原文：《Is modular design the future?》by Robert McTague
編譯：倩雯，ChainCatcher
過去十年是智能手機不斷發展的十年。彼時，一些大型公司認為他們能夠通過引進模塊化架構來變革智能手機的發展。 2013年谷歌宣布項目Ara，這是使用模塊化設計的智能手機。 Ara不同於現在使用一式鋁與玻璃材質的單體式手機，用戶可以對其進行多樣化定制，因為關鍵組件都是模塊化的。這樣以來，用戶不需要定期更新手機，只需根據喜好將最新的部件添加到舊手機上。
在手機生態系統中，模塊化並未成功，這一概念已幾乎在科技史上被淡忘。但模塊化這一概念在區塊鏈領域中再次興起，這一次它的命運也許會不同，給區塊鏈發展史帶來濃墨重彩的一筆。
單體式與模塊化
手機有核心部件，如攝像頭、電池和触摸屏，同樣，區塊鏈也有核心部件。手機是單體機的一個很好例子。它配備了使用手機所需的所有部件，沒有提供太多的定制選項。但隨著時間的推移，如果你想要體驗更好的相機，就不得不購入新出的手機。有了模塊化架構，你就不必再多花冤枉錢。相反，你只需要更換你的手機部件。
像智能手機一樣，區塊鏈由多個基本組件組成：
- 共識：區塊鏈的共識層通過計算機網絡對鏈的狀態達成共識，提供排序和最終結果。
- 執行：這一層通過運行指定代碼對實際交易進行處理，也是用戶通常與區塊鏈互動的地方，例如通過簽署交易、部署智能合約和轉移資產。
- 結算：結算層驗證L2上的活動，這些L2包括rollup與結算層。它是記錄實際區塊鏈的最終狀態的地方。
數據可用性：對驗證狀態轉換有效性所需的數據進行公佈並存儲。在發生攻擊或操作失誤，區塊生產者不能提供交易數據時，它應該是最容易進行恢復和驗證的。
單體式的缺點
簡單地說，單體區塊鏈在一個軟件中獨自執行所有這些任務，而模塊化區塊鏈則將它們分離成多個軟件。
這又回到了一個古老的問題，即可擴展性三難問題。
現有的單體區塊鏈傾向於優化三角形中的安全和可擴展性。比特幣和以太坊更強調盡可能的去中心化和提高安全性。但隨之而來的是交易處理的性能不足。去中心化的鏈通常沒有高帶寬來執行交易。以太坊的上限是每秒20筆交易，而比特幣的上限則更低。如果我們想在全球範圍內使用這些協議，每秒20筆交易是遠遠不夠的。一些單體鏈，至少在理論上，可以讓我們更接近全球規模，因為它們的TPS和整體吞吐量是足夠的，但他們往往缺乏去中心化。因此模塊化架構的目的是將區塊鏈的一些工作外包出去，在保持去中心化的同時做出更多性能良好的鏈。
以以太坊為中心的生態系統
以太坊目前是單片區塊鏈。大多數其他L1區塊鏈也被歸類為單片區塊鏈。就像手機的例子一樣，單片區塊鏈的某些功能有時會開始落後於較新發布的鏈。為了解決以太坊目前在吞吐量方面的瓶頸，開發人員正在建立rollup執行層以增加交易帶寬。
rollup執行層是目前以太坊上最廣泛使用的擴容方式。它是獨立的區塊鏈，具有更強的交易執行能力，其淨結果在以太坊上結算，有效地繼承了以太發（更好的）安全性和去中心化。
從高層次來說，rollup是區塊鏈，將其區塊淨結果發佈到另一區塊鏈上。除此之外，rollup還需要有欺詐和有效性證明，以及無需權限插入交易的方法。要實現這些，rollup在部署在L1與L2的兩個智能合約之間同步數據，這也是rollup與側鏈的區別。這些關鍵組件對rollup的安全十分必要，沒有這些組件，rollup可以被關停或審查。
示例：Optimism, Arbitrum, Fuel, Scroll, ZkSync
目前，大多數rollup具備EVM兼容性，以幫助以太坊開發人員實現方便的遷移，但就計算效率和開發便利性而言，其他執行層也許表現更好。用戶想要的功能可能不存在於EVM兼容鏈上，比如賬戶抽象。考慮到開發者的偏好廣泛，這種趨勢可能會繼續下去，我們將看到更多新的解決方案進入市場，如SolanaVM和MoveVM執行層。
Fuel
Fuel是與EVM不兼容的執行層，可以執行其他rollup上無法完成的計算。 Fuel也是第一個“模塊化執行層”，它可以成為主權rollup、結算鏈，甚至是單體鏈。 Rollup只是執行層，但Fuel用途更多。 Fuel表明執行層可以具有創造性，可以優先考慮計算速度而非EVM兼容。
Kindelia
除了是最快的計算層之一，Kindelia具備一個利用其虛擬機的獨特證明系統。 Kindelia的HVM提供了近乎瞬時的證明檢查器，內置於名為Kind的智能合約語言中。 Kind必不可少，因為智能合約可以在他們的代碼中證明代碼是安全的、沒有被利用，且操作正確。這種類型的設計可以解決智能合約編碼不當的問題。
Validium
Validium是數據移到鏈外而非存儲在鏈上的rollup系統。 Rollup系統的整體效率在很大程度上取決於其數據可用性層的能力。當該層無法處理由rollup交易排序器產生的數據時，就會導致處理交易的瓶頸。因此，rollup系統不能處理多餘的交易，這就導致手續費用增加和/或執行時間緩慢。
Validium使用鏈下方案，這引入了更多關於信任的假設。如果想要鏈上解決方案，以改善以太坊的數據可用性層，可以考慮Danksharding。
Danksharding
Danksharding可以與以太坊整合使其成為用於結算和數據訪問的精簡平台。其創新之處在於它能夠將多重概念進行聚合。 Rollup證明和數據驗證在同一個區塊內被進行，使系統無縫且高效。為了維持正常運行，rollup需要存儲大量壓縮數據。 Danksharding為這一要求提供了一個解決方案，為多個rollup提供了數百萬TPS的可能性。
Danksharding是一種將網絡活動進行分片的技術，用於增加數據塊的空間。數據塊是以太坊中更有效和標準化的數據格式，可以承載大量的數據，並被rollup使用以減少手續費。 Danksharding利用“數據可用性抽樣”，使節點能夠只檢查一小部分來驗證大量數據，為未來更便宜和更快L2網絡的出現提供動能，同時實現以太坊的直接交易。
Danksharding將繼承以太坊本身的所有安全性和去中心化。然而，這一技術也存在弊端。由於以太坊的發展速度相對較慢，我們可能還需要幾年的時間才能將Danksharding正確地落實到以太坊中。 EIP-4844計劃引入Proto-Danksharding，這是實現Danksharding的第一步。 EIP-4844引入了一個能承載數據塊的新交易來增強以太坊的表現。這種專門的rollup數據存儲為更具成本效益的收費市場鋪平了道路。
如果你想要一個快速的數據可用性層，但又不想坐等Danksharding的發布，該怎麼辦？ Celestia也許是答案。
以Celestia為中心的生態系統
對於那些不能等待Danksharding的項目，一個可能的選項是利用鏈外數據可用性解決方案。如Validium利用“數據可用性委員會”（DAC）來證明數據的可用性。然而，這種方法並不去中心化，也不安全，因為它依賴於多重簽名，而且沒有辦法驗證DAC目前是否誠實或他們過去是否誠實。
Celestium提供了一個比DAC更安全的選擇。使用Celestium的情況下，對數據的證明受整個Celestia驗證器組押注的，這意味著如果⅔的驗證器提供了不正確的信息，他們就會被懲罰，可能損失一大筆錢。這種即時機制十分嚴格，與DAC中不存在懲罰的情況截然不同。
此外，用戶可以通過在區塊上運行數據可用性採樣和檢查量子引力橋，以驗證Celestia的誠實性。量子引力橋是Celestia與以太坊之間的無信任單向消息傳遞橋。
Celestium與Danksharding都是利用數據可用性採樣（DAS）來驗證所有數據的非惡意性質。 DAS允許節點下載隨機片段來確保區塊的可用性，並在任何部分丟失時發出警報。該警報系統只是採用欺詐證明的DAS機制的一個方面（如Celestia）。在Danksharding這樣的有效性證明DAS機制下，不需要警報系統，因為有效性證明保證了抹除碼和承諾的正確性。這些機制降低了隱藏區塊數據的可能性，並確保眾多節點隨機檢查區塊。
數據抽樣是使Celestia和Danksharding如此安全的原因。至少用戶可以很快發現問題，而在DAC這樣的黑匣裡，問題可能會被隱瞞。
主權rollup：以Fuel 為例
主權rollup與以太坊上傳統rollup的功能不同，不依賴L1的智能合約來驗證和追加區塊到鏈上。相反，區塊被作為原始數據直接發佈到鏈上，而rollup上的節點負責驗證本地分叉選擇規則，以找到正確的鏈。這樣結算的責任從L1轉移到了rollup上。
與傳統的rollup不同，主權rollup和Celestia之間沒有建立信任最小化的橋樑。這可以被看作是一個負面因素，因為用戶會希望橋樑盡可能的信任最小化，但這確實使主權rollup在通過分叉獨立昇級的路徑上具備優勢。這使協調更容易實現，比非主權rollup提供的升級更加安全。從技術上講，這不算是rollup，因為rollup通常意味著有統一的結算和數據可用性層。正因為如此，主權rollup也被簡單地稱為主權區塊鏈。
為了讓開發者在Celestia上更方便地創建主權rollup，Celestia已創建Rollmint取代Tendermint作為共識機制。這使rollup可以直接向Celestia發佈區塊，而不通過Tendermint程序。通過這種設計，鏈背後的社區擁有完全的主權，不受任何其他的權威約束。這與以太坊上的智能合約或rollup背後的社區不同，它們受以太坊社區的社會共識約束。
結算rollup：Fuel、Cevmos、 dYmension
結算rollup具有獨立和模塊化的結算組件。目前，rollup利用以太坊主鏈進行結算，但除此之外還有其他解決方案。以太坊鏈與其他非rollup應用共享，用於智能合約交易，導致其容量縮小，缺乏專業性。
理想的rollup結算層應只允許rollup智能合約和rollup之間的簡單轉賬，同時禁止非rollup應用進行交易結算或使其費用昂貴。
Celestia的設計為開發者提供了一個標準的全局狀態共識層，以構建執行層rollup，作為單一信任最小化集群的一部分。它還實現了同一全局狀態共識層上rollup之間的信任最小化橋接，這是當前架構中不存在的新概念。開發者是否會採用這種新的跨rollup模式，還有待觀察。
結算鏈的例子包括Cevmos、Fuel和dYmension，同時Polygon正在發展模塊化架構與Celestia競爭。在Polygon的模塊化設計中，Polygon Avail作為數據可用性和共識的模塊化組件，而Polygon區塊鏈則是結算層。
單體區塊鏈
許多關於模塊化區塊鏈的文章通常宣稱，與較新的模塊化解決方案相比，單體L1是一種過時技術。但這一觀點很難完全成立，因為以上這些擴展解決方案的一個主要問題是它們給整個系統增加了進一步的信任問題。雖然我們已經討論了大多數DAC和validium可能並不安全，但這種問題甚至也會延伸到執行層（即rollup）。
今天一些最廣泛使用的rollup仍未實現真正的去中心化，儘管它們確保了數十億美元的安全。此外，模塊化組件之間的橋樑，主要是主權rollup，也會面臨跨鏈橋樑所面臨的不安全性。最後，在模塊化堆棧的基礎上進行開發會增加複雜性；對於一些開發者來說，這可能是一種挑戰。我們希望最終rollup能解決這些問題，實現充分的去中心化。然而，單體L1也在嘗試不採用鏈下方案進行創新，在這期間也有可能變得同樣去中心化。
總結
像Kindelia和Fuel這樣的執行層將尤其實現更多用戶增長，因為它們關注速度和新功能的實現，這將使建立在它們之上的應用程序能夠實現創新。
不過這些模塊化設計中仍有許多仍未經過測試，一些模塊化的區塊鏈設計可能永遠不會獲得廣泛的採用。隨著Celestia和Danksharding的廣泛採用，Validium可能會被完全淘汰。 Celestia的主權rollup可能會面臨一些與現有L1相同的橋接問題，由於安全和復雜性問題而阻礙採用。
去中心化、模塊化的區塊鏈在未來仍然會經歷漫長的發展。在此期間，單體區塊鏈將繼續發揮作用並不斷創新。當我們最終達到模塊化區塊鏈被廣泛採用時，單體區塊鏈的發展情形可能也會完全不同。總之，我們需要擴容方案為現有的區塊鏈提供流動性和用戶服務，從長遠來看，模塊化區塊鏈架構可能是最好的方式。
