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一文了解区块链模块化的破局之路

作者:Sky Ranker,下文由 DeFi 之道编译

自 Vitalik Buterin 提出“区块链的不可能三角”这一想法以来已经过去了 5 年的时间,无论是以太坊核心社区还是其他公有链的开发者都在努力寻找能开启下一代区块链的钥匙。

在 V 神的文章“终局游戏(Endgame)”中,他描述了他认为的以太坊的最终形式,V 神花了很大的笔墨描述了一个由 rollup 和数据可用性层(DA)构建的新以太坊。这无疑在一定程度上指出了以太坊在未来十年的破局之道——那就是模块化。事实上,无论是以太坊还是新公链都已经开始了自己的模块化之路,同时它们也形成了完全不同的技术路线。

区块链分层

事实上,以太坊本身已经将区块链分成了多个层,但在以太坊 1.0 中,区块链节点其实承担了所有层的责任。我们可以沿用以太坊的思路将区块链分成层:

  • 共识层:决定交易的顺序、有效性和节点之间的一致性。
  • 数据可用性层:确保数据是可用的(可存储、可验证和可用的)。
  • 结算层:解决争端和桥的功能。
  • 执行层:处理交易。

基于以太坊是“世界计算机”的叙述逻辑,我们可以将区块链的模块与计算机结构进行比较:

  • 共识层相当于维持分布式计算机集群的共识算法。
  • 执行层相当于计算机的操作系统(实际执行订单的环境)。
  • 数据可用性层相当于计算机的内存(用于短期数据访问)。
  • 结算层相当于计算机的 CPU(硬件保证订单执行的正确性)。

值得一提的是,EigenLayr 项目在进一步划分共识层方面取得了很大的突破性。EigenLayr 将权益证明共识层的作用理解为负责维护分布式系统的一致性,并通过质押等机制维护网络的信任。这就进一步就让共识层形成了两个子层

  • 信任层:它由验证器节点组成,或者说它是由通过质押加入以太坊网络的硬件实体组成。
  • 一致性层:它通过连接每个节点来保持这个巨大的分布式系统的一致性。

这些层(模块)为区块链的模块化发展提供了基础,这也进而形成了主链的各种拆解方案。

项目映射

在我们上面提到的关于层的逻辑中,信任是从共识层逐渐传递到执行层的,因此划分模块的核心是在不损害原有信任体系的前提下,尽可能地减轻主网的负担。

安全的 rollup

显然,首先被拆解的是信任系统末端的执行层。因此,基于以太坊的各种 rollup 应运而生。基于欺诈证明的 Optimistic rollup 和基于有效性证明的零知识证明 rollup 都将执行层交给了链下,同时将结算层、数据可用性层和共识层交给了主网,当然这是最直观的解决方案。

我们称之为安全的 rollup,简单来说,我们可以把它理解为由第一层主网保护的 rollup。这个名字来自于以太坊官方文档中对扩容的描述:

对于一些解决方案来说,第二层网络的实例在将它们锚定到第一层主网之前,会将它们分批成组,之后它们会被第一层主网保护起来,不能被改变。在不同的第二层网络技术和实施方案中,如何做到这一点的细节有很大的不同。

然而,分解往往意味着“连接“的问题:目前大多数主流的 rollup 都掌握着交易排序的中心化权力。由于排序器是连接执行层和主网的重要组件,它的中心化必然会提高系统的效率。然而,交易排序权的高度中心化所形成的“黑暗森林“让人们不可避免地担心矿工可提取价值(MEV)攻击(Shutter Network 正在努力通过引入阈值加密使排序器变得不可信任)。

主权 rollup

目前以太坊上的 rollup 直接将他们的区块发布给基于以太坊虚拟机(EVM)的智能合约,这也被称为桥合约。该合约有效地实现了 rollup 的链上轻客户端,接收块头并处理欺诈或有效性证明。在这个模型中,我们认为以太坊被奉为 rollup 的耦合结算层,其中 rollup 是以太坊的“子链(baby chain)“,而不是一个有自己权利的独立链。

我们可以在这打个不太恰当的比方,只分离执行层的以太坊 rollup 就像是只能进行“搬砖“(计算)而无权参与最终游戏(结算)的“工人”。砖头的堆放方法和顺序仍由主网决定。Celestia 的设计显然为 rollup 赢得了更多权力:它定义了一个新的模块化分区:即主权 rollup。

Celestia 上的主权 rollup 不把他们的区块发布到智能合约上,而是直接作为原始数据发布到链上。Celestia 共识和数据可用性层不解释或执行任何计算,也不为 rollup 运行链上的轻客户端。

Danksharding

无论是 Danksharding 还是数据分片的原始方案,本质上都是为了解决数据可用性层的问题。在模块化区块链的背景下,Danksharding 显然增加了以太坊主网承担数据可用性层的能力。

一方面,它将一些数据可用性层的责任委托给 rollup,这显然是对 rollup 最终性的改进。另一方面,数据可用性采样将大大提升主网的验证能力,从而进一步释放主网的性能

在 Danksharding 分叉之后,以太坊主网承担了部分审核数据可用性的权力,而 rollup 除了执行层原有的职责外,还承担了数据可用性层的权力。

EigenLayr

EigenLayr 将以太坊的信任层从整个网络中剥离出来,并试图在信任层上建立一个独立的层——EigenLayr。这一层依靠以太坊信任层网络(或以太坊巨大的质押资本),为基础设施或中间件服务商提供一个可以自由建立共识和应用的平台。

其中,如何连接以太坊信任层和 EigenLayr 是整个设计的核心。EigenLayr 巧妙地提出了一个新概念——Restaking(重新质押)。以太坊上的质押节点可以自愿选择加入 EigenLayr。此外,有更多性能要求的中间件或基础设施服务提供商也可以选择在 EigenLayr 上建立自己的网络。

EigenLayr 的分离方案相当于只“借用“了以太坊的信用(共识)基础。基于这种设计,我们可以看到建立一个新的主权链或建立一个基础设施网络的可能性。

Arweave

我们可以发现,在可预见的未来以太坊模块化的道路上,主网仍然要保持对共识层的控制。

同样在以太坊模块化的道路上,Arweave 显然是独一无二的。它跳出了以太坊的叙述逻辑,建立了一个基于存储共识的设计范式。在 Arweave 的设计中,主网作为整个图灵机的纸带,在底层记录这些状态和修改状态的交易,最终实现了存储和计算的分离。

Arweave 重新定义了我们的模块化分割。它使用数据可用性层来确保共识,而执行层和结算层则被留在链下。当然,它所付出的代价是,为了获得最新状态数据的有效性保证,用户需要下载所有历史状态数据,并在本地进行链下计算前进行验证计算,这显然会造成很大的效率问题(KYVE Network 正在努力解决这部分工作产生的低效率问题)。

结论

在探索区块链模块化之路的过程中,我们发现,虽然各方选择的技术路线不同,但仍有迹可循:不同的技术路线往往来自不同项目对市场需求的不同理解

一方面,由 DeFi 掀起的最近一轮牛市对以太坊的可扩展性和不同链的可组合性产生了迫切的需求。正是基于这些需求,出现了许多致力于缓解主网压力的解决方案。如果未来区块链网络的叙述逻辑仍然基于的是金融原语,那么也许以 rollup 为核心的以太坊 2.0 将是模块化道路上的一个明显终点。

此外,如果未来的区块链网络打破了中心化金融原语的桎梏,如提供和支持 3 A 级游戏、真实世界的资产交易、去中心化的社交网络,届时,我们可能需要一个新的模块化方案来充分释放每个模块的性能。

另一方面,对于公有链本身的发展来说,其核心价值是共识。正如我们上面提到的那样,无论以太坊如何发展,它都不会为了性能而牺牲其共识层。区块链的模块化之路,不仅仅是在性能上的盲目扩张,更重要的是必须回归到区块链本身的属性:从共识中获取价值,通过价值反馈给共识,再进一步强化共识

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