2023年重要敘事，模塊化區塊鏈在做什麼？

本文轉譯自Thor Hartvigsen《The Modular Blockchain Thesis🪐》

前言

「區塊鏈模塊化」這個議題其實一直被拿出來討論，隨著區塊鏈發展越來越全面，越來越多人開始討論將區塊鏈模塊化設計後，到底能不能解決區塊鏈的「三角悖論」？

這篇文章剛好就來探討一下，區塊鏈模塊化會是 2023 年最重要的敘事嗎？隨著區塊鏈模塊化的發展越來越完整，真的能徹底改變發展空間和應用嗎？

聲明：本文已取得原文作者授權，作者為 Thor Hartvigsen（@ThorHartvigsen）

文章內容

第一部分

當前需要改進的問題：

• 無需信任的跨鏈溝通
• Rollups 的可擴展性（當交易數量增長到足夠一定量時）
• 提高吞吐量同時保持高水平的安全性和去中心化（區塊鏈三角悖論）

為了確保透徹理解這些概念，本文將分成幾個區塊進行討論，

區塊

區塊是區塊鏈的組成部分。單個塊由兩個部分組成：

• 區塊頭：包含前一個塊的哈希值、時間戳等數據。
• 區塊體：包含此塊中包含的所有交易。

目前最受歡迎的擴展策略是直接擁有更大的區塊（例如 Solana）。
「更大的區塊」代表「吞吐量增加」，但在去中心化方面是一個問題。
對於更大的區塊，節點必須下載更多的數據；畢竟很少人能夠負擔得起所需的更昂貴設備。 

節點

• Full Nodes：

需要存儲整個區塊鏈以及自第一個區塊以來執行過的所有交易。確保共識並確保數據可用並且區塊有效以便在區塊鏈上執行交易。

• Light Nodes（又名 Light Clients）：

用於匯總並將大部分工作外包給完整節點。
不驗證交易，但檢查每個區塊是否達成共識，區塊數據是否可用於網絡。大多數 Light Nodes 依賴於「誠實多數假設」，假設大多數參與者（例如驗證者）是誠實的。

由於 Light Nodes 不需要過多硬體設備。但需要更多節點，導致有時整體安全性較弱。

Rollups（以太坊）

Layer 2 是建立在以太坊之上的鏈，使用以太坊主網作為結算層。而Rollups 可以被認為是一個單獨的執行層，並將交易包發送回主網進行驗證。 
目前常見的 Rollups 有兩種類型：

• Optimistic Rollups
• Zk Rollups

區塊鏈層

區塊鏈可以分為 4 個不同的層：

• 執⾏層 (Execution Layer)：為 DApp 提供環境並處理交易。 
• 數據可⽤性層 (Data Availability Layer)：節點從區塊生產者那裡接收區塊並檢查數據（交易）是否公開可用。
• 共識層 (Consensus Layer)：決定交易的順序性、有效性以及節點之間的⼀致性。
• 結算層 (Settlement Layer)：決定區塊鏈的實際狀態（最終性）。

單體區塊鏈 (Monolithic) vs 模塊化區塊鏈 (Modular)

• 單體區塊鏈：是由四層組成的鏈，會處理區塊過程的所有部分。以太坊和目前所知道的大多數其他區塊鏈都是單體區塊鏈。 
• 模塊化區塊鏈：是將這些層中的一個或多個外包給外部鏈的鏈。由於模塊化區塊鏈可以專注於特定元素，因此可以達到新的可擴展性水平。

以太坊上的當前 Rollups（例如 Arbitrum 和 Optimism）充當執行層，並使用以太坊主網實現數據可用性、共識和結算。

這些 Rollups 使用「鏈上數據可用性」，因為它們將數據發佈到指定的 Layer 1（以太坊）。 
相比之下：具有「鏈下數據可用性」的 Rollups 在其指定的 Layer 1 以外的其他地方發布其數據。

Rollups 仍然可以使用以太坊作為結算層，但通過 Celestia 作為數據可用性層發布其數據（鏈下數據可用性）。

以下是以太坊上不同類型的 Rollups 結構。

• 基礎層：Ethereum 主網。
• Rollup：例如 Arbitrum & Optimism（作為執行層並使用 Ethereum 做其他事情）。
• Validium：類似採用「鏈下數據可用性」的 Rollup，例如 Celestia。

第二部分

Celestia 是一個模塊化的區塊鏈網絡。所有 VM（不僅僅是 EVM）的區塊鏈和 Rollup 可以使用 Celestia 作為數據可用性層和共識層。

讓我們仔細看看它是如何工作的。

如下圖所示，Celestia 為模塊化擴展提供了不同的解決方案，例如：「Sovereign Rollups」、「Celestium」等。

首先，讓我們快速了解一下 Celestia 的內部結構並深入了解「數據可用性層」。

數據可用性：

作為一個節點，從區塊生產者那裡收到一個區塊，並且需要驗證數據是否公開（已發布），以便可以將其添加為區塊鏈中的下一個鏈。

數據可用性問題：

數據被隱瞞時發生。 具體來說，區塊生產者不會洩露新區塊的數據（數據隱瞞攻擊）。節點突然無法批准該塊，因為它無法讀取數據。這是 Rollup 中的常見問題。 

數據可用性採樣 (Data Availability Sampling, DAS)

Light Clients 無需下載所有數據即可驗證數據可用性。由於運行數據的小樣本，每次都會增加 50% 的數據實際發布的確定性。

Nick White 的討論串（詳參考資料2）以非常直接的方式強調了這一點的改進。

在許多情況下，Light Nodes 只需下載不到 1% 的數據，就可以 99% 地確定所有數據都已發布。 這是一個巨大的進步！

暫時回到 Light Client。之前說過，Light Nodes 在硬體設備要求方面要便宜得多，但由於它們依賴於「誠實多數假設」，因此安全性有所降低。

那麼，Light Client 的「誠實少數假設」呢？

Celestia 的 Light Nodes 通過下載一小部分數據來使用數據可用性採樣。他們依賴於「誠實少數假設」（假設少數區塊鏈參與者是誠實的並遵守協議規則），這顯著提高了安全性。

這是對不同 Nodes / Client 的深入比較：

現在讓我們看看 Celestia 的不同解決方案：

Sovereign Rollups

自己處理執行和結算，而不是使用以太坊作為結算層（如 Arbitrum 和 Optimism）。

Sovereign Rollups 的好處：

• 更多執行環境的自由度
• 不共享計算資源
• 如果出現問題，能夠進行硬分叉

Sovereign Rollups 與 Layer 1 更相似，並且可以「橋」接到其他 Sovereign Rollups 和結算層。 

Cluster

區塊鏈 Cluster 是一組區塊鏈和 Rollups，它們可以以「信任最小化方式」進行相互溝通，信任最小化橋是兩個鏈之間的橋樑，不需要中間人或「誠實多數假設」來確保資金安全。

Cluster 的一個例子是以太坊及其 Rollups（Layer 2）或 Cosmos 生態系統中的不同鏈。
這些能夠進行 Cluster 溝通（信任最小化的橋而不是受信任的橋）。

以下是所有與 Celestia 結合的內容：
信任最小化溝通（Cluster 內部溝通）需要「誠實少數假設」。
這正是 Celestia 使用的，因為 Light Nodes 使用數據可用性採樣！
信任最小化橋要要安全得多，形成鏈的「Cluster」和「Cluster 內部溝通」，因此，Celestia 為 Rollup 提供了關鍵部分以形成 Cluster，並以無信任的方式進行溝通。

Celestia Quantum Gravity Bridge & Celestiums

Quantum Gravity Bridge 是以太坊和 Celestia 之間的數據可用性橋。
它允許以太坊上 Layer 2 的「鏈下數據可用性」（即使用 Celestia 作為數據可用性層的以太坊 Rollups。）

Celestium 是建立在以太坊之上的 Layer 2 Rollups，它使用 Celestia 而不是以太坊作為數據可用性層。但它仍然使用以太坊主網進行結算和共識。其他 Layer 2 也可以做同樣的事情以提高可擴展性。

結論

Celestia 作為一個獨立的數據可用性層，在某些情況下也可以是共識層，由於數據可用性採樣和「少數誠實」Light Nodes的固有技術，Rollups 可以使用 Celestia 來提高可擴展性。

第三部分

通過談論 Fuel Labs 來結束這一切，Fuel Labs 正在構建一個可與以太坊和 Celestia 實現的執行層，保持高安全性和去中心化的前提來擴展吞吐量。

Fuel Labs 的一款產品是他們為擴展以太坊而構建的 Optimistic Rollups。包括：

• Fuel 和 Ethereum 之間的信任最小化橋。
• FuelVM：通過使用「UTXO」（Unspent Transaction Output）運行智能合約進行並行驗證。
• Sway 程式語言。

簡單描述一下，FuelVM 可以同時運行多個處理程序（並行驗證）。

因為 Celestia 適用於所有 VM，Fuel 還可以使用 Celestia 作為數據可用性層和/或共識層來啟動 Rollups。

結論

如同前言所提到的，「區塊鏈模塊化」的議題一直被拿出來討論，那麼到底跟過往我們理解的區塊鏈架構差異在哪裡？這篇文章或許會是一個稍微好理解的內容。

模塊化將各自負責的功能分權出去，雖然是希望透過這樣的作法去解決三角悖論，但我看到現在，其實還沒有一個項目可以完全解決這個問題，幻想是美好的，但現實總是打臉我們；雖然短時間真的要看到吞吐量高，又兼顧安全性和去中心化的區塊鏈架構有點難，但看到不少項目都在研究這一塊，或許，一兩年之內真有機會看到完美解法。

我自己的看法則是「區塊鏈模塊化」長期發展下去，是可以幫助區塊鏈蓬勃發展。畢竟可以使開發者更容易地創建新應用，同時減少重複的開發工作。還可以提高區塊鏈系統的可擴展性和可維護性。因此，模塊化這一個趨勢對區塊鏈技術的發展會產生積極且正面的影響。

參考資料

1. Thor Hartvigsen 《The Modular Blockchain Thesis》
2. Nick White 《Data Availability Sampling is a major breakthrough in blockchain scaling》
3. Celestia
4. Fuel Labs