比特幣網絡的誕生為區塊鏈的發展拉開了序幕，受限於區塊鏈的不可能三角，比特幣以犧牲可擴展性為代價實現更高的安全性和去中心化程度。比特幣網絡讓人詬病的性能激發公鏈開發者尋求更好的區塊鏈解決方案，區塊鏈的不可能三角成為公鏈進化和發展不可逾越的鴻溝。以太坊的誕生開創了智能合約型公鏈的先河，推動區塊鏈向應用型公鏈演化發展，伴隨著Defi盛夏和NFT熱潮，以太坊鏈上交易量的激增導致網絡不堪重負，交易費用高昂。以太坊網絡可擴展性較差的劣勢激發公鏈開發者尋求更高性能的替代方案，Solona, BNB, Fantom等高性能公鏈開始崛起，不斷蠶食以太坊的市場份額，但高可擴展性是以犧牲安全性和去中心化為代價的。
無論是比特幣、以太坊，還是諸如Solona, BNB, Fantom等高性能公鏈，本質上都屬於單片式區塊鏈，涉及的所有操作都在同一個單體內完成，因此需要在安全性、可擴展性和去中心化三者之間進行權衡。傳統的單片式區塊鏈，即包括共識、結算、執行和數據可用性都在同一個單體中進行，沒有勞動分工，無法從根本上解決鏈上交易數量級提升帶來的可擴展性瓶頸問題。面對區塊鏈擴容客觀條件的限制，開發者們摸索出一條行之有效的改革路徑，能夠在一定程度上解決區塊鏈的不可能三角問題，傳統的單片式區塊鏈開始向模塊化區塊鏈的方向探索和發展。
以太坊+Rollup
以太坊二層擴容解決方案可以看作是最初的公鏈模塊化形式。隨著以太坊網絡鏈上交易的增長，主網性能低下導致gas 費用高昂，以太坊二層擴容解決方案應運而生，包括狀態通道、Plasma、Rollup、側鍊等擴容方案。 Rollup作為應用最廣泛的以太坊二層擴容方案，通過將復雜計算轉移到鏈下，鏈上驗證的機制提高以太坊主網的可擴展性，能夠在一定程度上降低gas 費用。 Rollup的本質就是將執行功能從以太坊單片鏈中解耦出來，由二層來執行，數據可用性、共識和結算仍然在主網進行。 Rollup作為公鏈模塊化的最初嘗試是成功的，湧現出一批明星項目，如Arbitrum、Optimism、Zksync等。據L2BEAT數據數據顯示，截止至7月3日，Arbitrum的鏈上資金鎖倉量達到19.4億美元，位居Layer 2賽道的絕對龍頭位置，Optimism、dYdX的TVL位列2-3名，分別為7.42億美元和6.19億美元。
但基於Rollup的以太坊擴容方案仍有其局限性。相較於二層擴容的鏈下數據可用性解決方案，如Plasma，將數據存儲在鏈下的中心化機構或數據可用性委員會（DAC），Rollup具備鏈上數據可用性，能夠獲得更高的安全性。相對於以太坊主網的交易費用，二層Rollup的費用顯著降低， 但由於Rollup方案將數據以Calldata的函數形式存儲在以太坊主網，佔用了主網區塊空間，因此目前低廉的費用不能支撐二層交易量數量級的提升。如二層擴容方案Arbitrum近期大熱的Odyssey活動，鏈上的交易激增導致gas費用持續飆升，一度超過了以太坊主網的gas費用。究其原因，Rollup面臨數據存儲成本和鏈上數據可用性的權衡問題，在當前的Rollup架構上，低成本和鏈上數據可用性是不可兼得的。
單片鏈/Rollup+Celestia/Avail
Celestia的構想進一步推動公鏈模塊化的進程。 Rollup將區塊鏈的執行功能解耦，數據可用性、共識和結算仍然在同一單體內實現。那數據可用性能否從單體中分離出來，讓以太坊主網只負責共識和結算呢？ Celestia給出了肯定的答案，Celestia能夠為所有Rollup方案提供單獨的數據可用性層，進一步釋放了以太坊鏈上區塊的空間。 Celestia與以太坊Rollup結合的方案被稱為Celestium，Celestium相當於一個無需許可的DAC，通過經濟處罰機制保證數據可用性。 Celestia上的輕節點能通過數據可用性採樣檢測不可用的區塊，如果存在惡意驗證者集合，能有效識別出來。 Celestium的安全性強於DAC弱於Rollup，費用會比DAC 高一些，但相對於Rollup顯著降低。
除以太坊擴容方案Rollup 外，Celestia能夠應用於所有的單片式區塊鏈。在基於Celestia的Rollup架構上，Celestia作為數據可用性層和共識層，職能僅包括保證數據可用性和交易排序，並不驗證交易的有效性。搭建在其上的Rollup作為結算層和執行層，負責交易的驗證和執行。 Celestia和Evmos合作構建的Cevmos架構讓模塊化更進一步，Evmos作為Cevmos專用的結算層分離出來，進一步提高了可擴展性。 Evmos是基於Tendermint共識和Cosmos SDK搭建的EVM兼容智能合約型公鏈，Cevmos將Tendermint共識替換成Optimint共識，使開發人員能在其上部署模塊化的新鏈Celestia，Evmos作為專用的結算層稱為結算Rollup，在結算Rollup上部署Rollup的遞歸結構，即Cevmos是Rollup的Rollup。
與Celestia類似，Avail是Polygon推出的模塊化數據可用性解決方案，提供一個通用的數據可用性層，基於Polygon SDK、Cosmos SDK和Substrate搭建的鏈都可以應用Avail的擴容解決方案。以上兩種數據可用性解決方案在技術實現上並無本質差別，都是通過鏈上輕節點進行數據可用性抽樣來保證數據可用性。 Celestia和Avail分別於5月25日、6月29日上線測試網，預計今年都能上線主網。
Dapp困境和公鏈模塊化
從最初的單片式區塊鏈，到將執行層從單體分離出來的Layer 2擴容方案，再到將數據可用性層做進一步模塊化的Celestia/Avail方案，公鏈經過了兩輪模塊化的升級迭代，本質原因是公鏈的可擴展性無法滿足鏈上交易日益增長的需求。以太坊上熱門的Dapp項目都在尋求轉型以提高可擴展性，如Yuga Labs（CryptoPunks背後的團隊）、去中心化衍生品交易平台dYdX等，NFT的白名單鑄造、衍生品的高頻交易都會引起鏈上交易費用的飆升，嚴重影響用戶的體驗。 Yuga Labs和dYdX都選擇構建主權鏈以提高可擴展性，值得一提的是dYdX已從以太坊遷移到二層Starkware，可擴展性仍然無法滿足用戶的需求。
但Dapp通過構建獨立的應用鏈提高可擴展性可能並不是最優解，Dapp轉型應用鏈存在以下幾點問題：1）安全性問題。 Dapp的安全性由底層的公鏈決定，而應用鏈的安全性由其自身鏈上的驗證節點保證，安全性不如底層公鏈；2）可組合性問題。如原本構建在以太坊的Dapp轉型成獨立的應用鏈，會限制其與以太坊上其他Dapp的連接，喪失了可組合性。以太坊Rollup與Celestia的組合將很大程度地改善以太坊上Dapp所面臨的可擴展性問題，阻斷以太坊上這場熱門Dapp的逃離潮。隨著越來越多公鏈模塊化方案的提出，公鏈的底層基礎設施也將不斷趨於完善，Dapp也將終止這場“實驗性”的大遷移。
作者：yyy