摘要
比特幣出現以來，區塊鏈的擴展性就是產業發展最基礎最核心的議題。從共識機制的探索到多鏈、跨鏈，再到脫鏈/鏈外運算，都是圍繞著如何提升區塊鏈拓展性議題進行探索。從電腦程式部署角度來看，模組化是符合計算科學法則的一種探索。即將一個系統或產品分解成若干個獨立的、互相連結的部分，使每個部分都有自己的功能和特點。這些部分被稱為模組，它們可以獨立開發、測試、部署和維護。透過組合這些模組，可以建構出不同的系統或產品，以滿足不同的需求。同時，模組化網路帶來更高的靈活性和組合性。不同於單片區塊鏈（Monolithic，如比特幣、以太坊等），模組化區塊鏈將系統規格分層，在區塊鏈系統中，這樣做極大地簡化了系統開發、測試和維護，同時增強了靈活性和可擴展性；從功能上分為四層：執行（execution）、結算（settlement）、共識（consensus）、資料可用性（data availability）。系統任務的執行由不同分層網路結合完成。
Celestia是一個模組化的資料可用性網絡，專注於資料可用性（DA）層，為資料可用性問題提供可擴展的解決方案。可以根據用戶數量安全擴展，極大降低區塊鏈啟用門檻。 Celestia 透過將執行與共識解耦，並引入獨特的資料可用性取樣來進行擴展。 Celestia DA層的兩個關鍵功能是資料可用性擷取（DAS）和命名空間Merkle樹（Namespaced Merkle Trees，NMT）。這是區塊鏈擴展解決方案的關鍵：DAS使輕節點在不下載整個區塊鏈數據的前提下能夠驗證數據可用性；NMT使Celestia上的執行層和結算層能夠僅下載相關的交易數據，提升性能。在模組化分層部署時，Celestia具有高度的靈活性和組合性。開發者可以根據應用程式的需求，靈活地在模組化的分層區塊鏈網路中部署程式。例如，考慮到分叉的情況，開發者可以將執行層和結算層部署在自己的主鏈上（即主權匯總模式，Sovereignrollup）；也可以考慮將結算層部署在自己的主鏈之外（例如其他橋鏈上），當然，更方便的方式是將結算層和共識層部署在以太坊上，自己的主鏈負責執行層，配合採用Celsetia這類數據可用性模組化網絡，這樣增強對以太坊的對接效能（當然，跨接以太坊網路的摩擦成本也更低）。
Manta Pacific利用了Celestia提供的資料可用性層，利用Polygon SDK建構自己的ZKEVM，受益於其Layer 2 Rollup設計，保證了安全的L2狀態轉換和可靠性。這種模組化的部署，增強以太坊的可擴展性，特別是交易速度，另一方面降低gas費用並保持去中心化和安全性。利用Celestia的資料可用性(DA)， Manta Pacific提供了一個極快的基礎設施，以最小化信任的方式解決L2資料可用性問題，成本比其他L2網路低80%，顯著降低使用者在Manta Pacific生態系統中與DApp互動的gas費用。根據官方網站數據，截止2024年1月29日，Manta網路TVL（總鎖倉資產）17.9億美元，鏈上交易超過1400萬筆，生態項目196個，顯示出較強的潛力。
風險提示：模組化區塊鏈技術研發不如預期；監理政策的不確定性；Web3.0商業模式落地不如預期。
1．核心觀點
自從比特幣出現以來，區塊鏈的擴展性就是產業發展最基礎最核心的議題。從共識機制的探索到多鏈跨鏈，再到脫鏈/鏈外計算，都是圍繞著如何提升區塊鏈拓展性議題進行探索。從電腦程式部署角度來看，模組化是符合計算科學法則的一種探索。即將一個系統或產品分解成若干個獨立的、互相連結的部分，使每個部分都有自己的功能和特點。這些部分被稱為模組，它們可以獨立開發、測試、部署和維護。透過組合這些模組，可以建構出不同的系統或產品，以滿足不同的需求。同時，模組化網路帶來更高的靈活性和組合性。
本文從模組化區塊鏈的發展趨勢、代表項目等方面對模組化區塊鏈進行了研究和探討。
2. 模組化是區塊鏈演化的重要趨勢
2.1. 模組化是區塊鏈發展的現實需求
面對日益增長的數據和運算工作量，公鏈在擴展性方面的演變是產業一個繞不開的終極問題。圍繞著性能的升級，公鏈的演進大致上經歷瞭如下歷程：
1） 共識機制的探索。共識機制經歷了從POW到POS機制，再到各類POS機制的改良版本，無非是想解決公鏈的擴展性問題。但無論怎樣的共識機制，完成一致性的共識勢必犧牲系統的工作性能，這是牢不可破的不可能三角；
2） 跨鏈試圖以多鏈來承載應用。跨鏈則是為了考慮一條公鏈不能適用於所有場景，需要多個公鏈來解決資料承載和計算運行。例如，波卡（Polkadot）作為一個可伸縮的異質多鏈系統，能夠傳遞任何資料（不只限於代幣）到所有區塊鏈，實現各個鏈之間資產與資料的互通。這對於區塊鏈網路的擴展性和應用多樣性來說非常重要，單獨一條區塊鏈的效能畢竟有限，且在專用和通用之間難以平衡。同時，束縛產業的不可能三角（即擴展性、安全性和去中心化不可能同時達到）也要進行相應的平衡。
3） Off-chain（脫鏈計算、鏈外計算）來解放主鏈負擔。從以太坊2.0的分片到L2網絡，全部工作無非圍繞著如何解放主鏈負擔來進行。即，繁重的數據計算交給主鏈之外進行——可能是分片這類劃分任務群組的方式，或者L2、甚至是非區塊鏈系統來承載數據計算，最終結果返回主鏈存證。主鏈的一致性共識提供資料結果的驗證，確保充分的去中心化和安全，而繁重的資料計算交給主鏈以外的平台進行。
4） 區塊鏈架構模組化。模組化是指將一個系統或產品分解成若干個獨立的、互相連接的部分，使每個部分都有自己的功能和特性。這些部分被稱為模組，它們可以獨立開發、測試、部署和維護。透過組合這些模組，可以建構出不同的系統或產品，以滿足不同的需求。模組化區塊鏈就是應用了模組化設計想法的區塊鏈系統。這點類似類似網際網路協定分層，模組化氛圍分執行層（Execution Layer ）、結算/共識層（Settlement Layer/Consensus Layer）、資料可用性層（Data Availability Layer，DA）。
對於目前最火熱的分片、L2和鏈外計算，其思路就好比是貨物運輸管理嚴格的主幹道（一致共識），不可能所有數據都跑在主幹道上，支路的運輸車輛，通過零知識證明等手段證明自己工作嚴謹、可信的前提下，可以將繁複的鄉村毛細小路上的貨物打包裝箱後運行在主幹道上。如何向主鏈證明其資料結果可信，則要藉助零知識證明、TEE等靈活的技術手段，以適應不同的工作場景。
模組化繼承了分片、L2和鏈外運算的思路，從設計思想和架構架上採用另外一種規範化思路，試圖打造一種標準的範式，能夠使Web3.0世界得到更廣泛的採用。
2.2.模組化區塊鏈的架構與運作機制
不同於單片區塊鏈（Monolithic，如比特幣、以太坊等），模組化區塊鏈將系統規範分層，在區塊鏈系統中，這樣做極大地簡化了系統開發、測試和維護，同時增強了靈活性和可擴展性；從功能上分為四層：執行（execution）、結算（settlement）、共識（consensus）、資料可用性（data availability）：
- 執行層（Execution Layer）：執行層負責接收和處理用戶發起的交易請求。它包括智慧合約的執行環境和虛擬機，負責驗證和執行交易中的智慧合約代碼；
- 結算層（Settlement Layer）：結算層負責記錄和管理交易的資金流動。它追蹤和管理帳戶餘額，確保交易的資金轉移是正確且可信的；
- 共識層（Consensus Layer）：共識層負責解決區塊鏈網路中的節點之間如何達成一致的問題。它確保在分散式環境下，所有節點對於交易和區塊的順序和內容達成一致，從而實現去中心化、不可篡改和安全可靠的交易和資料儲存；
- 資料可用性層（Data Availability Layer）：資料可用性層負責儲存和維護區塊鏈上的數據，以確保資料的可用性和可信賴性。它負責將交易和相關數據儲存在區塊鏈中，並透過網路廣播給所有節點。
以一個基於區塊鏈技術的金融交易系統為例，倘若Alice想要向Bob轉帳100個數位貨幣
（1）執行層：
- Alice在她的錢包應用程式中創建了一筆轉帳交易，並將其發送到執行層。
- 執行層接收到交易後，首先會驗證該交易的有效性，包括檢查Alice的餘額是否足夠支付以及交易是否符合規則。
- 驗證通過後，執行層會執行交易中的智慧合約邏輯，將100個數位貨幣從Alice的帳戶轉移到Bob的帳戶。
（2）共識&數據可用性層：
- 在執行層產生了一筆有效的轉帳交易後，共識層使用共識演算法來選擇一個節點作為區塊的創建者。
- 當該節點解決了工作量證明或權益證明的問題並產生了新的區塊後，它將區塊廣播給其他節點。
- 其他節點對其進行共識驗證，一旦大多數節點同意區塊是有效的，共識層將該區塊添加到區塊鏈上，完成交易確認和共識達成。
- 資料可用性層會將新的區塊儲存在本地副本中，並與其他節點進行資料同步。參與者可以透過查詢數據可用性層來存取和獲取區塊鏈上的交易和相關數據
（3）結算層：
- 一旦交易被確認並添加到區塊鏈中，結算層開始追蹤帳戶餘額的變化。
- 結算層會更新Alice和Bob的帳戶餘額，將100個數位貨幣從Alice的帳戶減去，並加到Bob的帳戶中。
透過分層，模組化區塊鏈在靈活性和組合性方面也有顯著的特點，有三種典型的工作模式：
1）優先考慮系統的去中心化和安全性，透過Rollup作為執行層提升擴展性，其他功能依賴主鏈（Layer1層）實現。 Rollup需要利用詐欺或有效性證明，綜合零知識證明等技術實現與主鏈的資料協同，在這種模式下，安全性和去中心化主要依賴主鏈；
2）第二種方法稱為Validium，依舊利用Rollup作為執行層，其特徵是交易及有效性證明並不在主鏈（Layer1層）處理，可能在其他區塊鏈甚至是非鏈系統，進一步提升擴展性；
3）第三種方法稱為“Sovereign Rollups”，這方式將結算和執行任務都放在Rollup層。
當然，模組化的四個功能層還可以有其他靈活組合方式：包括DA和共識層運行在模組化區塊鏈（如Celestia），結算層和執行層在其他主鏈；或者DA運行在模組化區塊鏈上，共識層和結算層為其他主鏈（如以太坊），執行層運行於應用鏈上。
著重不同的分層功能，生態專案進行了模組化區塊鏈的探索。這種狀態非常類似DeFi樂高，即不同模組分層具有很高的組合彈性，也為產業創新帶來了可能性。
3.模組化網路代表項目：Celestia、Manta
3.1． Celestia：模組化的資料可用性網絡
Celestia是一個模組化的資料可用性網絡，專注於資料可用性（DA）層，為資料可用性問題提供可擴展的解決方案。可以根據用戶數量安全擴展，極大降低區塊鏈啟用門檻。 Celestia 透過將執行與共識解耦，並引入獨特的資料可用性取樣來進行擴展。
Celestia DA層的兩個關鍵功能是資料可用性擷取（DAS）和命名空間Merkle樹（Namespaced Merkle Trees，NMT）。這是區塊鏈擴展解決方案的關鍵：DAS使輕節點在不下載整個區塊鏈數據的前提下能夠驗證數據可用性；NMT使Celestia上的執行層和結算層能夠僅下載相關的交易數據，提升性能。
當最新區塊的交易資料無法下載和驗證時，就會出現資料可用性問題，這類問題會導致稱為資料扣留的攻擊行為，即區塊生產者扣留新區塊的交易資料。此種情況相下，由於交易資料被保留，節點無法更新到最新狀態，可能會導致攻擊者竊取資金等後果。另外區塊鏈資料儲存和檢索需要用於多種目的，如讀取先前交易的資訊、同步節點、索引和提供交易資料等。
驗證數據可用性通常需要下載一個區塊的全部數據，這無益於擴展性的提升。在Celestia 中，輕節點可以使用一種新機制來驗證資料可用性，而無需下載一個區塊的所有資料——稱為資料可用性取樣，過程中採用了詐欺證明。
在模組化分層部署時，Celestia具有高度的靈活性和組合性。開發者可以根據應用程式的需求，靈活地在模組化的分層區塊鏈網路中部署程式。例如，考慮到分叉的情況，開發者可以將執行層和結算層部署在自己的主鏈上（即主權匯總模式，Sovereignrollup）；也可以考慮將結算層部署在自己的主鏈之外（例如其他橋鏈上），當然，更方便的方式是將結算層和共識層部署在以太坊上，自己的主鏈負責執行層，配合採用Celsetia這類數據可用性模組化網絡，這樣增強對以太坊的對接效能（當然，跨接以太坊網路的摩擦成本也更低）。
3.2． Manta：零知識(ZK) 應用程式的多模組生態系統
Manta Network是一個多模組生態網絡，主要面向零知識（zero-knowledge，ZK）應用程序，開發者可以採用不同的模組化網絡以及Manta，來部署ZK應用程序，可以用來解決DeFi領域面臨的隱私問題，並提供匿名、安全、不可信的交易和資產管理解決方案。
Manta Network 主要由Manta Atlantic 和Manta Pacific兩個網絡構成。 Manta Atlantic是Polkadot生態系中的第一層（L1）區塊鏈。它採用了zkSNARKs技術，使得其他項目可以具有可互通的身份，而無需處理複雜的加密工作，不同的項目可以更方便地在Manta Atlantic上進行合規交易和身份驗證。
Manta Pacific相容於以太坊EVM、原生ZK應用程式的獨特L2生態系統，為開發者部署ZK應用程式提供了一個可擴展且便宜的gas費用環境，只需使用solidity即可部署。為了實現這一目標，Manta Pacific利用了Celestia提供的資料可用性層，利用Polygon SDK建構自己的ZKEVM，受益於其Layer 2 Rollup設計，確保了安全的L2狀態轉換和可靠性。這種模組化的部署，增強以太坊的可擴展性，特別是交易速度，另一方面降低gas費用並保持去中心化和安全性。
利用Celestia的資料可用性(DA)， Manta Pacific提供了一個極快的基礎設施，以最小化信任的方式解決L2資料可用性問題，成本比其他L2網路低80%，顯著降低使用者在Manta Pacific生態系統中與DApp互動的gas費用。根據官方網站數據，截止2024年1月29日，Manta網路TVL（總鎖倉資產）17.9億美元，鏈上交易超過1400萬筆，生態項目196個，顯示出較強的潛力。
風險提示
模組化區塊鏈技術研發不如預期：模組化區塊鏈相關技術及專案處於發展初期，有技術研發不如預期的風險。
監管政策的不確定性：區塊鏈及Web3.0計畫實際運作過程中涉及多項金融、網路及其他監管政策，目前各國監管政策仍處於研究和探索階段，並沒有一個成熟的監管模式，所以產業面臨監理政策不確定性的風險。
Web3.0商業模式落地不如預期：Web3.0相關基礎設施及專案處於發展初期，且有商業模式落地不及預期的風險。
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來源：吉時通信