來源：以太坊
作者：LBank Labs 研究團隊FF
TL; DR
近年來，模組化區塊鏈已成為基礎設施領域的熱門趨勢，許多協議都加入並投資了這一浪潮。以太坊作為領先的智慧合約平台，一直倡導模組化敘事，並一直在探索以Rollup 為中心的路線圖，以應對可擴展性和效率方面的挑戰。然而，現在有必要重新考慮模組化敘事的整體方向以及選擇它的背後原因，因為模組化區塊鏈也帶來了一些擔憂和新的挑戰。從積極的一面來看，更多的挑戰意味著更多的機會。
本文對模組化敘事進行了深入分析，列出了其演變所帶來的潛在機會。
- 第一部分反映了從傳統的單一塊鏈架構向以太坊主導的模組化設計的轉變，並討論了單一和模組化方法之間的選擇。
- 第二部分重點介紹了模組化區塊鏈的關鍵組成部分，並對每一層進行了深入分析。重要的是，我們還解決了在倡導模組化敘事時經常被忽視或未提及的潛在問題，這為創新和新協議的開發留出了空間。
以太坊模組化敘事的必然選擇
單一式與模組化區塊鏈
在討論敘事時，它們通常是精心打包的技術術語集合，而「模組化」也不例外。在智慧合約平台的早期，我們將礦工稱為驗證者，他們操作節點來維護區塊鏈網路。然而，每個節點實際上由執行不同任務的多個模組組成，例如收集用戶交易、執行交易、更新狀態、提出區塊、對提案進行投票等。這種簡單而有效率的設定就是我們現在所說的單一式區塊鏈。
如果單一節點無法處理所有這些任務，會發生什麼事？在傳統的IT 架構中，通常會將任務指派給不同群組的電腦。在區塊鏈背景下，解決這個問題通常有兩種方法。第一種是水平擴展，引入更多計算機來分擔工作負載，每台計算機只需要處理一小部分任務，這在區塊鏈中被稱為“分片”。第二種方法是垂直擴展，不同組的電腦負責不同類型的任務，每個組只需要處理特定任務，這在區塊鏈中稱為「分層」。
在區塊鏈環境中，以前包含在單一節點中的模組現在被分成不同的層。 Celestia 提供的圖像表明，單一式方法更為通用，而模組化方法更為專業。
擴展以太坊之路
如同前面所提到的，當節點無法處理區塊鏈上的所有任務時，就會出現擴展的需求。在DeFi 夏季期間，以太坊達到了其容量上限，高昂的費用成為吸引新用戶的障礙，因此以太坊被戲稱為「貴族鏈」。這在一定程度上是因為以太坊鏈上龐大的用戶基礎以及過時的架構和設計無法滿足加密用戶的需求。然而，需要注意的是，加密用戶僅佔網路用戶的一小部分，這妨礙了以太坊的大規模應用。
目前，以太坊每12 秒產生一個區塊，區塊空間為30M Gas。假設一個區塊中的所有交易都是最低Gas limit 為21,000 的轉賬，理論上的最大TPS（每秒交易數）約為120。然而，由於區塊中的實際交易主要是合約調用，實際的TPS 要低得多，平均約為15。相較之下，新的替代Layer 1 解決方案可以實現數千TPS，這就是為什麼我們很少聽到它們的生態系統中的模組化設計，因為它們不需要擴展。
因此，以太坊很明顯需要擴展，揭開了模組化敘事的概念。
以Rollup 為中心的路線圖
如上所述，我們得出的結論是，對於以太坊來說，擴展不是一個「做還是不做」的問題，而是一個不可避免的選擇。透過採用模組化方法，以太坊可以整合多個層，每個層都有特定的用途，從而提高可擴展性、效率和整體性能。
雖然有兩種不同的擴展方法，但以太坊主要選擇的是垂直擴展。然而，以太坊一直在分片和分層之間猶豫不決。這可以從Vitalik 的部落格看出來：
- 2020/10/20（Rollup）：以Rollup 為中心的以太坊路線圖
- 2021/4/7（分片）：分片為何偉大：揭秘科技屬性
- 2021/5/23（分片）：區塊鏈可擴展性的限制
- 2021/12/06（Rollup 和分片）：終局
自從以太坊在2020 年12 月20 日確定了以分層導向的Rollup 中心路線圖後，Vitalik 在接下來的文章中仍然反覆談論分片。因為以Rollup 為中心的路線圖，其最終目標是將分片和分層結合，形成混合擴展解決方案。分層更直接，Rollup 作為執行層來減輕以太坊主網的壓力。而分片是區塊鏈擴展的終極目標，包括資料分片和交易分片。技術負擔和歷史包袱使以太坊難以完全實現分片。因此，以太坊選擇了一種棘手的方式，聲稱它將成為Rollup 的結算層和數據可用性層，最終實現數據分片。這個敘事有一個時髦的名字叫做「模組化」。
事實上，以太坊承認了挑戰，並故意迴避分片，而是採用以Rollup 為中心的擴展。實現最終目標將是一個漫長的旅程，因此以太坊決定保持用戶參與並滿足短期需求。還有許多架構趨勢可以適應這一路線圖，例如調整以太坊虛擬機器以更好地支援詐欺證明驗證。
短期目標：擁抱Rollup
在短期內，以太坊的首要重點是將Rollup 作為可靠且中立的基礎設施提供服務。 Rollup 是第二層解決方案，也是以太坊的主要擴展解決方案，透過鏈下交易處理的方式來提升效能，提高效率，節省成本。 Rollup 將多筆交易匯總成一個在以太坊主網上結算的交易，顯著增加了以太坊網路的吞吐量，使得大量低成本的交易得以實現。
透過將用戶和應用程式遷移到Rollup，以太坊的每秒交易量（TPS）預計將大幅增加。現階段的TPS 預計在3000 左右，與當前狀態相比，代表了可擴展性的顯著提升。
同時，以太坊的目標是保持其生態系統內的可擴展性潛力，同時確保無縫的用戶體驗。 Rollup 顯著提升了效能和成本效益，也因此成為了以太坊模組化路線圖的關鍵組成部分。正如Vitalik 在他的部落格中所說：「無論我們喜歡與否，每個人都已經適應了以Rollup 為中心的世界，到那時，繼續沿著這條路走下去會比試圖讓每個人回到基礎鏈更容易。回到基礎鏈並沒有明顯好處，而且可擴展性會降低20-100 倍。」模組化敘事背後的目標是讓使用者留在以太坊生態系統內，這就是合法性變得至關重要的原因。我們將在以下各節中進一步解釋這一點。
長期目標：數據分片
從長遠來看，以太坊的目標是透過多階段路線圖來增強可擴展性、效率和整體網路效能。這包括利用分片的以太坊2.0 來進行資料儲存、優化匯總以及探索創新解決方案來應對區塊鏈生態系統中的挑戰。這些努力將釋放以太坊的全面可擴展性潛力。一旦Rollup 過渡到分片的ETH2.0 鏈進行資料存儲，理論上最大的每秒交易數（TPS）可以達到約100,000。
然而，值得注意的是，所有這些假設都必須實施才能變成現實。 Vitalik 在他的部落格承認：「在我看來，當第二階段最終到來時，基本上沒有人會關心它。」這就是為什麼數據分片計劃Danksharding 仍處於早期階段，尚未完全明確。因此，以太坊推出了一個名為Proto-Danksharding 的初始版本，該版本與分片無關。
縱觀以太坊的願景，從世界電腦過渡到全球結算層，反映了以太坊上運算能力、儲存費用有限且成本高昂的現實。因此，以太坊選擇主要專注於基礎層擴展，特別是增加可以容納的資料量，而不是優化鏈上計算或IO 操作。
模組化層：組件與機會
雖然數據可用性的概念主要是在以太坊生態系統中討論的，但它最初是由Celestia 的聯合創始人兼首席執行官Mustafa Al-Bassam 在他的文章《欺詐和數據可用性證明》中首次提出的。 Mysten Labs 的研究科學家Alberto Sonnino 和Vitalik 是這篇論文的共同作者。從那時起，研究人員就在各種論壇中廣泛討論模組化和分層的議題。
根據Celestia 介紹，模組化層由執行層、結算層、資料可用性層等組件組成，每個組件都有助於提高可擴展性和效率。在這個敘事中，Celestia 的目標是充當資料可用性層。
從高層來看，傳統的單一式區塊鏈可分為四個層次：智慧合約層、執行層、結算層和資料可用性層。每一層在模組化敘事中都扮演著至關重要的角色。共識層，涉及對交易順序達成一致意見，通常與結算層或資料可用性層結合。
脫離單一區塊鏈的分層使得每一層都可以自由地開發和嘗試創新。在接下來的部分中，我們將分別探討每一層，分析潛在的方向，列出觀察到的機會，並解釋我們的發現。
智慧合約層
智慧合約層由在區塊鏈之上運行的可編程且自動執行的合約組成。這些合約可以實現協議的自動化、驗證和執行，而無需中介。它們按照預先定義的規則和條件進行編碼，確保數位交易的透明度、安全性和信任。
然而，在模組化敘事中，犧牲了智慧合約的靈魂——可組合性。可組合性是DeFi 繁榮的動力。目前，智慧合約部署和運作在不同的執行層上，這給開發者和使用者帶來了負擔。開發者必須重複部署合約，而使用者則需要連接到不同的執行層。
儘管我們仍然處於競爭激烈的時代，但可組合性是一個不可忽視也難以避免的問題。開發人員和使用者分別面臨兩個機會。
對於開發人員，跨不同執行層的智慧合約的聚合層可以提供必要的工具、框架和開發環境，以便在不同的執行層上無縫建立應用程式。標準化的智慧合約範本和庫可以簡化開發過程並促進創新。這可以實現跨層相容性並增強開發人員的體驗。
對用戶來說，智慧合約層是他們與區塊鏈互動的介面。他們主要關注執行引擎、共識機制和資料儲存。他們只希望獲得一個良好的產品和體驗，而不論其形式和實施方式如何。目前正在探索兩種方法。第一種是全方位層，它將不同執行層的流動性或功能結合到為使用者提供的產品中。第二種是以意圖為中心，專注於理解使用者需求，處理背後的複雜邏輯，並將結果傳回給使用者。儘管出發點不同，但兩種方法的最終目標是相同的。
- 機會#1：智慧合約的聚合層涉及開發工具和新層，可以幫助開發人員在所有這些執行層上建立應用程式。
- 機會#2：全方位層協議和以意圖為中心的方法涉及AA 擴展，有助於用戶無縫體驗產品。
執行層
執行層負責執行交易並更新區塊鏈的狀態。其主要任務是確保僅執行有效交易，即導致有效狀態機轉換的交易。目前，最常用的執行層是以太坊虛擬機器（EVM），廣泛應用於zkEVM 等EVM 相容鏈中。背後的原因是希望透過簡單地複製和貼上生態系統來吸引來自以太坊的流量。然而，隨著時間的推移，這種吸引力已經減弱。
同時，我們可以看到虛擬機器已經取得了顯著的進展。一般來說，這些進展可以分為兩類：創建更有效率和創新的虛擬機，以及修改EVM。
在第一類中，其理念非常直接。 EVM 是一種過時的虛擬機，修改起來很困難，也沒必要。而且一旦修改了EVM，就已經破壞了相容性。因此，許多協議選擇了極端的權衡，以新的虛擬機取代EVM，以釋放智能合約平台的全部潛力。
一種方法是設計針對特定程式語言的專用虛擬機，如Starknet 中的Cairo VM，或Sui 和Aptos 中的Move VM。專用虛擬機器具有最佳化架構和改進效能的優勢。然而，權衡之處在於需要建立自己的開發者社區，以鼓勵更多開發者在其基礎上進行建構。
另一種方法是採用WebAssembly（WASM）或RISC-V 等通用虛擬機，它們可以支援多種語言，傳統開發人員也更熟悉。 WASM 以其高性能和安全性而聞名，被用於Polkadot、Solana 和Near 等流行協議中。因此，在執行層上應用WASM 是一個簡單的選擇。實例包括Fluent 開發的zkWASM、Eclipse 將Solana VM 遷移到以太坊，以及Cosmos 生態系統中Nitro 的SVM。 Risc0 是一個RISC-V VM 的實際案例，獲得了關注，頗具發展勢頭。
第二類，目標是在不犧牲相容性的情況下修改現有的EVM。有三種可能的方法，所有方法都旨在並行化EVM。最早的嘗試是將DAG 整合到EVM 中，如Fantom 等項目，但這種方法最近不再流行。第二次並行化嘗試隨著Aptos 的推出而出現，它引入了開源區塊-STM，這是一個智慧合約的平行執行引擎。簡而言之，這種方法假設所有事務都沒有衝突，在識別並重新執行衝突事務之前首先並行處理事務。許多替代的第1 層解決方案已直接升級其執行引擎以整合此方法，例如Avalanche。如果能在以太坊上看到類似的嘗試，將會是一件很有趣的事。此外，一些協議正在嘗試從頭開始建立並行化EVM，例如Monad，它在主要市場中越來越受歡迎。
總體而言，我們對執行層中的這些大膽思想和創新感到興奮。畢竟，技術進步對於推動區塊鏈的邊界至關重要。
- 機會#3：更有效率、更新穎的虛擬機
3.1 針對特定語言的虛擬機
– Cario VM，例如Starknet
– Move VM，例如Movement Labs
3.2 通用虛擬機器：WASM、Risc-V
– Ewasm
– zkWasm，例如Fluent
– RiscO
– Solana VM，例如Eclipse、Nitro
機會#4：修改目前虛擬機器以實現並行化。
4.1 DAG，例如Fantom
4.2 樂觀並行化：Block-STM
4.3 並行化EVM，例如Monad
結算層
結算層提供了一個供執行層驗證證據、解決詐欺糾紛的環境，並在不同執行層之間建立橋樑。簡而言之，結算層是安全性所依賴的證明系統。目前，主要有兩種類型的Rollup：Optimistic Rollup 和zk-Rollup。 Optimistic Rollup 依賴詐欺證明來確保交易的有效性，而zk-Rollup 使用零知識證明進行高效和安全的交易驗證。
儘管OP 協議和ZK 協議早期存在爭議，但無需深究歷史糾葛。讓我們關註一下當前的情況。
Arbitrum 是使用詐欺證明並擁有市場上最高的總鎖定價值(TVL) 的領先協議。它已經完成了詐欺證明系統，但尚未在主網上使用，因此結果尚不確定。如果我們需要處理L1 上的爭議，Rollup 的狀態基本上會被暫停，這意味著區塊鏈最多不可用7 天。即使在傳統網路產業，系統故障7 天也是不可接受的。 Arbitrum 不能冒失去用戶的風險，因此它不允許提交未經許可的證明，只有列入白名單的參與者可以提出證明。
Optimism，作為第二大Rollup，明確在其文件中承認它目前不支援欺詐證明功能。這是因為他們知道一般用戶並未優先考慮安全性。現在很明顯，詐欺證明只是Optimistic Rollup 的臨時解決方案，而零知識證明才是最終目標。
可以得出結論，零知識證明無疑將在未來主導結算層。隨著技術的進步和主網上許多zkRollup 的推出，Op Rollup 將不可避免地過渡到零知識證明解決方案。 Optimism 本身正在積極尋求zk 協議的幫助，來建立零知識證明系統。
根據這明確的路線圖，我們可以確定兩個機會。首先，標準化Rollup 證明系統並探索ZKP 技術的進展為結算層的創新提供了重大前景。該標準將來自社區共識和廣泛採用。目前，OP Stack 引領市場，吸引了Base 和Binance 等知名實體。在先前的文章中，我們已經重點介紹了OP Stack 的優點和先發優勢。現在它正在過渡到zk，它選擇的標準很可能成為市場標準。 Mina 和Risc0 這兩個協定正在為OP Stack 建立證明系統。最終，其中之一預計將獲得OP Stack 的大部分市場份額。其他競爭對手主要包括現有的zkRollup。開源程度將決定它們的可接受性。在這個領域，有兩個值得注意的競爭者：Polygon zkEVM 和Scroll。 Polygon zkEVM 是第一個完全開源的zkEVM，還提供了一個更可自訂的SDK，稱為Polygon CDK，用於啟動自訂zkRollup。 Scroll 的zkEVM 源自於與以PSE（太坊基金會的內部zk 團隊）共享的儲存庫。這兩個zkRollup 都有自己的受眾，並獲得了社群的認可。未來誰會成為最終贏家，將會是一個有趣的問題。
第二個機會源自更廣泛的ZK 領域。一旦標準逐漸獲得社會共識，其關聯方就會吸引流量並產生資金流入。雖然我們在這裡不會深入探討這個主題的細節，但我們將在未來的文章中討論。不過，我們會提到一些例子來提供靈感。對zk 來說，硬體加速是至關重要的，因為zk 證明的產生仍然是大多數協議的瓶頸。特定的加速演算法和硬體可以加快過程，降低門檻。此外，在以太坊模組化敘事的背景下，可能需要使用協處理器來處理以太坊的複雜計算。
- 機會#5：Rollup 證明系統的標準
– 5.1 Optimism 基金會的選擇：Mina，Risc0
– 5.2 開源zkEVM：Polygon zkEVM，Scroll 和PSE
- 機會#6：zkp 領域的關聯方
– 6.1 硬體加速，如Ingonyama，Cysic
– 6.2 協處理器，例如zkVM
Data Availability Layer 資料可用性層
資料可用性層負責確保以太坊區塊鏈上的交易資料的可用性和可存取性。它透過允許任何人檢查和驗證交易帳本，以及重建Rollup 鏈，在區塊鏈的安全性和透明性中發揮了關鍵作用。因此，它是以太坊在模組化敘事中建立其地位的重要戰場。
所謂的合法性
弄清楚了模組化中的戰略地位，就更容易理解為什麼以太坊一再強調合法性的重要性。這個概念首次在Vitalik 2021 年的部落格文章《最重要的稀缺資源是合法性》中提到。他還在他的文章中進一步討論了這個概念：第一階段完成——eth2 作為數據可用性引擎- 分片- 以太坊研究。
簡而言之，使用以太坊作為資料可用性層具有合法性，而不使用以太坊則缺乏合法性。實際上，以太坊社群的趨勢和行銷影響力確實發揮了作用。讓我們來看看列在L2beat 上的所有Rollup。 L2beat 是一個主要基於以太坊的協議。儘管階段欄（安全等級：階段0 < 階段1 < 階段2）表明它們不是很安全，但它們仍然受到關注。最極端的情況是Fuel，它選擇Celestia 作為其資料可用性層，儘管建構了最安全的Rollup，卻並沒有吸引太多關注或資本流入。因此，所謂合法性，背後的真相是，以太坊正在試圖封鎖資料可用性層的競爭者，以維護其地位。
彎道超車
撇開太坊基金會的影響力不看，其他競爭者是否有可能超越以太坊？以太坊是否也可能在升級中犯錯？
當然，如前所述，Celestia 在資料可用性（DA）層方面是以太坊的重要競爭對手。
從技術角度來看，Celestia 結合了資料可用性採樣（DAS）和命名空間默克爾樹（NMT）。透過採用Cosmos 的技術堆疊，Celestia 對Tendermint 進行了調整。首先，它採用了二維Reed-Solomon 編碼方案，啟用了區塊資料的糾刪碼編碼，這構成了DAS 的基礎。這使得資源有限的輕節點只需對區塊資料的一小部分進行取樣，從而減少了障礙。其次，Celestia 用命名空間默克爾樹（NMT）取代了Tendermint 用於儲存區塊資料的常規默克爾樹。此修改使得執行層和結算層只需下載必要的資料。 NMT 是按命名空間標識符排序的默克爾樹，雜湊函數經過修改，使得樹中的每個節點都包含其所有後代的命名空間範圍。
就以太坊而言，其資料可用性（DA）路線圖在開發中透過漸進式步驟進行推進。目前，來自執行層的Rollup 透過calldata 機制提交數據，該機制儲存來自外部函數呼叫的數據。在L1 上，資料提交與常規交易之間沒有區別。
從長遠來看，共享DA 的終極目標Danksharding 還沒有具體的時間表，升級也經常出現延遲。此外，Danksharding 也沒有可用的規範。為了解決L2 上昂貴的交易費用的迫切需求，並滿足Rollup 的短期需求，以太坊提出了Proto-Danksharding，也被稱為EIP 4844。
儘管名字中有類似字眼，但Proto-Danksharding 與分片技術無關。總之，該解決方案以較低的成本將壓縮資料儲存在額外的空間中。
數據壓縮基於KZG（Kate-Zaverucha-Goldberg），這是一種替代證明，它將多項式方程式擬合到數據上。透過利用KZG，Rollup 不再需要提出原始數據或數據差異。相反，固定大小的KZG 承諾足以用於驗證正確性，而且其大小要小得多。由於KZG 本質上是基於秘密隨機字串的零知識技術，因此EIP-4844 KZG 儀式對公眾開放，數萬人參與其中，做出了貢獻。
以太坊已經設置了一個名為BLOB 的額外空間，專門供Rollup 儲存交易資料。 BLOB 的定價也比普通的calldata 便宜，但動態調整機制仍遵循EIP 1155。從長遠來看，以太坊最多允許一個區塊包含16 個BLOB，每個BLOB 包含4,096 個欄位。每個欄位是32 字節，因此一個BLOB 最多可以儲存2MB 的資料。
打一個通俗的比方，裝備了BLOB 的以太坊可以看作是一輛跨鬥摩托車，但有兩個關鍵特點。首先，儲存在BLOB 中的資料無法被EVM 存取。其次，在一段時間後，這些數據將被刪除。你可以想像以太坊本身是不斷運作的摩托車，而BLOB 就像是可拆卸的跨鬥。在這種機制下，以太坊充當了臨時儲存層，這就是為什麼據稱Proto-Danksharding 後的交易會便宜得多。
狀態修剪允許減小區塊鏈的大小並提高效能。這些優化旨在使以太坊更加輕量化和可擴展，同時保持其安全性和去中心化。然而，對於執行層來說，它們的全域狀態仍然需要儲存在某些地方。有些依賴他們自己的DA 委員會，例如zkSync 很早就提出了zkPorter。 Polygon 也有自己的DA 層，名為Avail。其他可能會尋求專門的DA 層。
因此，如果模組化敘事繼續下去，我們將對DA 層持樂觀態度。儘管以太坊利用「合法性」吸引了大多數Rollup，但它無法也不打算託管所有執行層的狀態。此外，以太坊坎昆升級已經多次推遲，為其他DA 層進入市場創造了有利的時間窗口。
難怪Celestia 計劃在本月底啟動他們的主網。我們將密切關注Celestia，看看它是否能突破合法性的僵局。一旦Celestia 突破重圍，將會打開更大的市場。
作為投資機會的指南，我們將首先關注為以太坊生態系統建立部分層的目標。這些層初期將從以太坊引領。否則，它們可能會因為合法性而無法獲得以太坊的認可，並且難以像替代性L1 那樣吸引開發者和使用者。在所有這些層中，DA 是最具挑戰性的部分。
接下來，我們將評估模組化方法是否嚴格限制在以太坊，Celestia 能否引領通用的模組化敘事浪潮。由於Celestia 利用了Cosmos 堆疊，因此它也將為Cosmos 生態系統帶來資金流入，特別是Celestia 構建執行和結算層的那些項目，例如在執行層上的Fuel。
另一個受益的領域是RaaS，廣泛的模組化敘事將鼓勵更多的協定採用Rollup，類似於SaaS（軟體即服務）如何改變傳統的網路服務。 RaaS 的商業模式很清晰：它們從協議中收取服務費。以更便宜的價格和更好的服務提供更強大的業務發展，從而獲得更多的市場份額。此外，它們的成功與其運作的生態系統密切相關，因此很可能會看到它們擴展到多個生態系統。
- 機會#7: 模組化層
– 7.1 為以太坊生態系所建構的部分層。
– 執行層: Rollup
– 結算層: Risc0, Mina
– 資料可用性層: Celestia, EthStorage, Zero Gravity
– 7.2 為模組化敘事所建構的部分層。
– 執行層: Fuel
– 結算層
- 機會#8: 與生態系緊密相關的RaaS 工具。
待續
到目前為止，我們已經廣泛討論了由以太坊驅動的模組化敘事的概念，並探討了這個有趣名字背後的基本現實。考慮到以太坊作為最大智慧合約平台的地位，遵守市場監管是至關重要的。然而，重要的是不要僅限於其敘事，因為網路代表著一個比加密貨幣大得多的市場。如果加密產業的目標是實現廣泛的應用，那麼這個市場上不可避免地會出現其他參與者。在我們即將發布的文章中，我們將深入探討智慧合約平台的廣闊世界。
