模块化区块链及DA经济学

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区块链的三角困境在过去一直是业界难以逾越的鸿沟，而历届公链项目总是试图通过不同架构的设计来跨越这一鸿沟，成为所谓的“以太坊杀手”。 然而事实是残酷的，这么多年以来，以太坊在一人之下的地位从未被超越，而区块链的不可能三角依然牢不可破。 那么公链有没有办法填补不可能三角的空白呢？ 这就是 Mustafa Albasan 模块化区块链想法的诞生。

1、模块化的起源

模块化区块链的诞生源于两篇白皮书，其中一篇由 Mustafa Albasan 和 Vitalik 于 2018 年共同撰写，名为《数据可用性采样和欺诈证明》。 本文描述了如何在不牺牲安全性和去中心化的情况下解决区块链可扩展性问题，方法是允许轻客户端接收和验证来自全节点的欺诈证据，并设计数据可用性证明系统，以减少链上容量与安全权衡。

然后在 2019 年，Mustafa Albasan 撰写了 Lazy Ledger 的白皮书。 详细介绍了一种新的架构，其中区块链仅用于排序和保证交易数据的可用性，而不负责交易的执行和验证。 该架构的目的是解决现有区块链系统的可扩展性问题。 当时，他称其为“智能合约客户端”。

智能合约通过另一个执行层 Celestia（第一个模块化区块链）在该客户端上执行。 然后 Rollup 的出现，使这个概念更加明确。 因为Rollup的逻辑是在链下执行智能合约，然后将结果聚合成证明上传到“客户端”的执行层。

通过反思区块链的架构和新的扩展技术，他定义了一种新的范式，他称之为“模块化区块链”。

2、什么是模块化区块链？

传统整体区块链的架构通常由四个功能层组成：

• 执行层：执行层主要负责处理交易和执行智能合约。 它包括交易的验证、执行和状态更新。
• 数据可用性层：模块化区块链中的数据可用性层负责确保网络中的数据可以被访问和验证。 它通常包括数据的存储、传输和验证等功能，以保证区块链网络的透明度和信任。
• 共识层：负责节点之间的协议，以实现网络中数据和交易的一致性。 它通过特定的共识算法（例如工作证明（PoW）或权益证明（PoS））验证交易并创建新块。
• 结算层：负责完成交易的最终结算，确保资产的转移和记录永久保存在区块链上，决定区块链的最终状态。

单体区块链使得这些组件的工作集成在同一个系统中来完成，这种高度集成的设计必然会导致一些固有的问题，比如可扩展性差、灵活性差、维护和更新困难等。

然而，Celestia 认为单体区块链不再需要自己完成所有事情。 Web3的未来演进将是“模块化区块链”，通过将区块链模块化并将其流程划分为多个“专有层”，每个专有层处理特定的功能层，从而创建更好的系统，并且系统应该是独立的、安全的且可扩展。

3、模块化设计原则

如果设计将系统分解为可以更换或替换的更小的部分，则该设计是模块化的。 核心思想是专注于只做好几件事（部分或单个功能层工作），而不是尝试做所有事情。 Cosmos Zones、Polkadot 平行链、Polkadot 平行链都是我们过去熟悉的模块化项目的例子。

4、新视角

基于模块化的新视角，单体区块链及其所属的模块化堆栈的重新设计空间将大大提高。 具有不同特定用途和架构的模块化区块链都可以组合起来协同工作。 凭借多种设计可能性，该电路还催生了许多有趣和创新的项目。 接下来讨论当前关于不同功能层的争议以及Celestia如何从模块化的角度解释“模块化”。

5、执行层：以太坊为中心

如果我们把 Rollup 看作模块化的执行层，我们会发现模块化执行层的项目几乎都是建立在以太坊之上的。 原因很明显，以太坊拥有大量资源作为护城河，去中心化程度是最强的选择，但其可扩展性较差，因此在功能层重新设计方面潜力巨大。 从最近上线的Move系统语言公链（APT、SUI）的惨淡与以太坊上Layer2的空前热潮对比，不难看出区块链的基础设施叙事也从做公链转向了做以太坊Layer2。 那么模块化的存在是好是坏呢？ 以以太坊为中心的执行层是否会扼杀公链创新？

5.1 区块链扩容图

首先，从执行层的角度，对现有的链条进行重新分类。 这里参考Nosleepjon的文章《Tatooine’s Double Sun》来解释目前区块链的执行级别分类。

目前的区块链可以分为四类：

• 单线程单体区块链。一次处理一笔交易的单一区块链。 由于限制，其中大多数已转向 Rollup 或水平扩展路线图。代表项目：以太坊、Polygon、币安链、Avalanche
• 并行处理单体区块链。同时处理多个交易的整体区块链。代表项目：Solana、Monad、Aptos、Sui
• 单线程模块化区块链。一次处理一笔交易的模块化区块链。代表项目：Arbitrum、Optimism、zkSync、Starknet
• 并行处理模块化区块链。同时处理多个交易的模块化区块链。代表项目：Eclipse、Fuel

5.2 单体并行处理架构与模块化架构

关于采用哪种方法有很多讨论，特别是在涉及模块化与全局并行处理的概念时。 另外还有三个营地：

• 模块化阵营：模块化拥护者（他们也大多是以太坊拥护者）认为，单块区块链不可能解决区块链的不可能三角。 在以太坊上堆叠乐高积木是在安全和去中心化的同时获得可扩展性的唯一方法。 并且模块化具有更多的控制性和可定制性。
• 单体并行处理阵营：这个阵营（引用《Monolithic vs. Modular：谁是区块链的未来？》中的 Kodi 和 espresso 观点）认为单体并行处理的新公链架构（Move 系统、Solona 等）已经 集成度高，整体性能会比模块化碎片化设计更好，而且模块化架构并不安全，特别是需要大量的跨链通信，黑客的攻击面更广。
• 中立阵营：当然也有人持中立态度，认为两者最终可以共存。 例如，Nosleepjon认为最终的博弈是双方各有千秋，公链竞争依然存在，Rollup也会相互竞争。

5.3 结束游戏

这个问题的焦点实际上可以归结为模块化的摩擦缺点（跨链不安全、系统流程差等）是否超过了新公链的中心化问题。 从市场争论来看，无论是Rollup中心化隔离器的缺点，还是跨链桥的不安全性，都没有导致人们转向新的公链。 那是因为所有这些问题似乎都有改进的空间，而新的公链无法复制以太坊链的庞大生态护城河和去中心化优势。

另一方面，新公链虽然在架构上具有性能和集成性优势，但生态上是以太坊生态的简单分叉，同质化程度太高，缺乏流动性。 没有一个专属应用能够体现出自身的架构优势，自然也没有理由让人们不得不放弃以太坊生态。 Rollup 的可塑性足够高，未来新架构的 Rollup 改进还有很大的空间。 当 Rollup 也具备非 EVM 链的大部分优点时，未来很难再出现“Solana Summer”。 所以在这种情况下，我认为模块化的摩擦劣势小于公链中心化的问题。 而中立的情况似乎并不存在，以太坊的虹吸效应将像“iPhone”一样，吸引大量注重扩展性的开发者到第二层，新的公链将成为一座鬼城。

那么关于基础设施的未来，我无疑更倾向于模块化，以太坊的分类扩展也将是公链博弈EndGame的开始，通用链之间的Layer2竞争，超级应用链之间的Layer3竞争。

目前一级市场融资的项目也印证了这一点。 除了大量的以太坊二层项目，也就是比特币的扩容项目之外，几乎没有新的公链。

但话又说回来，这个行业始终是建立在以太坊上发展的，而目前的趋势是有点口味过于集中，这样的现状真的好吗？ 缺乏竞争可能会阻碍一个行业的发展。 这个行业需要多样性和更多的选择。 如果用户体验逐渐趋于同质化，新的公链将如何创造出破局的苗头，目前还没有看到。 当以太坊不断完善自身缺陷的同时，如何找到更大的差距来做精准打击非EVM系统需要重点关注的问题。

6、DA计划的舞台

从执行层争议转向数据可用性层（DA 层）争议，最近关于 Rollup 应该采用哪种数据可用性方案的争论成为业界的热门话题，这是由以太坊基金会研究员 Dankrad Feist 的一条推文讨论相关问题引发的。 主题的各个方面。 并且在他看来没有以太坊DA的rollup不是Layer2，过去的Layer1战争会演变成正统（有以太坊DA）Layer2和非正统Layer2之间的战争吗？ 那么目前业界对于DA的解决方案主要有三种：

6.1 公链作为结算层

以以太坊为例，在 Rollup 中进行交易时提交给以太坊的费用主要包括以下几类：

• 执行费用：执行交易所需的计算资源的补偿。 它包括执行交易所需的汽油费，通常与交易的复杂性和执行时间成正比。 在 Rollup 中，执行费用可能包括链下执行交易的费用，以及生成和验证交易证明的费用。
• 状态费：状态费与更新以太坊主链上的状态有关。 在 Rollup 中，这包括向主链提交新状态根的费用。 每次 Rollup 聚合器生成新的状态根并将其提交到主链时，都会产生状态费用。 该费用可能与状态更新的频率和复杂性成正比。
• 数据可用性费：将数据发布到Layer1的费用。

这些费用中，数据可用性费用占比最大，且成本较高，比如Arbitrum今年5月6日因以太坊GAS费用爆炸，单日向以太坊支付了376.8ETH GAS费用。

这是因为Rollup以Calldata上传的形式将数据上传到以太坊，并永久存储这些数据，所以成本非常昂贵。 但好处是，Rollup 的安全性和合法性是三种方案中最好的，而且该方案的成本降低目前等待Cancun升级后的 EIP-4844 的更新。 通过引入事务格式，用 Blob 承载 Transactions。 使交易格式比普通交易格式多一个Blob位置来承载Layer2的数据。 而且Blob数据在1个月后就会被节点删除，从而大大节省了存储空间。

Blob 的事务格式提供了比 Calldata 更便宜的数据可用性。 主要原因有两个：一方面，Callda存在于Execution Payload中，而Blob数据存储在Prysm节点或Lighthouse节点（而不是Geth）中，当合约需要读取Calldata时，会消耗更多的资源。 另一方面，Blob数据是短期存储，节点会在一个月后删除Blob数据。 但GAS成本仍会高于后两种方案。

6.2 Validiums DA模式

对于应用链类型的 Rollup（比如以前的 dYdX、Immutable 等），通常是使用 header Rollup 项目引入的 Layer 2 可扩展性引擎（目前最常见的是 StarkEx，但是 Zk 系列 header 项目都有类似的） 计划。 在DA模式下，由于应用链计算量较大，他们更喜欢使用Validiums，这是一种低成本、高吞吐量的方案。 Validium 旨在利用链下数据可用性和计算，类似于 ZK-rollup，通过发布零知识证明来验证以太坊上的链下交易。 然而，与 ZK-rollup 将数据保持在链上不同，Validiums 将数据保持在链外，并且成本比使用以太坊低 90%，使其成为替代场景中最具成本效益的解决方案。

但由于数据仍然在链外，Validium 的实体运营商可以冻结用户的资金。 为了防止出现极端情况，必须再次引入数据可用性委员会 (DAC) 计划，DAC 必须通过其法定人数签署每次状态更新来确认已收到数据。 这是一个有争议的做法，因为你必须首先信任实体的安全性，而不是链。 Dankrad Feist（上面 EIP-4844 的创建者）在推文中直接点名了这个方案。

6.3 模块化DA

从模块化的角度来看，重新设计DA层的方式有很多种，可能会导致不同项目的具体实现。 因此，对模块化DA项目的详细描述需要大量篇幅，DA项目的描述以Celestia为代表。

7、Celestia

作为本文开头模块化区块链概念的第一个提出者，Celestia 是该领域最知名、最早的项目。 其愿景旨在解决区块链可扩展性和模块化的问题。 Celestia基于COSMOS架构，为开发人员提供了更大的灵活性，使他们能够更轻松地部署和维护区块链应用程序。 同时，它通过为 dApp 创建者和区块链开发人员提供模块化、可扩展的区块链架构来支持各种应用程序和服务的需求，从而降低部署区块链的成本和复杂性。

Celestia工作原理和架构如下：

• 解耦执行

Celestia 的逻辑是将协议分为不同的层，每个层专注于特定的功能，然后可以重新组合以构建区块链和应用程序。

Celestia 则专注于层次结构中的共识层和数据可用性层。 与某些 Layer1 类似，Celestia 使用 Tendermint（一种拜占庭容错 (BFT) 共识算法）对交易进行排序，但与其他 Layer1 不同。 Celestia 不推理交易的有效性，也不执行交易，只是将交易打包排序、广播，所有交易有效性规则均由客户端的 Rollup 节点强制执行（即解耦共识层和 执行层）。 然后注意一个关键点，“不要推理交易有效性”。 隐藏交易数据的恶意区块也可以发布到 Celestia。 那么验证过程应该如何实施呢？ Celestia 在这里引入了两个核心，2D Reed-Solomon 编码和数据可用性采样（DAS）。

• DAS

该方案用于轻节点以不需要节点下载整个区块的方式来验证区块数据的可用性。 只需要块的一部分来对数据进行采样（具体实现需要2D Reed-Solomon编码，下面会详细解释）。 与上面提到的 Dac 不同，DAS 不需要信任实体的安全性，只需要链足够去中心化，数据就可以被信任。

• 二维里德-所罗门编码（纠删码）

二维里德-所罗门编码的基本思想是分别对行和列应用里德-所罗门编码。 这样，即使二维数据的某些行和列出现错误，也可以进行纠正。 然后通过对块数据进行编码，将块数据分割为kk个块，排列成kk个矩阵，并通过多次Reed-Solomon编码扩展成2k2k扩展矩阵。 计算扩展矩阵的行和列的4k个独立Merkle根； 这些根的默克尔根被用作批量中的块数据承诺。 Celestia 轻节点采样 2k2k 数据块。 每个轻节点在扩展矩阵中随机选择一组唯一坐标，并向全节点查询有关这些坐标和相应 Merkle 证明的数据块。 每个接收到的具有正确 Merkle 证明的数据块都会广播到网络。

如果抽象的话，也可以说是将块数据划分为方阵（例如8x8），通过编码，在原始数据上添加额外的“校验”行和列，形成更大的方阵（16x16） ）。 通过对这个大方格内的部分数据进行随机采样并验证其准确性，就可以保证整体数据的完整性和可用性。 即使部分数据丢失或损坏，仍然可以使用校验和数据恢复整条数据。

• 块缩放

Celestia 随着轻节点数量的增加而缩放。 只要网络上有足够的节点来对整个区块进行采样，Celestia 就保持安全。 这意味着随着更多节点加入网络进行采样，区块大小可以相应增加，而不会牺牲安全性或去中心化。 在传统的整体区块链上这样做会牺牲去中心化，因为更大的块大小会增加节点下载和验证数据的硬件要求。

• Sovereign Rollup

这也是 Celestia 首创的概念，结合了各种区块链设计的元素，包括第 1 层区块链、rollup 和 Mastercoin 等早期比特币网络。 Sovereign rollup 和智能合约 rollup（op、arb、zks 等）之间的主要区别在于交易的验证方式。 在智能合约汇总中，交易由以太坊上的智能合约验证。 相反，在主权汇总中，汇总的节点本身验证交易。

主权汇总将其交易发布到另一个区块链（例如 Celestia）以进行排序和数据可用性。 然后，主权 Rollups 的节点确定正确的链。 这种设计允许主权汇总从数据可用性 (DA) 层继承多个安全方面，包括活动、安全性、重组阻力和审查阻力。

对于智能合约rollup来说，升级依赖于结算层的智能合约。 升级 rollup 需要更改智能合约。 可能需要多个签名来控制谁可以启动智能合约的更新。 虽然团队控制升级多重签名的情况很常见，但通过治理来控制多重签名是可能的。 由于智能合约存在于结算层，因此也受到结算层社会共识的约束。

Sovereign rollup 通过像 Layer 1 区块链这样的分叉进行升级。 新软件版本发布，节点可以选择将其软件更新到最新版本。 如果节点不同意升级，可以继续使用旧软件。 提供选项可以让社区（运行节点的人员）决定是否同意新的更改。 即使大多数节点升级，也不能强迫它们接受升级。 与智能合约 Rollup 相比，此功能使主权 Rollup 成为“主权”Rollup。

• 量子引力桥（QGB）

Celestia 生态系统的关键组成部分，充当 Celestia 和以太坊（或其他 EVM L1 链）之间的桥梁，实现两个网络之间的数据和资产传输。 通过引入 Celestium（EVM L2 rollup）的概念，使用 Celestia 来实现数据可用性，但选择以太坊。 这实现了利用两个网络的优势：Celestia 的可扩展性和数据可用性，以及以太坊的安全性和去中心化。 Celestia 上的验证器可以运行 QGB，使 Celestium 能够为区块数据提供强大的数据可用性保证，而成本仅为以太坊 calldata 的一小部分。

QGB 是 Celestia 可扩展、安全和去中心化区块链生态系统愿景的关键部分。 它实现了区块链技术未来所需的互操作性。 该项目目前正在研究 Zk QGB，以进一步降低验证的 Gas 成本。

8、DA经济学

我们来说说DA未来有多大的经济价值。

这一假设是由 delphi 的研究员 Jon Charbonneau 做出的，并基于 Polygon Hermez 的预测，即他们最终在 Danksharding 中每笔交易只需要 14 个字节。 同样是上述 EIP-4844）规格，在 1.3 MB/s 的情况下，Laeyr2 可以达到 100,000 TPS 左右，那么预计收入将达到 300 亿美元的惊人数字。

如此巨大的蛋糕下，未来DA市场的纷争将会非常激烈。 除了三大解决方案之外，Stark 的 Layer3、zkPorter 和几个模块化 DA 项目也将加入竞争。 所以从现有的Layer2项目来看，通用链完全倾向于使用以太坊DA。 而应用链和长尾链将是“非正统DA”的主要客户。 我个人的看法是，模块化DA以及很快的Layer3将是未来的主流选择。

9、结束语

向去中心化迈进依然是行业主流理念，而模块化区块链本质上是以太坊价值的延伸，也是打破区块链不可能三角的尝试，虽然设计充满多样性，但也使得实现比较复杂。 而模块化建设由于模块有多种选择，不同模块存在盲盒的风险，如何构建更加稳定的模块化系统是需要关注的地方。 另一方面，在模块化趋势的推动下，数十个Layer2也将再次削减流动性，跨链通信和安全也将是未来的重点。 比特币的模块化也是最近的热门方向，有一些稍微可行的方案，也可以适当关注。

原文链接：Modular Blockchain: A New Perspective on Functional Layer Controversies and DA Economics

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