等級區塊鏈是一種創新的設計範式，透過分工和專業化來提高系統效率和可擴展性。 Celestia作為第一個採用模組化結構的資料可用性網絡，利用CometBFT和Cosmos SDK構建，提高了可擴展性，並保留了去中心化特性。此外，一些新的解決方案如EigenDA和Nubit也在區塊鏈生態中發揮重要作用。在不同生態之間進行對比分析有助於全面了解模組化區塊鏈系統。標準化區塊鏈的發展態勢將進一步推動整個區塊鏈生態系統應對未來挑戰。 GeekCartel致力於提供全面的分級區塊鏈知識解讀，幫助讀者更能理解並展望區塊鏈的發展趨勢。
作者：極客卡特爾
一.引言
等級區塊鏈是一種創新的區塊鏈設計範式，旨在透過專業化和分工來提高系統的效率和可擴展性。在等級區塊鏈誕生之前，單一（Monolithic）鏈需要處理所有的任務，包括執行層、資料可用性層、共識層以及結算層。優先區塊鏈將這些工作視為可自由組合的模組來解決這些問題，每個模組都專注於特定的功能。
執行（Execution）層：負責處理和驗證所有交易，以及管理區塊鏈狀態變更。
共識（Consensus）層：就交易順序達成一致。
結算（Settlement）層：用於完成交易，驗證證明，並在不同的執行層之間架起橋樑。
資料可用性（Data Availability）層：負責確保所有必要的資料對網路中的參與者是可取得的，以便於驗證。
標準化區塊鏈的趨勢不僅是技術上的變革，更是推動整個區塊鏈生態系統應對未來挑戰的重要策略。 GeekCartel設立了標準化區塊鏈以及相關項目進行分析，旨在提供全面、實用的分級區塊鏈知識解讀，幫助讀者更好地理解分級區塊鏈，同時展望未來的發展趨勢。注意：本文內容不構成投資建議。
二.等級區塊鏈的先導者-Celestia
2018年，Mustafa Albasan 和Vitalik Buterin 發表了一篇開創性的文章，為解決區塊鏈的可擴展性問題提供了新的想法。 「資料流通和詐欺證明」介紹了一種方法，透過這種方法區塊鏈能力隨著網路節點增加而自動擴展儲存空間。 2019年，Mustafa Albasan深入研究並撰寫了“Lazy Ledger”，提出了一個只處理數據可用性的區塊鏈系統概念。
基於這些理念，Celestia 應運而生，作為第一個採用模組化結構的資料可用性（DA）網路。它利用CometBFT 和Cosmos SDK 構建，是一個權益證明（PoS）區塊鏈，有效提高了可擴展性，同時保留了去中心化特性。
DA層對任何區塊鏈的安全性都至關重要，因為它確保任何人都可以檢查交易帳本並對其進行驗證。如果區塊生產者在非所有資料可用的情況下提出了一個區塊，區塊可以達成最終確定性但會包含無效交易。即使區塊是有效的，但那些無法完全進行驗證的區塊資料可能會對用戶和網路造成功能負面影響。
Celestia實現了兩個關鍵功能，分別是資料可用性（DAS）和命名空間默克爾樹（NMT）。 DAS使輕節點能夠驗證資料可用性，從而去中心化下載整個區塊。 NMTs可以使得區塊數據被劃分為不同應用程式的單獨命名空間，這意味著應用程式只需要下載和處理與它們相關的數據，大大減少了數據處理需求。重要的是，DAS 允許Celestia 隨著使用者數量（輕節點）的增加而擴展，又不會影響最終使用者的安全性。
等級區塊鏈正在以外部的方式使得建立新的鏈成為可能，不同類型的等級區塊鏈可以以不同目的和不同架構的方式協作工作。 Celestia官方提出了幾種等級架構設計的想法及實例，向我們展示了分層區塊鏈的靈活與可組合性：
圖1 Layer1和Layer2架構
Layer 1和Layer 2：Celestia命名樸素的定制，最初是為了以太坊Layer 1的可擴展性和構建的，Layer 2專注於執行，Layer 1提供關鍵的其他功能。
Celestia支援基於Arbitrum Orbit、Optimism Stack以及Polygon CDK（即將支援）技術堆疊構建的鏈使用Celestia作為DA層，現有的Layer2可以使用Rollup技術將其資料從發佈到以太坊上切換到發佈到Celestia。區塊的承諾發佈在Celestia 上，這比將資料發佈到單一鏈上的傳統方法更具可擴展性。 Celestia支援基於Dymension技術建構元件的RollApp（專用於應用程式的鏈）作為執行層，與以太坊的Layer1和Layer2概念類似，RollApps的結算層依賴Dymension Hub（後面將展開解釋），DA層使用Celestia ，鏈之間透過IBC協議交互（IBC基於Cosmos SDK，是一種允許區塊鏈相互通信的協議。使用IBC的鏈可以共享任何類型的數據，只要它字節為單位編碼的）。
圖2：執行、結算與DA層架構
執行、結算和數據可用性：優化的分層區塊鏈，例如可以將執行、結算和數據可用性層在專門的分層區塊鏈之間解耦。
圖3：運行和DA層架構
執行與DA：由於實現分層區塊鏈的目的是靈活的，因此執行層不僅僅將其區塊發佈到結算層。例如，可以建立一個結算堆疊，該堆疊不涉及層，只涉及前置層層和資料可用性層之上的執行層。
在這個堆疊上，執行層將是主權（主權）的，並將其交易發佈到另一個區塊鏈，通常用於排序和資料可用性，但處理自己的結算。在堆疊的上下文中，主權Rollup負責執行和結算，而DA層則處理意見和資料可用性。
主權Rollup與智能合約Rollup的差別在於：
智能合約Rollup交易由結算層的智能合約驗證。主權Rollup的交易由主權Rollup的節點進行驗證。與智慧合約Rollup相比，主權Rollu的節點擁有自主權。在主權Rollup中，交易的排序和有效性是由Rollup自己的網路管理，而不是依賴單獨的結算層。
目前Rollkit和Sovereign SDK提供了用於在Celestia上部署主權Rollup測試網的框架。
三.探索區塊鏈生態中的特色方案
1. 執行層級
在介紹執行層自訂之前，我們應該先了解什麼是Rollup 技術。
目前執行層技術依賴主要Rollup，這是在Layer1鏈外運作的擴容解決方案。這種解決方案在鏈外執行交易，這意味著它佔用更少的區塊空間，也是以太坊的重要的擴容方案之一。執行交易後，將會向Layer1發送一批交易資料或執行證明，並在Layer1進行結算。 Rollup技術為Layer1網路提供了可擴展性的解決方案，同時保持了去中心化和安全性。
圖4：Rollup技術架構
以以太坊為例，Rollup 技術可以透過使用ZK-Rollup 或Optimistic Rollup 來進一步提高效能和隱私。
ZK-Rollup 使用零知識證明來驗證備份的交易的正確性，從而保證交易的安全性和隱私性。 Optimistic Rollup 在提交交易狀態到以太坊主鏈之前，首先假設這些交易是有效的，在質詢期間，任何人都可以計算詐欺證明來驗證交易。
1.1 以太坊Layer2：建構未來的擴容解決方案
以太坊最初採用側鍊和分片技術進行擴容，但側鏈犧牲了一些去中心化和安全性來實現高吞吐量；Layer 2 Rollups 的發展速度比預期的要快，並且已經提供了大量的容量的擴展，並且在實現Proto-Danksharding之後將提供更多。這意味著不再需要“分片鏈”，現在以以太坊的路線為刪除。
以太坊將執行層合約給予基於Rollup技術的Layer2s來減輕一些主鏈負擔，EVM為在Rollup層上執行的智能合約提供了標準化和安全的執行環境。 Rollup解決方案在設計時考慮到了與EVM的兼容性，使得在Rollup層上執行的智能合約仍然可以利用EVM的特性和功能，如OP主網，Arbitrum One和Polygon zkEVM等。
圖5：以太坊的第二層擴展解決方案
這些Layer2s執行智能合約並處理交易，但仍依賴以太坊進行以下操作：
結算：所有Rollup交易均在以太坊主網上完成。 Optimistic Rollups的使用者必須等待質詢期過去，或在反詐騙計算後交易被視為有效。 ZK Rollups的用戶必須等到有效證明。
共識與資料可用性：Rollups以CallData的形式將交易資料發佈到以太坊主網，使任何人都可以執行Rollup交易並在必要時重建其狀態。在以太坊主鏈上確認之前，樂觀Rollups需要大量的區塊空間和7 天的挑戰期。 ZK Rollups 提供即時最終確定性，且將可用於驗證30 天的資料存儲，但需要大量的運算能力來建立證明。
1.2 B²網路：創建比特幣ZK-Rollup
B² Network 是ZK-Rollup 上的第一個比特幣，可以在不犧牲安全性的情況下提高交易速度。利用Rollup 技術，B² Network 提供了一個能夠運行圖靈的智能合約進行鏈下交易的平台，從而提高了交易效率，並最大限度地降低了成本。
圖6：B²網路架構
如圖所示，B² Network 的ZK-Rollup Layer 採用zkEVM 解決方案，負責Layer2 網路內用戶交易的執行和相關證明的輸出。
與其他Rollup 不同的是，B² NetworkZK-Rollup 由多個元件組成，包括帳戶抽像模組、RPC Service、Mempool、Sequencers、zkEVM、Aggregators、Synchronizers 和Prover。其中帳戶抽像模組實現了本機帳戶抽象，它允許用戶靈活地將更高的安全性和更好的用戶體驗編程到他們的帳戶中。 zkEVM 與EVM 相容，它還可以幫助開發人員將DApp 從其他EVM 相容鏈遷移到B² 網路。
同步器保證將資訊從B²節點同步到Rollup層，包括序列資訊、比特幣交易資料等細節。 B² 節點充當鏈下驗證者，是B²網路中多個獨特功能的執行者。 B² 節點中的比特幣Committer建立一個模組資料結構來記錄B² Rollup 數據，並產生一個被稱為「B²銘文」的Tapscript。然後，比特幣提交者發送一個單位為一聰（satoshi）的UTXO 到一個包含$B^{2}$銘文的Taproot地址，匯總資料將寫入比特幣。
另外，比特幣提交者設定一個時間鎖定的挑戰，讓挑戰者質疑zk論證驗證的承諾。如果在時間鎖定期間沒有挑戰者或挑戰失敗，那麼Rollup最終在比特幣上確認；如果挑戰成功，Rollup將被回滾。
不管是以太坊還是比特幣，從本質上講，Layer1都是單一鏈，它們從Layer2接收擴展的資料。大多數情況下，Layer 2的容量也取決於Layer1的容量。 ，Layer1和Layer2堆疊對於可擴展性的實作來說並不理想。當Layer1達到其吞吐量上限時，Layer2隨之而來，這可能導致交易費用上漲和確認時間延長，影響整個系統的效率和使用者體驗。
2. DA層
除了Celestia的DA解決方案受到Layer2s的青睞之外，還有其他關注DA的創新方案的出現，在整個區塊鏈生態系統中發揮了關鍵作用。
2.1 EigenDA：為Rollup技術賦能
EigenDA是一種安全、高吞吐量和去中心化的DA服務，其設計靈感來自Danksharding。 Rollup能夠將資料發佈到EigenDA，以便在整個EigenLayer生態系統中獲得各個成本的交易、更高的交易吞吐量和安全的可組合性。
在以太坊Rollup建構去中心化的臨時性資料儲存時，資料儲存可以由EigenDA營運商直接處理。營運商（Operators）是指參與網路運作，負責處理、驗證和儲存數據，EigenDA可以隨著質押量和營運商的成長和水平的擴展。
EigenDA結合Rollup技術，同時將DA部分轉移到鏈下處理以實現可拓展性。因此，實際的交易資料不再需要在每個節點上複製和存儲，減少了對頻寬和儲存的需求。鏈上僅處理與資料可用性相關的元資料和波動機制（波動使資料儲存在鏈下，也可以在必要時驗證其缺陷和真實性）。
圖7：EigenDA的基本資料流
下面，Rollup 將交易批次寫入如圖所示的DA 層，與使用欺騙證明來檢測惡意資料的系統不同，EigenDA 將資料分割成區塊並產生KZG 承諾和睡眠揭示證明，EigenDA 要求節點只下載少量數據 [O（1/n）]，而不是下載整個blob。 Rollup的詐騙Arbitrum協議也能夠驗證blob資料是否與EigenDA證明中提供的KZG承諾相符。在進行此驗證時，Layer2鏈可確保Rollup狀態根的交易資料不會被排序器/提議者。
2.2 Nubit：比特幣第一個升級DA 解決方案
Nubit是一個可擴展的、比特幣重建的DA層。 Nubit正在開創比特幣重建的未來，旨在提高資料吞吐量和可用性服務，從而生態系統不斷增長的需求。他們的願景是龐大的開發者社群納入比特幣生態系統，並為他們提供可擴展、安全和去中心化的工具。
Nubit 的團隊成員是來自UCSB（加州大學聖塔芭芭拉分校）的教授和博士生，曾傑出的學術貢獻和全球影響力。他們不僅精通學術研究，而且在區塊鏈工程實施方面豐富的團隊與domo（Brc20的創造者）一起撰寫了定制索引器的論文，將DA層的設計加入到比特幣元協議的索引器結構中，參與行業標準的建立和製定。
Nubit的核心創新：思想機制、消耗信任的橋接和數據可用性，它利用創新的思想演算法和閃電網路來繼承比特幣完全抗審查的特性，利用DAS提高效率：
共識機制：Nubit探討了一種由SNARK提供支援的基於高效能PBFT(實用拜占庭容錯)的共識，用於簽章聚合。 PBFT方案與zkSNARK技術結合將驗證者之間驗證簽章的通訊複雜度顯著降低，在不需要存取整個資料集的情況來驗證交易的正確性。 DAS：Nubit的DAS是透過對區塊資料的小部分進行多輪噪音水準來實現的。每一輪成功的噪音增加了數據完全可用的可能性。一旦達到預定的置信，就認為區塊資料是可存取的。 Trustless Bridge：Nubit使用了一個Trustless Bridge，其利用了閃電網路的支付通道。這種方法不僅與本地比特幣支付方式保持一致，而且不會增加額外的信任要求。與現有的橋接方案相比，為使用者帶來了較低的風險。
圖8：Nubit的基本組件
我們進一步利用一個具體的例子來回顧圖8所示的完整的系統生命週期。假設Alice想要使用Nubit的DA服務完成筆交易（Nubit支援多種資料類型，包括但不限於銘文，匯總資料等） )。
步驟1.1：Alice首先需要透過Nubit的無信任橋支付gas費來繼續服務。特別是，Alice需要從無信任橋接器中獲得一個公共挑戰，記為X (h)（X是來自可驗證延遲函數（ VDF)的哈希範圍到挑戰域的加密貨幣哈希函數，h是某個高度區塊的哈希值）。步驟1.2和步驟2：Alice必須獲得與當前循環相關的VDF的評估結果R，提交R以及她的資料和交易元資料（如地址和nonce）發送給驗證器，以便將其合併到礦池記憶體中。步驟3：驗證者在達成共識後提出區塊頭及其流程。區塊頭包括資料的一致性和相關的里德所羅門編碼（RS Code），而區塊本身包含原始資料、相應的RS Code和基本資料的交易細節。步驟4：生命週期以Alice的資料搜尋結束。輕輕鬆松下載區塊頭，然後全節點取得區塊頭及其。
輕負載承擔DAS過程以驗證資料可用性。此外，在提出閾值數量的區塊後，該歷史的檢查點透過比特幣時間記錄在比特幣區塊鏈上。這可確保驗證器集可以阻止潛在的遠端攻擊並支援快速解除綁定。
3.其他解決方案
除了針對特定層的鏈，去中心儲存服務可以為DA層提供長期支援。還有一些協定和鏈為開發者提供了客製化和全端方案，這些方案使用戶能夠輕鬆地建立自己的鏈，甚至耗費程式碼建置。
3.1 EthStorage – 動態的去中心化存儲
EthStorage是第一個實現的動態的去化存儲的升級Layer2，提供由DA驅動的驅動鍵值（KV）存儲，以1/100到1/1000的成本將簡化存儲減少數百TB甚至PB。它為Rollups提供了長期的DA DA解決方案，並為遊戲、社交網路、AI等完全鏈上的應用程式開啟了新的可能性。
圖9：EthStorage的應用場景
EthStorage的創辦人周奇，自2018年全心投入Web3產業，持有喬治亞理工學院的執照，曾佔用於Google和Facebook等頂尖公司的工程師。其團隊也獲得了以太坊基金會的支持。
作為以太坊坎昆升級的核心特性之一，即EIP-4844（也稱為Proto-dank sharding），引入了用於Layer2 Rollup存儲的臨時資料塊（blob），提高了網路的可擴展性和安全性網路驗證區塊中的每筆交易，只需確認附加到區塊的blob 是否填寫了正確的數據，這就大大降低了Rollup 的成本。但是，Blob 資料暫時可用，這意味著將在幾週內被丟棄。這產生了一個重大影響：Layer2無法無條件地從Layer1派生出最新狀態。如果無法再從Layer1檢索到某段數據，則可能無法透過Rollup來同步鏈。
有了EthStorage 作為長期的DA 儲存解決方案，Layer2s 可以隨時從其DA 層取得完整資料。
技術特點：
EthStorage可以實現去中心化的動態儲存：現有的去中心化儲存解決方案可以支援大量資料的上傳，但不能修改或刪除，只能重新上傳新資料。而EthStorage原創的鍵值儲存範式，實現CRUD功能，即創建、更新、讀取和刪除儲存的數據，從而顯著增強了數據管理的靈活性。
基於DA層的Layer2去中心化解決方案：EthStorage是一個標準化的儲存層，只要有EVM，有DA來降低儲存成本，就可以在任何區塊鏈上運行它（但目前很多Layer1不具備DA層） ），甚至在Layer2上也可以。
高度整合ETH：EthStorage的客戶端是以太坊客戶端Geth的超集，這意味著運行EthStorage的節點的時候，仍然可以正常參與以太坊的任何流程，一個節點可以是以太坊的驗證者節點的同時也是EthStorage的資料節點。
EthStorage的工作流程：
用戶將他們的資料上傳到應用程式合約，然後與EthStorage進行合約以儲存資料進行合約。
在EthStorage Layer2 網路中，儲存巨頭會收到有關等待儲存的資料的通知。
儲存結構從以太坊資料供應網路下載資料。
儲存空間向Layer1 提交儲存證明，證明Layer2 網路中有大量副本。
EthStorage參與獎勵成功儲存證明的儲存工作。
3.2 AltLayer – 客製化服務
AltLayer提供了一個多功能的、無程式碼的Rollups-as-a-Service（RaaS）服務。 RaaS產品專為多鍊和多虛擬機世界設計，支援EVM和WASM。它還支援不同的Rollup SDK，例如OP Stack、Arbitrum Orbit、Polygon zkEVM、ZKSync 的ZKStack 和Starkware，不同的共享排序服務（如Espresso 和Radius）以及不同的DA 層（如Celestia，EigenLayer）以及Rollup 堆疊不同層的許多其他層級服務。
透過AltLayer可以實現多功能的Rollup堆疊，例如，一個為應用程式而設計的Rollup可以使用Arbitrum Orbit構建，同時使用Arbitrum One作為DA和結算層，而另一個為通用用途而設計的Rollup可以使用ZK Stack構建，使用Celestia作為DA層，以太坊作為結算層。
註：看到這裡你可能會疑惑，為什麼結算層可以由OP和Arbitrum來實現？事實上，目前這些Layer2s的Rollup堆疊正在實現Cosmos提出的類似的「鏈間」（interchain）工作來實現互聯：OP提出有了Superchain，OP Stack支援Optimism技術的標準化開發堆疊，將不同的Layer2網路集成在一起，促進了這些網路之間的互通性；Arbitrum提出了Orbitchain策略，允許在Arbitrum上基於Arbitrum Nitro（技術堆疊）主網上創建和部署Layer3，也被稱為應用鏈。 Orbit Chains可以直接結算到Layer2s也可以直接結算到以太坊。
3.3 維度– 全端層級
Dymension是一個基於Cosmos SDK的分級區塊鏈網絡，旨在透過使用IBC標準來確保RollApp的安全性和互通性。
Dymension將區塊鏈功能分層，Dymension Hub作為結算層和共識層為RollApp提供安全性、互通性和流動性，RollApp作為執行層。資料可用性層是Dymension協定支援的DA提供者，開發人員可以根據自己的需求選擇合適的資料可用性提供者。
結算層(Dymension Hub)維護RollApps的註冊器及對應的重要訊息，如狀態、調度器列表、當前活動調度器、執行更新模組邏輯等。 Rollup服務被固定在結算層內，從而形成了一個Dymension Hub作為結算層有以下特徵：
在結算層本地提供Rollups 服務：提供了與基礎層相同的信任和安全假設，但具有更簡單、更安全、更有效的設計空間。
通訊與交易：Dymension的RollApp透過內嵌模組在結算層上實現Inter-RollApp通訊和交易，提供信任最小化的橋接。此外，RollApps還可以透過Hub與啟用IBC的鏈其他進行通訊。
RVM（RollApp虛擬機器）：Dymension結算層在爭議爭議時啟動RVM。 RVM能夠在各種執行環境（如EVM）中爭議解決，擴展了RollApp執行範圍的能力和靈活性。
抗審查：透過Sequencer審查的使用者可以向結算層發布一個特殊的事務。該事務被轉送到Sequencer，並請求在指定的時間範圍內執行。如果交易沒有在指定的期限內處理，Sequencer將受到處罰。
AMM（自動做市商）：Dymension在結算中心引進了一個嵌入式的AMM，從而創建了一個核心金融中心。為整個生態系提供共享流動性。
四.多生態區塊鏈對比
在前文中，我們深入探討了模組化區塊鏈系統和重點主題項目，現在我們將把焦點轉移到不同生態間的對比分析上，旨在全面調查了解模組化區塊鏈。
五.總結與展望
我們所看到的，區塊鏈生態正在朝著標準化的發展。在過去的區塊鏈方向世界中，各條鏈獨立運作，相互競爭，這使得用戶、開發者和資產處於不同的鏈之但間難以流動，限制了生態系統的整體發展和創新。在WEB3世界中，問題的發現與解決是共同努力的過程。一開始，比特幣和以太坊作為單一鏈吸引了許多關注，隨後單一鏈問題的出現，優先鏈逐漸受到關注。因此，鏈的爆發不是偶然，而是發展的必然。
中等區塊鏈透過讓各個組件獨立優化和定制，提高了鏈的靈活性和效率。但這種架構也需要面臨挑戰，如通訊延遲和系統互動的複雜性增加。實際上，升級架構的長期好處，例如提高的可維護性、可重複使用性和靈活性，通常會超過其短期的效能損失。未來，隨著技術的發展，這些問題將找到更好的解決方案。
GeekCartel認為區塊鏈的生態系統有責任在整個區塊鏈中提供可靠的基礎層和通用的工具，以促進鏈與鏈直接的平滑鏈接，如果生態系統能夠更加協調和互聯，用戶將能夠更協調和互聯輕鬆地使用區塊鏈技術，同時吸引更多新用戶進入Web3。
資訊來源：0x資訊編譯自網際網路。版權歸作者GeekCartel所有，未經許可，不得轉載