一次处理所有活动时，通常会出现扩展困难。将模块化应用于区块链可以提高规模，而不会引入不健康的信任假设。

例如，专注于执行的汇总提供了比常规链更大的可扩展性。尽管如此，他们还是依靠以太坊来实现共识和数据可用性，从而实现了高度的安全性。

2.推出新的区块链

由于需要建立其安全属性，因此启动新的区块链可能很困难。权益证明链可能需要建立广泛的代币分布以避免中心化风险，而工作量证明链可能需要吸引矿工以防止少数方控制网络的哈希率。

但是，如果开发人员可以专注于最低限度，例如执行，并插入另一个模块化区块链组件来处理特定任务，例如安全性，会怎样？通过利用模块化设计，新的区块链可以更快地启动，而无需担心架构的每个部分是否正确。

3.灵活性

模块化提供了单片链根本无法提供的灵活性。比特币对去中心化和安全性的关注自动排除了可扩展性，而高吞吐量链通常会在一定程度上权衡去中心化和安全性。

专门构建的模块化链在权衡和设计实施方面提供了更大的灵活性。例如，模块化区块链系统可能包括专注于安全性和数据可用性的模块化链，而其他则专注于执行。以下是两者如何从模块化设计中受益：

安全和数据可用性层受益于额外的可扩展性，因为事务是单独处理的。它只需要强制执行链下执行的有效性并保证链下数据的可用性。这就是以太坊的可扩展性如何从使用汇总中受益。

通过利用父链的属性，执行层从额外的安全性中受益。这就是第2层如何从以太坊的去中心化中受益。

结论。

通过采用在单一诚实少数假设下允许高安全性的设计，模块化区块链层能够开发比单线程设计已经达到的性能更高的区块链。

然而，除了计算与验证分离带来的可扩展性优势外，可通过更多地关注顶层设计来进一步提高可扩展性。

在这一层提高计算的可扩展性和效率是构建更好区块链的下一步。

目前正在开发的大部分模块化执行层都使用以太坊作为母链，因此默认使用EVM作为执行环境。这相当于提高内燃机的能源效率的设计：对已经过时的技术进行增量改进。

实际上，模块化堆栈开辟了更广阔的设计空间，消除了模块化执行层依赖低效EVM的需要。

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