區塊鏈設計的未來：模塊化

巴比特资讯｜2021-10-29 12:30

單片式區塊鏈的時代即將結束，模塊化區塊鏈的時代正在到來。模塊化的區塊鏈設計說明了將去中心化奉為區塊鏈的關鍵屬性的必要性，它使所有其他的功能得以實現。

單片式區塊鏈的時代即將結束，模塊化區塊鏈的時代正在到來。

原文標題：《Bankless 丨為什麼模塊化的區塊鍊是加密行業最好的擴容方案》

撰文：David Hoffman，Bankless 聯合創始人

編譯：Yangz

以太坊的發展正在達到一個新的成熟度。目前，以太坊所處的位置和其定義的路線圖之間的差距正在迅速縮小。

現在我們處於這個階段，清楚的是，以太坊正在開發一個模塊化的設計架構。使區塊鏈成為「區塊鏈」的屬性正在被區分和分割，以使每個區塊鏈變得獨立而最大化。

在這篇文章中，我們將探討權益證明、分片和Rollup 是如何實現模塊化的區塊鏈設計，從而實現以太坊的長期願景，並為區塊鏈的未來發展設定標準。

區塊鏈不可能三角

區塊鏈不可能三角決定了你只能對區塊鏈三個屬性中的兩個進行優化。由於技術限制，必須犧牲掉一個。區塊鏈的這三個屬性是：

可擴展性- 系統的數據吞吐量是多少？有多少TPS？

去中心化- 有多少個節點？權力中心在哪裡？

安全性--它的防攻擊程度如何？

那麼，為什麼會出現這種情況？為什麼區塊鏈不能一次性實現足夠的去中心化、安全性和可擴展性？

因為區塊鍊是單體的。它們試圖在主鏈上實現所有三個目標。然而，當你將這些組件模塊化時，區塊鏈不可能三角的限制就會消失。

舉個例子吧，想想勞動分工。這一經濟原則將一項複雜的任務劃分為較小的組成部分，個人可以專門從事這些工作，使整個系統的產出遠遠超過相同數量但單獨工作的工人。

那麼，一個模塊化的區塊鍊是什麼樣子的，它是如何工作的？在這之前，我們需要了解區塊鏈的三個組成部分，它們構成了上述的三個屬性。

區塊鏈的組成部分

去中心化、可擴展性和安全性是區塊鏈的所有屬性。它們是區塊鏈可以體現的特質，但有一些底層組件可以實現這些屬性。模塊化的區塊鏈將這些組件分成獨立的部分，並將其最大化。那麼這些組件是什麼呢？

共識- 提供安全性，並定義了存儲在區塊鏈上的數據的規範真理。我們在哪個區塊編號上？區塊N 的內容是什麼？

執行- 將區塊鏈從N 更新到N+1 所需的計算。以舊的狀態，添加一堆交易，然後過渡到新的狀態。

數據可用性- L1 保證的數據是可以被引用的。構成N 的所有數據。

在深入研究之前，讓我們用一個比喻來熟悉這些術語。這是一個星期三的早晨，你正前往你當地的富國銀行分行辦公室，準備存入一張100 美元的支票。

你的賬戶狀態是你的銀行餘額，目前為69,420 美元。

所有以前的賬戶交易從開始到現在都包含在數據可用性層中，這是一個由富國銀行託管和保護的集中式數據庫。

當銀行出納員處理你的支票時，富國銀行對數據可用性層執行了一個狀態轉換，將你的餘額更新為69,520 美元。

現在，N+1 狀態（69,520 美元）反映在你的富國銀行移動應用、網絡應用和其他分行地點。有共識，因為所有的更新都發生在一個集中的數據庫中，只有擁有正確憑證的人才能訪問。

用區塊鏈的術語來說，則是：

共識

共識定義了存儲在區塊鏈上的數據的規範真理。

在這些類別中，我們發現了工作量證明和權益證明。這些是定義區塊如何被添加到鏈上，以及參與者如何同意區塊是正確的系統。

有了這些，區塊鏈可以在時間上向前發展，而不會分裂成一百萬個不同的鏈，每個鏈都有自己的真實版本。

執行

區塊鏈的執行屬性是指區塊鏈的狀態被帶入下一個區塊。

區塊N 有一些特定的狀態，代表數據從區塊N-1 開始的變化情況（賬戶餘額、合約代碼等）。然後驗證者從mempool 中抓取一堆交易，並通過產生區塊N+1 來創建區塊N 的狀態更新，該區塊N 的狀態已經根據從mempool 中提取的交易而改變（mempool 就像排隊等待銀行出納的人數）。

當驗證器使用選定的mempool 交易作為輸入與共識機制一起計算下一個區塊的新狀態時，交易被執行。

數據可用性

數據可用性指的是每個區塊鏈節點上託管的數據。如果節點上有數據，它對使用該區塊鏈的任何人和所有人都是可用的；對這些數據沒有依賴性。它是可用的，完整的。

這也使得這些數據非常珍貴。這種數據的可用數量極其有限（我們稱之為區塊空間！）。當你把一些數據添加到區塊鏈上時，你就把這些數據添加到所有運行該鏈的節點的計算機上（現在和永遠）。區塊鏈的目的是不可改變的；這意味著這些系統中的數據是人類有史以來最寶貴的數據。

每個人都希望他們的數據（交易）是不可改變的，所以人們出高價來獲取這些屬性，這就是為什麼我們在以太坊L1 上看到非常高的gas 價格的原因。

單片式區塊鏈

單片式區塊鍊是試圖在同一地點完成所有三件事的區塊鏈，即共識、執行和數據可用性：即在L1 上。基本上，迄今為止的大多數區塊鏈，包括目前的以太坊，都是單片式區塊鏈。

單片式區塊鏈的問題是，它們會受到區塊鏈不可能三角的影響。因為同一層負責使區塊鏈成為「區塊鏈」的所有三個組成部分，對區塊鏈的一個屬性進行優化會對其他屬性造成製約。

想要通過更快的區塊時間和更大的區塊來獲得更多的區塊空間？那就減少能跟上鍊的進度的節點數量。這樣一來，世界上的慢速計算機就不會拖累鏈的速度。

想要快速交易？減少節點的數量，這樣實際需要進行計算的計算機總數就會減少。這樣，我們就不會有一堆冗餘的計算機在做同樣的計算；我們只需要相信那幾台做計算工作的計算機不會對網絡撒謊就行。

想要優化安全和去中心化？減少區塊空間的供應，降低節點的硬件要求，這樣每個人都可以成為網絡的參與者，但你的交易需要更長的時間來結算。

單片式區塊鏈已經讓我們走到了這一步，但它們現在遇到了規模的限制。

單片式區塊鏈的時代即將結束。

模塊化區塊鏈的時代正在到來。

模塊化區塊鏈

模塊化區塊鏈採用了單片式區塊鏈目前在L1 上的三個組件，並將它們分割開來。就像勞動分工一樣，將每個組件拆分後，我們可以優化每個組件，生產出更好的產品，使整體大於部分的總和。

以Rollup 進行模塊化執行

Rollups 處理交易的速度要比主鏈快很多。

通過創建一個獨立於以太坊的交易執行環境，並在對L1 的狀態進行更新之前處理交易，Rollups 可以免除共識和數據可用性的責任。

Rollups 不必像高度去中心化的L1 那樣關注共識或數據可用性；它們可以自由地在這些屬性上做出任何和所有的犧牲，因為Rollups 與Ethereum 有加密的聯繫。換句話說，Rollup 是通過在以太坊上進行交易來創建的，而該Rollup 承諾遵守一套規則。

當Rollup 被初始化的那一刻，它向以太坊做出了一個加密承諾，它將遵循這些規則。

這種「初始承諾」的Rollup 設置了自己對交易管理方式的限制（即Rollup 承諾顯示所有交易都是合法的數學證明），這也是以太坊的L1 安全性與Rollup 的銜接方式，同時也沒有移植其緩慢共識和有限數據可用性的包袱。

包含在這個Rollup 初始化交易中的，是任何用戶從Rollup 中退出他們所有資金的能力。這被稱為「逃生艙」，這意味著當一個Rollup 「斷裂」或變成惡意的時候，你可以通過L1 上的交易跳出逃生艙。一個壞了的Rollup 就像一個壞了的自動扶梯；它只是變成了樓梯。

無論Rollup 是否在線和運作，它和以太坊之間的橋樑都存在，並允許以太坊的結算保證延伸到它上面。

這座橋將以太坊的安全性和去中心化與Rollup 的交易執行環境聯繫起來。

有了這座橋樑，以太坊的每個模塊都是相互補充的；安全模塊（權益證明）被添加到可擴展性模塊（Rollup）。一個模塊的屬性被注入到另一個模塊的屬性中，這就是我們如何在不損害任何一個模塊的情況下實現規模和去中心化。

Rollups 幾乎不需要任何維護費用，而且在任何時候都只需要很少的節點，它們也沒有安全所需的昂貴共識機制的負擔。以太坊的L1 支付安全費用，並保持去中心化，所以Rollup 不需要這樣做。

某些類型的Rollup 甚至可以像集中式服務器一樣高性能。對Rollup 的進一步創新實際上可以使它們比集中式數據庫更具性能。

以PoS 驗證器實現模塊化安全

權益共識機制創建了一個無形的對象，負責為系統提供安全。這個對象就是被質押在PoS 網絡上的虛擬貨幣。使用本地貨幣來驗證鏈的行為將物理硬件和網絡安全之間的聯繫解開。

不再由特定的計算機負責網絡安全。現在，所有的計算機都可以對網絡安全負責。因為ETH 可以在任何連接互聯網的電腦上進行質押，這就正式體現了為資產本身提供安全性的價值。

維護物理PoW 網絡的資本需求可以轉而用於購買「虛擬ASIC」（PoS 代幣），提高資產的資本效率。與物理硬件不同，PoS 資產不會隨著時間的推移而退化，所以幾乎沒有需要出售的運營費用。

將運行一個驗證節點的經濟成本降低到資本（32 ETH）和計算機（你所在的那台！）的成本，增加了區塊鏈可能的驗證者的總可行數量。雖然32 個ETH 很貴（目前~128,000 美元），但它比最小的可行的工作證明挖礦操作（幾千萬美元）低一個數量級。此外，像Lido 或Rocketpool 這樣的去中心化質押協議允許任何數量的ETH 被匯集和質押，使32 的限製成為一個任意的數字。你擁有3.2 個ETH 與320 個ETH 的收益率基本相同，並將隨著時間的推移接近平價。

權益證明網絡剝離了驗證鏈的硬件要求，使得一般的消費設備都足以驗證鏈的功能。這優化了網絡和硬件之間的聯繫。

通過最小化硬件的作用，你最大限度地提高了鏈的可及性，並為最大數量的人驗證鏈提供了可能性。權益證明將網絡驗證的要求降至絕對最低：即資本。

作為權益證明的結果，以太坊現在有兩個同質的池子，當它們組合在一起時，成為一個模塊化的網絡安全池。這被稱為「驗證器池」，它是以太坊的安全來源。

以太坊的開發者表示，希望看到10M ETH 被質押給以太坊才算「安全」。 10M / 32ETH = 312,500 個驗證者。

將以太坊的安全細化為單個驗證器實例，允許這些實例被信標鏈引導到這些資源需要去的地方，讓以太坊在如何分配其安全資源方面有最大的選擇。

擁有一個模塊化的安全資源池，使得以太坊可以通過分片來模塊化其數據存儲能力。

以分片最大限度地提高數據可用性

分片使L1 中可用的區塊空間最大化!

所有區塊鏈都有一定的安全供應。比特幣的安全是世界上可以生產的SHA256 哈希值的供應。 PoS 以太坊的安全性是存在於驗證器池中的以太坊驗證器的供應。

以太坊有一個由所有以太坊驗證器組成的「驗證器池」，可供隨機選擇，以驗證一個以太坊區塊。當更多的驗證者上線並向以太坊提供他們的安全（32ETH，承諾遵守規則），就可以使以太坊更加安全。

當你加入分片時，它也將使以太坊更具可擴展性。分片允許在更多的鏈上「重新分配安全」，而不是將系統的所有安全完全指向一個單一的鏈。

讓30 萬個驗證者（30 萬個32ETH 的實例）來保護一個單一的鏈，是一種過剩的安全，是一種低效的資源分配。通過將驗證器分散到多個鏈上，以太坊的L1 可以通過在每個鏈上擁有約4500 個驗證器來創建64 個以太坊的規模。

這使得以太坊的可擴展性與它的安全性呈正相關。當單片式區塊鏈接近區塊鏈不可能三角決定的極限時，分片區塊鏈顛倒了規模和安全之間的關係；它將其限制因素變成了其增長因素。

分片化的以太坊在開始時計劃有64 個分片，但目標是將其增加到1024 個分片。此外，隨著摩爾定律的發展，我們所有的家用電腦變得更加強大，分片的數量和容量都可以增加。

在分片的起源階段擁有64 個分片並不意味著我們將以太坊的容量增加了64 倍。相反，我們擁有的' 以太坊鏈' 的數量將增加64 倍，但每個鏈的大小將是~1/3 大，所以大約增加了~18 倍的大小，而不是64 倍。

但是，如上所述，隨著物理硬件的改善和以太坊驗證器池的增加，我們可以增加分片的大小和供應，從而將以太坊的可擴展性與摩爾定律聯繫起來。

優化模塊之間的協同作用

模塊化設計的魅力在於，每個模塊的優化都能放大其他模塊的優化。

這裡有三個協同作用：

模塊化PoS 安全可以在更多的分片上重新分配驗證器，因為更多的驗證器上線，可以安全地支持更多的數據。更多的去中心化➡️更多的規模。

L1 上的額外分片對Rollup 的執行能力有放大的影響。在將數據添加到L1 分片之前，Rollup 可以壓縮大量的數據，所以分片的任何額外空間都會對Rollup 的可用空間產生巨大的影響。更大的規模➡️更快的執行。

在Rollup 上發生的淨交易活動越多，為購買L1 區塊空間支付的總費用就越多。為區塊空間支付的總費用越多，支付給L1 驗證者的收入就越多。支付給驗證者的費用越多，就有越大的動力去增加驗證者。在L1 增加更多的驗證器，增加了計算資源，可以創建更多的分片。而更多的分片？見第2 步。

更大的規模，更快的執行

通過將以太坊分散到64 個不同的數據可用性層，我們為Rollups 創造了更多的空間，以部署其成千上萬的交易捆綁。分片L1 對L2 上的Rollups 的可擴展性有很大影響。因為Rollups 將交易壓縮成緊湊的數據包，L1 上任何數據的增加都會在L2 上創造數量級的空間。

這就是以太坊獲得微交易能力的地方。分片化的以太坊是所有Rollup 的閘門打開的地方。增加可供消耗的區塊空間，在分片之上減少了大量的Rollup 費用。

壓縮的Rollup 交易（想想：壓縮文件！）現在有更多的可用區塊空間供應。 Rollup 在其所有用戶中攤銷其L1 交易的成本。如果它花費1 個ETH 來部署一個大的交易捆綁到以太坊，它將把這1 個ETH 的成本分攤到交易捆綁中的成千上萬的交易者身上。當我們有64 倍的分片來部署交易時，每筆交易的成本應該下降多個數量級。增加攤銷的用戶數量

一旦發生這種情況，Rollup 就可以自由地停止限制它們自己的可用區塊空間的數量，就像它們目前所做的那樣，讓引擎真正地旋轉。

分片和Rollup 的結合允許計算資源成為網絡的資產，而不是負債。更多的計算機，任何計算能力，總是可以為網絡貢獻它們的資源，並使這些資源得到有效的利用，無論計算機有多少資源可供奉獻。一台計算機可以成為一個Rollup 驗證器，幫助壓縮發送到L1 的數據，或者它可以將其資源貢獻給L1 驗證器池，幫助運轉更多的分片。

將你的節點添加到單片式區塊鏈中，會增加網絡必須通過的另一個瓶頸。一個單片式區塊鏈不能處理比單個節點更多的交易。由於所有的單片式鏈節點都處理所有的交易，所以把你的電腦加入到單片式網絡只是增加了另一台需要能夠跟上網絡的電腦而已。

經濟上的可持續性

模塊化以太坊是一個經濟上可持續的以太坊。這是加密經濟學的行業，除了密碼學之外，我們還需要把經濟學搞好。

在經濟學中，格勒善法則（ Gresham's law）是一個貨幣原則，指出「劣幣驅逐良幣」。當有人遇到兩種不同的貨幣時，他們會保存保持其價值的那一種，而花掉失去其價值的那一種。

在法定貨幣中，我們看到人們逃向貶值最少的貨幣，也就是美元。但現在，在「科幻經濟學」的世界裡，我們可以做更大的夢，而不僅僅是「不失去價值」。相反，在加密貨幣世界裡，我們會問「什麼貨幣的價值增長最多？」

比特幣持有者對BTC 非常興奮，因為它是第一種硬通貨，承諾通過免於進一步發行來保持其購買力。比特幣承諾，隨著經濟的發展，它將變得更加稀缺。

同樣的BTC 供應量，但在一個更大的經濟體中，就等於相對來說更稀缺的BTC。

以太坊人對ETH 及其作為以太坊網絡需求而被燃燒的能力感到興奮，以及由於燃燒的ETH 比通過EIP1559 發行的ETH 更多而導致通貨緊縮的可能性。

一個更大的經濟體等於一個更高的ETH 燃燒率，這就造成了ETH 越來越稀缺。

交易費= 貨幣溢價

將格勒善法則轉化為加密經濟術語：網絡需要收集比發放給驗證者的更多交易費用。

加密經濟網絡通過發行和收費來支付其安全供應商。使用費用收入來支付安全，就會取代所需的發行量。區塊鏈收集的費用越多，它需要通過發行來增加供應的數量就越少。

收集更多，發行更少。

這就是擴展單片式區塊鏈的問題所在。許多區塊鏈承諾低費用和高吞吐量。通過承諾這一點，他們同時承諾永遠不會創造一個有意義的收費市場。如果你想讓區塊空間變得便宜，你必須不依靠交易費來支付安全費用。

因此，你必須依靠發行，用Gresham 的術語來說，這被稱為「壞錢」。

以下是來自Polynya 的一段節選：

讓我們考慮一下Polygon PoS 和Solana。

Polygon PoS 每天收取大約50000 美元的交易費，即1800 萬美元的年費。同時，它發放的通貨膨脹獎勵遠遠超過4 億美元。這是一個令人難以置信的95% 的淨損失。

至於Solana，在很長一段時間裡，它只收取了~1 萬美元/ 天，但隨著投機狂熱，它已經看到了大幅增加到~10 萬美元/ 天，或3650 萬美元的年化。 Solana 在通貨膨脹的情況下發放了更驚人的40 億美元的獎勵，導致了99.2% 的淨損失。

作為一個思想實驗，Solana 需要在目前的交易費下做154,000 個TPS，才能達到收支平衡--考慮到目前的硬件和帶寬，這完全不可能。

但更大的問題是，這些額外的交易並不是免費的--它們增加了更大的帶寬需求，更多的狀態膨脹，以及一般來說，更高的系統要求。

經濟可持續性的關鍵特徵是，它在兩個方向上都是複合的。

一個受約束的1 層建立了一個強大的收費市場。通過限制可用區塊空間的數量，你既增加了去中心化（通過減少參與節點的硬件要求），也增加了費用收入的獲取（通過限制可用區塊空間的供應）。

稀缺的區塊空間創造了高額的手續費收入，這產生了高額的ETH 燃燒率，使得ETH 更加稀缺，更有價值。

一種貨幣越有價值，為達到同樣的效果所需發行的貨幣就越少。因此，當貨幣的價值高時，實際上需要為安全性支付的費用就越少。在便宜的證券範式下，你會進一步減少新的淨發行量，因為你只是發行了更少的東西，這進一步加劇了資產的稀缺性和價值。

從另一個方向看，這一切都會被解開。

那些宣傳廉價收費環境的區塊鏈無法收取任何有意義的收費收入（否則它就會有收費）。如果你不能收取費用，你必須通過發行來支付安全性費用，隨後那麼貨幣就會隨著時間的推移而膨脹並洩漏價值。

隨著時間的推移，作為一種通貨膨脹的貨幣，是在增加貨幣的供應量，並降低其價值。價值降低意味著你必鬚髮行更多的貨幣來支付安全性。進一步的發行使供應膨脹，並使貨幣貶值，代表著通貨膨脹螺旋的開始階段。

雖然牛市的投機可以暫時掩蓋這種影響，但經濟規律是無法逃避的。發行的貨幣不會像燃燒的貨幣那樣保值，這兩條道路將導致巨大的不同未來。

L1 的吞吐量和為其提供動力的貨幣的健全性之間存在著直接的關聯。

如果你提高了你的鏈的吞吐量，你就增加了資產的通貨膨脹。可悲的是，當你也增加你的鏈的吞吐量時，你減少了普通人成為一個驗證者的能力。

這就把圍繞這個區塊鏈的社區分成了兩類公民；一類是有能力驗證區塊鏈並有權利獲得收益的人，另一類是沒有能力的人，只能購買驗證者賣給他們的東西。

將一切聯繫起來

以太坊有一個受限的L1，優化了強大的去中心化和高效的安全性。這種區塊空間受限的L1 創造了一個昂貴的收費市場，為ETH 增加了貨幣溢價。

分片增加可用的L1 區塊空間是以太坊安全規模的函數。隨著以太坊的驗證者池越來越大，可行的分片數量也會增加，使以太坊在去中心化的過程中更加可擴展。

Rollups 創造了無約束的執行環境，將交易捆綁起來，並將其壓縮成最微小的數據包。這釋放了新類型的經濟活動，並允許充滿活力的廉價經濟蓬勃發展，增加了在L1 上結算的淨經濟活動。隨著更多的經濟活動在Rollup 上發展，其費用會下降，因為它們在更多的參與者中被攤銷。隨著更多的分片被添加到以太坊，以及分片變得更大，作為摩爾定律的一個功能，Rollup 費用繼續降低。

解除微交易的可行性增加了可以支持的可行經濟活動的總量，允許淨經濟活動有更多數量級的操作空間，這一切都通過一系列的壓縮和各層的承諾被輸送到L1 以太坊，並全部分攤到L1 上的競爭費用市場，作為總經濟活動的函數燃燒ETH。

模塊化設計的好處是，對每個模塊的優化會放大對其他模塊的優化。

通過PoS 增加去中心化，增加以太坊上的分片數量

以太坊L1 上更多的分片會給L2 Rollup 增加數量級的規模

L2 Rollup 的更多規模釋放了新的可行的經濟活動，最終增加了L1 Rollup 所支付的更多集體費用。

向L1 支付的更多集體費用增加了運行驗證器的激勵，使驗證器池更大，允許創建更多的分片。

以此往復。

執行優化的單片式區塊鏈

每一個牛市，都會有一批新的區塊鏈出現，它們選擇犧牲去中心化，以優化區塊鏈的執行屬性。它們增加了區塊大小並限制了節點，以便牛市的繁榮可以通過廉價的費用找到一個家。

在牛市中，以太坊和比特幣變得極其擁擠，因為它們已經為去中心化進行了優化，從而使對立屬性進行優化的鏈具有合理性：執行交易。

如上所述，為執行而優化的單片區塊鏈已經承諾了一些缺點。它們不能有意義地收取費用，並且犧牲了去中心化。

如果這種執行優化的單片式區塊鏈轉而將自己捲成不同L1 鏈上的L2，那麼它實際上可以更加優化執行，同時不必處理安全和去中心化的製約因素。 L1 資產不再需要發行來支付安全，因為安全是來自L1 的。