Модульный блокчейн: съемные решения для прорыва в производительности блокчейна
Монолитный Блокчейн известен своей целостностью, независимо выполняя все аспекты сети, от хранения данных до верификации транзакций и т.д. Модульный блокчейн, разделяя различные функции блокчейна на независимые модули, может обеспечить поддержку производительности и плавный пользовательский опыт для определенных функций, в определенной степени решая проблему "невозможного треугольника".
Эфир, как первая платформа Блокчейн, поддерживающая смарт-контракты, заложила основу для модульного дизайна. С развитием технологий Блокчейн экосистема Биткойн также начала исследовать возможности модульности, добавляя новые модули для реализации более продвинутых функций, таких как улучшенная защита конфиденциальности, более эффективная обработка транзакций или улучшенные функции смарт-контрактов.
Модульная технология представляет собой более "гибкий" подход к концепции взаимозаменяемых продуктов. В будущем появятся более гибкие и настраиваемые Блокчейн-решения, где различные услуги и функции можно легко вставлять и вынимать, как строительные блоки LEGO. Эта гибкость позволяет разработчикам быстро создавать и развертывать Блокчейн-решения в соответствии с требованиями конкретных сценариев применения.
Структура и преимущества модульного блокчейна
Когда мы обсуждаем модульный блокчейн, необходимо сначала понять концепцию монолитного блокчейна. Монолитные цепочки, такие как Биткойн, Эфириум и другие, известны своей универсальностью, независимо выполняя все аспекты сети, от хранения данных до проверки транзакций и выполнения смарт-контрактов. В этом процессе монолитная цепочка играет многофункциональную роль, охватывая все этапы.
Возьмем в качестве примера Ethereum, зрелый монолитный блокчейн обычно можно условно разделить на четыре архитектуры:
Исполнительный уровень
Уровень расчета
Уровень доступности данных
Уровень консенсуса
С помощью этой аналогии мы можем яснее понять, как различные архитектуры Блокчейн работают совместно. Монолитный Блокчейн — это выполнение всех функций на одной цепочке, тогда как Модульный Блокчейн представляет собой новую архитектуру Блокчейн, которая разбивает систему Блокчейн на несколько специализированных компонентов или уровней, каждый из которых отвечает за выполнение конкретных задач, таких как консенсус, доступность данных, выполнение и расчет.
Модульный блокчейн похож на группу экспертов, сосредоточенных на глубокой разработке и технических инновациях в своих областях. Эта концентрация позволяет модульному блокчейну обеспечивать выдающуюся производительность и пользовательский опыт в определенных функциях, например, они могут предоставлять более быструю скорость обработки транзакций с меньшими затратами.
В отношении архитектуры узлов, монолитная цепочка зависит от полных узлов, которые должны загрузить и обработать полную копию данных Блокчейн. Это не только предъявляет высокие требования к ресурсам хранения и вычисления, но и ограничивает скорость расширения сети. В отличие от этого, Модульный блокчейн использует дизайн легких узлов, которые должны обрабатывать только информацию о заголовках блоков, что значительно увеличивает скорость транзакций и эффективность сети.
Одним из заметных преимуществ модульного блокчейна является его гибкость и совместимость. Он может передавать неосновные функции другим специалистам, формируя синергетический эффект и значительно повышая общую производительность. Эта философия дизайна похожа на конструктор Лего, позволяя разработчикам свободно комбинировать различные модули в зависимости от потребностей проекта, создавая разнообразные решения.
Несмотря на то, что монолитные блоки обладают преимуществами в глобальном контроле, безопасности и стабильности, они также сталкиваются с проблемами масштабируемости, сложности обновлений и адаптации к новым требованиям. Модульный блокчейн выделяется своей высокой гибкостью и настраиваемостью, упрощая процесс создания и оптимизации новых блокчейнов.
Однако модульный блокчейн также сталкивается с его уникальными проблемами. Его сложная архитектура увеличивает объем работы для разработчиков в области проектирования, разработки и обслуживания. Как новая технология, модульный блокчейн еще не прошел полное тестирование на безопасность и испытания рыночными колебаниями, его долгосрочная стабильность и безопасность все еще требуют дальнейшей проверки.
Модульный блокчейн и "невозможный треугольник"
Почему модульная блокчейн-технология привлекает широкое внимание и предсказывается как "будущее направление"? Это связано с известной в области блокчейна теорией "невозможного треугольника".
"Невозможный треугольник" блокчейна относится к трудности достижения оптимального состояния по трем основным атрибутам - безопасности, децентрализованности и масштабируемости - в одной и той же блокчейн-сети.
Масштабируемость касается способности сети обрабатывать большое количество транзакций и поддерживать эффективную и недорогую работу при росте пользователей и объема транзакций. Обычно измеряется через TPS и задержку.
Безопасность касается стоимости и сложности защиты Блокчейн сети от атак. Например, механизм POW биткойна требует, чтобы злоумышленник контролировал более 51% вычислительной мощности всей сети, тогда как механизм POS эфира требует, чтобы более ⅓ узлов сговаривались.
Децентрализованность описывает работу сети, которая не зависит от единой центральной ноды, а распределена по множеству нод; чем больше нод и чем шире географическое распределение, тем выше степень децентрализованности сети.
Основная идея "невозможного треугольника" заключается в том, что блокчейн-системе трудно оптимизировать все три характеристики. Например, среди множества публичных блокчейнов, Биткойн и Эфириум выделяются своей широкой распределенностью узлов и достаточным количеством узлов, что позволяет им хорошо проявлять себя в аспектах децентрализации и безопасности.
Однако они жертвуют определенной масштабируемостью, что приводит к медленной скорости транзакций и высоким комиссиям: время создания блока для Биткойна составляет около 10 минут, а TPS для Эфириума составляет около 13. При резком увеличении объема транзакций комиссии за транзакции в Эфириуме могут достигать сотен долларов.
В таком контексте появилась модульная блокчейн-технология, которая решает проблемы традиционных публичных блокчейнов в области масштабируемости и стоимости транзакций, распределяя различные функции по специализированным модулям. Например, сеть Lightning Bitcoin и технология Rollup Ethereum являются воплощением модульного подхода.
Преимущества модульного блокчейна заключаются в его многоуровневой архитектуре, которая позволяет оптимизировать каждый уровень под конкретные потребности. Уровень данных может сосредоточиться на хранении и верификации данных, в то время как уровень исполнения может обрабатывать логику смарт-контрактов. Это разделение не только повышает производительность и эффективность, но и способствует взаимной совместимости между различными блокчейнами, обеспечивая основу для создания открытой и взаимосвязанной экосистемы.
В заключение, модульная блокчейн-технология предоставляет новый способ решения ограничений традиционных публичных цепей. Она достигает большей масштабируемости и более низких транзакционных издержек, сохраняя при этом децентрализованность и безопасность, что имеет глубокое значение для широкого применения и долгосрочного развития блокчейн-технологий.
Классификация модульного блокчейна
Модульный блокчейн, в зависимости от его архитектурных особенностей, может быть разделен на различные типы. Среди этих типов уровень доступности данных и уровень консенсуса, из-за их тесной взаимозависимости, часто проектируются как единое целое. Это связано с тем, что, когда узлы получают данные о транзакциях, они обычно также одновременно определяют порядок транзакций, что является основой безопасности и неизменности Блокчейн.
Основываясь на этом принципе проектирования, мы можем рассмотреть различные проекты модульного блокчейна с трех сторон: уровня исполнения, уровня доступности данных и уровня консенсуса, а также уровня расчетов.
Исполнительный уровень: технологии Layer 2
Технология Layer 2, как продолжение уровня исполнения в архитектуре блокчейна, является одним из проявлений концепции модульного блокчейна. Она стремится повысить масштабируемость основной цепи, создавая сети, системы или технологии вне цепи, построенные на базовом блоке.
Решения второго уровня позволяют быстрее и более экономично обрабатывать транзакции, при этом сохраняя безопасность и децентрализованные характеристики базового Блокчейна. Согласно дашборду Dune, созданному @0xning, можно увидеть, что доля газа, потребляемого на валидацию и расчет Layer 2 в экосистеме Ethereum, в среднем составляет менее 10%, что значительно экономит транзакционные расходы пользователей.
Технология Rollup является в настоящее время самым распространенным решением второго уровня, ее основная идея заключается в "выполнении вне цепи и проверке на цепи", выполняя вычисления и другие работы вне цепи, а затем загружая данные calldata обратно в основную сеть.
Внецепочечное выполнение:
В модели Rollup транзакции выполняются вне цепи, а базовый Блокчейн отвечает только за проверку доказательства транзакций в смарт-контракте и хранение исходных данных транзакций. Такой дизайн значительно снижает вычислительную нагрузку на основную цепь, уменьшает требования к хранению, что позволяет более эффективно обрабатывать транзакции.
Чтобы进一步 снизить затраты, Rollup использует технологию упаковки транзакций. Это можно сравнить с консолидацией грузов в логистике: отправка каждой единицы груза по отдельности приводит к высоким транспортным расходам. Технология Rollup позволяет упаковывать несколько транзакций вместе, требуя лишь одну "перевозку", что значительно снижает затраты на каждую транзакцию.
Верификация на цепочке:
Проверка на блокчейне является ключом к безопасности сети второго уровня. Сеть второго уровня должна предоставлять криптографические доказательства для решения потенциальных разногласий на уровне основного блокчейна. В настоящее время двумя основными механизмами доказательства являются доказательство ошибок и доказательство действительности, которые соответственно поддерживают Оптимистичные Роллапсы и ZK Роллапсы.
Оптимистичные роллапсы: доказательство ошибки:
Оптимистичные ролл-апы используют оптимистичную гипотезу, согласно которой все транзакции по умолчанию считаются действительными, если нет явных доказательств ошибок. Эта модель зависит от доказательства ошибки в течение периода оспаривания ( и доказательства мошенничества ), любой участник сети может представить доказательства для оспаривания состояния смарт-контракта, что обеспечивает справедливость и прозрачность сети.
Согласно данным L2BEAT, в настоящее время существует 16 уровней 2, использующих механизм Optimistic Rollups, таких как: Arbitrum, OP, Base, Blast и другие.
Доказательство эффективности ZK Rollups:
В отличие от Optimistic Rollups, ZK Rollups используют более осторожный подход, который требует, чтобы все транзакции проходили проверку на действительность перед их принятием. Этот механизм доказательства похож на процесс верификации, который обеспечивает точность каждой транзакции и вычисления в сети Layer 2.
Короче говоря, доказательство эффективности является основой ZK-Rollups, оно требует, чтобы каждая партия транзакций сопровождалась соответствующим доказательством, что обеспечивает возможность смарт-контрактов на базовом Блокчейне проверять и утверждать изменения состояния. Для узлов-валидаторов ZK Rollups предоставляет механизм расчетов без ошибок, поскольку каждая транзакция должна проходить строгую проверку на эффективность.
Согласно данным L2BEAT, в настоящее время существует 11 Layer 2, использующих механизм ZK Rollups, таких как: Linea, Starknet, zkSync и так далее.
Уровень доступности данных и уровень консенсуса
Селестия
Celestia, будучи пионером в области модульного блокчейна, по сути является слоем доступности данных, который предоставляет надежную основу для разработки dApps и Rollup. Размещая свои приложения на слое доступности данных и слое консенсуса Celestia, разработчики приложений могут сосредоточиться на оптимизации логики исполнения, оставляя сложность доступности данных и механизма консенсуса на обработку Celestia.
Архитектурный дизайн Celestia предлагает разнообразные решения для модульного масштабирования, и его архитектура в основном включает три типа:
Суверенный Rollup: Celestia предоставляет уровень доступности данных и уровень консенсуса, в то время как уровень расчета и уровень выполнения реализуются независимо каждой суверенной цепочкой.
Сеттлинг Rollup(, например, проект Cevmos): на основе слоя DA и консенсуса, предоставляемого Celestia, Cevmos предоставляет услуги уровня расчетов, в то время как цепочка приложений берет на себя роль уровня исполнения.
Celestium: Слой доступности данных отвечает за Celestia, в то время как слой консенсуса и слой расчета полагаются на мощную сеть эфириума, а цепочка приложений продолжает сосредотачиваться на слое исполнения.
Как модульный блокчейн может преодолеть узкие места в производительности: анализ решений с возможностью подключения
Модульный блокчейн: съемные решения для прорыва в производительности блокчейна
Монолитный Блокчейн известен своей целостностью, независимо выполняя все аспекты сети, от хранения данных до верификации транзакций и т.д. Модульный блокчейн, разделяя различные функции блокчейна на независимые модули, может обеспечить поддержку производительности и плавный пользовательский опыт для определенных функций, в определенной степени решая проблему "невозможного треугольника".
Эфир, как первая платформа Блокчейн, поддерживающая смарт-контракты, заложила основу для модульного дизайна. С развитием технологий Блокчейн экосистема Биткойн также начала исследовать возможности модульности, добавляя новые модули для реализации более продвинутых функций, таких как улучшенная защита конфиденциальности, более эффективная обработка транзакций или улучшенные функции смарт-контрактов.
Модульная технология представляет собой более "гибкий" подход к концепции взаимозаменяемых продуктов. В будущем появятся более гибкие и настраиваемые Блокчейн-решения, где различные услуги и функции можно легко вставлять и вынимать, как строительные блоки LEGO. Эта гибкость позволяет разработчикам быстро создавать и развертывать Блокчейн-решения в соответствии с требованиями конкретных сценариев применения.
Структура и преимущества модульного блокчейна
Когда мы обсуждаем модульный блокчейн, необходимо сначала понять концепцию монолитного блокчейна. Монолитные цепочки, такие как Биткойн, Эфириум и другие, известны своей универсальностью, независимо выполняя все аспекты сети, от хранения данных до проверки транзакций и выполнения смарт-контрактов. В этом процессе монолитная цепочка играет многофункциональную роль, охватывая все этапы.
Возьмем в качестве примера Ethereum, зрелый монолитный блокчейн обычно можно условно разделить на четыре архитектуры:
С помощью этой аналогии мы можем яснее понять, как различные архитектуры Блокчейн работают совместно. Монолитный Блокчейн — это выполнение всех функций на одной цепочке, тогда как Модульный Блокчейн представляет собой новую архитектуру Блокчейн, которая разбивает систему Блокчейн на несколько специализированных компонентов или уровней, каждый из которых отвечает за выполнение конкретных задач, таких как консенсус, доступность данных, выполнение и расчет.
Модульный блокчейн похож на группу экспертов, сосредоточенных на глубокой разработке и технических инновациях в своих областях. Эта концентрация позволяет модульному блокчейну обеспечивать выдающуюся производительность и пользовательский опыт в определенных функциях, например, они могут предоставлять более быструю скорость обработки транзакций с меньшими затратами.
В отношении архитектуры узлов, монолитная цепочка зависит от полных узлов, которые должны загрузить и обработать полную копию данных Блокчейн. Это не только предъявляет высокие требования к ресурсам хранения и вычисления, но и ограничивает скорость расширения сети. В отличие от этого, Модульный блокчейн использует дизайн легких узлов, которые должны обрабатывать только информацию о заголовках блоков, что значительно увеличивает скорость транзакций и эффективность сети.
Одним из заметных преимуществ модульного блокчейна является его гибкость и совместимость. Он может передавать неосновные функции другим специалистам, формируя синергетический эффект и значительно повышая общую производительность. Эта философия дизайна похожа на конструктор Лего, позволяя разработчикам свободно комбинировать различные модули в зависимости от потребностей проекта, создавая разнообразные решения.
Несмотря на то, что монолитные блоки обладают преимуществами в глобальном контроле, безопасности и стабильности, они также сталкиваются с проблемами масштабируемости, сложности обновлений и адаптации к новым требованиям. Модульный блокчейн выделяется своей высокой гибкостью и настраиваемостью, упрощая процесс создания и оптимизации новых блокчейнов.
Однако модульный блокчейн также сталкивается с его уникальными проблемами. Его сложная архитектура увеличивает объем работы для разработчиков в области проектирования, разработки и обслуживания. Как новая технология, модульный блокчейн еще не прошел полное тестирование на безопасность и испытания рыночными колебаниями, его долгосрочная стабильность и безопасность все еще требуют дальнейшей проверки.
Модульный блокчейн и "невозможный треугольник"
Почему модульная блокчейн-технология привлекает широкое внимание и предсказывается как "будущее направление"? Это связано с известной в области блокчейна теорией "невозможного треугольника".
"Невозможный треугольник" блокчейна относится к трудности достижения оптимального состояния по трем основным атрибутам - безопасности, децентрализованности и масштабируемости - в одной и той же блокчейн-сети.
Основная идея "невозможного треугольника" заключается в том, что блокчейн-системе трудно оптимизировать все три характеристики. Например, среди множества публичных блокчейнов, Биткойн и Эфириум выделяются своей широкой распределенностью узлов и достаточным количеством узлов, что позволяет им хорошо проявлять себя в аспектах децентрализации и безопасности.
Однако они жертвуют определенной масштабируемостью, что приводит к медленной скорости транзакций и высоким комиссиям: время создания блока для Биткойна составляет около 10 минут, а TPS для Эфириума составляет около 13. При резком увеличении объема транзакций комиссии за транзакции в Эфириуме могут достигать сотен долларов.
В таком контексте появилась модульная блокчейн-технология, которая решает проблемы традиционных публичных блокчейнов в области масштабируемости и стоимости транзакций, распределяя различные функции по специализированным модулям. Например, сеть Lightning Bitcoin и технология Rollup Ethereum являются воплощением модульного подхода.
Преимущества модульного блокчейна заключаются в его многоуровневой архитектуре, которая позволяет оптимизировать каждый уровень под конкретные потребности. Уровень данных может сосредоточиться на хранении и верификации данных, в то время как уровень исполнения может обрабатывать логику смарт-контрактов. Это разделение не только повышает производительность и эффективность, но и способствует взаимной совместимости между различными блокчейнами, обеспечивая основу для создания открытой и взаимосвязанной экосистемы.
В заключение, модульная блокчейн-технология предоставляет новый способ решения ограничений традиционных публичных цепей. Она достигает большей масштабируемости и более низких транзакционных издержек, сохраняя при этом децентрализованность и безопасность, что имеет глубокое значение для широкого применения и долгосрочного развития блокчейн-технологий.
Классификация модульного блокчейна
Модульный блокчейн, в зависимости от его архитектурных особенностей, может быть разделен на различные типы. Среди этих типов уровень доступности данных и уровень консенсуса, из-за их тесной взаимозависимости, часто проектируются как единое целое. Это связано с тем, что, когда узлы получают данные о транзакциях, они обычно также одновременно определяют порядок транзакций, что является основой безопасности и неизменности Блокчейн.
Основываясь на этом принципе проектирования, мы можем рассмотреть различные проекты модульного блокчейна с трех сторон: уровня исполнения, уровня доступности данных и уровня консенсуса, а также уровня расчетов.
Исполнительный уровень: технологии Layer 2
Технология Layer 2, как продолжение уровня исполнения в архитектуре блокчейна, является одним из проявлений концепции модульного блокчейна. Она стремится повысить масштабируемость основной цепи, создавая сети, системы или технологии вне цепи, построенные на базовом блоке.
Решения второго уровня позволяют быстрее и более экономично обрабатывать транзакции, при этом сохраняя безопасность и децентрализованные характеристики базового Блокчейна. Согласно дашборду Dune, созданному @0xning, можно увидеть, что доля газа, потребляемого на валидацию и расчет Layer 2 в экосистеме Ethereum, в среднем составляет менее 10%, что значительно экономит транзакционные расходы пользователей.
Технология Rollup является в настоящее время самым распространенным решением второго уровня, ее основная идея заключается в "выполнении вне цепи и проверке на цепи", выполняя вычисления и другие работы вне цепи, а затем загружая данные calldata обратно в основную сеть.
Внецепочечное выполнение:
В модели Rollup транзакции выполняются вне цепи, а базовый Блокчейн отвечает только за проверку доказательства транзакций в смарт-контракте и хранение исходных данных транзакций. Такой дизайн значительно снижает вычислительную нагрузку на основную цепь, уменьшает требования к хранению, что позволяет более эффективно обрабатывать транзакции.
Чтобы进一步 снизить затраты, Rollup использует технологию упаковки транзакций. Это можно сравнить с консолидацией грузов в логистике: отправка каждой единицы груза по отдельности приводит к высоким транспортным расходам. Технология Rollup позволяет упаковывать несколько транзакций вместе, требуя лишь одну "перевозку", что значительно снижает затраты на каждую транзакцию.
Верификация на цепочке:
Проверка на блокчейне является ключом к безопасности сети второго уровня. Сеть второго уровня должна предоставлять криптографические доказательства для решения потенциальных разногласий на уровне основного блокчейна. В настоящее время двумя основными механизмами доказательства являются доказательство ошибок и доказательство действительности, которые соответственно поддерживают Оптимистичные Роллапсы и ZK Роллапсы.
Оптимистичные роллапсы: доказательство ошибки:
Оптимистичные ролл-апы используют оптимистичную гипотезу, согласно которой все транзакции по умолчанию считаются действительными, если нет явных доказательств ошибок. Эта модель зависит от доказательства ошибки в течение периода оспаривания ( и доказательства мошенничества ), любой участник сети может представить доказательства для оспаривания состояния смарт-контракта, что обеспечивает справедливость и прозрачность сети.
Согласно данным L2BEAT, в настоящее время существует 16 уровней 2, использующих механизм Optimistic Rollups, таких как: Arbitrum, OP, Base, Blast и другие.
Доказательство эффективности ZK Rollups:
В отличие от Optimistic Rollups, ZK Rollups используют более осторожный подход, который требует, чтобы все транзакции проходили проверку на действительность перед их принятием. Этот механизм доказательства похож на процесс верификации, который обеспечивает точность каждой транзакции и вычисления в сети Layer 2.
Короче говоря, доказательство эффективности является основой ZK-Rollups, оно требует, чтобы каждая партия транзакций сопровождалась соответствующим доказательством, что обеспечивает возможность смарт-контрактов на базовом Блокчейне проверять и утверждать изменения состояния. Для узлов-валидаторов ZK Rollups предоставляет механизм расчетов без ошибок, поскольку каждая транзакция должна проходить строгую проверку на эффективность.
Согласно данным L2BEAT, в настоящее время существует 11 Layer 2, использующих механизм ZK Rollups, таких как: Linea, Starknet, zkSync и так далее.
Уровень доступности данных и уровень консенсуса
Селестия
Celestia, будучи пионером в области модульного блокчейна, по сути является слоем доступности данных, который предоставляет надежную основу для разработки dApps и Rollup. Размещая свои приложения на слое доступности данных и слое консенсуса Celestia, разработчики приложений могут сосредоточиться на оптимизации логики исполнения, оставляя сложность доступности данных и механизма консенсуса на обработку Celestia.
Архитектурный дизайн Celestia предлагает разнообразные решения для модульного масштабирования, и его архитектура в основном включает три типа:
![Глубокое погружение в модульность: съемное решение проблемы производительности Блокчейн