摘要
毋庸置疑，模組化區塊鏈將會成為下一輪週期的基建設施新敘事，但這並不意味著單體區塊鏈將會被取代。相反，模組化區塊鏈的發展會成為推動單體區塊鏈的進化和前進的重要助力。兩者將會優勢互補地共同引領和支撐下一個 10 億級使用者的Web3生態；
相比於模組化區塊鏈準確的定義，透過交易和區塊資料感受和理解模組化區塊鏈的執行層、資料可用層、共識層和結算層會產生更加直觀的認識；
執行層充當了單體區塊鏈交易擴容，計算外包的實踐先行者。資料可用層不僅是在做區塊鏈資料儲存的降本增效，也實現共識層保障之下資料驗證之後的可用性。共識層致力於複用去中心化的力量，打造全新的去中心化構建框架。結算層核心在於最佳化完善賬戶資產和交易流水的匹配，做到兩者之間的正確關聯；
單體區塊鏈的定義、發展、優缺點和解決方案
比特幣的誕生，標誌著一種去中心化電子現金系統的到來，人們透過它認識到了區塊鏈技術的概念和工作量證明的共識機制。隨後，以太坊的出現，作為一個世界計算機和智慧合約平臺，其強大的可程式設計性在金融、社交和遊戲等領域展現了廣闊的前景。儘管十多年的發展歷程中，區塊鏈在普及程度和技術沉澱方面都處於起步階段，但毫無疑問，其潛力依然是巨大無窮的。
通常情況下，我們現在所接觸的公鏈都可以被統稱為單體區塊鏈。它們以每筆交易為載體，透過區塊儲存合法有效的交易記錄，並透過特定的共識機制實現去中心化、無需信任、不可篡改的分散式賬本網路。
單體區塊鏈的特點是，它可以從錢包、應用、中介軟體到基礎設施，全方位獨立地建立完整的生態系統，並且各方之間維持緊密的關係，但是隨著生態發展和繁榮，它又會出現交易阻塞，交易成本上升，網路參與門檻過高以及維護全網狀態的成本增加等問題。當遇到高併發使用情況時，由於交易吞吐量的限制，單體區塊鏈通常會變得昂貴且難以使用，使用者體驗也會受到很大影響。此外，隨著區塊鏈的不斷增長，整個網路會出現狀態爆炸，維護網路的門檻不僅提高，成本也不斷增加。
為了解決單體區塊鏈存在的問題，業內人士多年來，在擴容、狀態修剪等方面都進行了廣泛研究和探索，其中包括但不僅限於狀態通道、側鏈、Rollup、輕節點、分片、模組化等技術。這些技術的研究和開發，不斷地最佳化區塊鏈的技術棧，並且提高區塊鏈技術的普及程度。
模組化區塊鏈的定義及產品：
本質上，模組化區塊鏈是透過聚合和組合的思想，重新定義和劃分割槽塊鏈的分層架構，並將其劃分為不同的模組。這些模組互相獨立，可以根據需求進行修改和擴充套件，並可以相互組合。這種組合而成的模組化區塊鏈不僅可以提升各方面效能，還可以滿足多樣化的應用場景。
過去，站在單體區塊鏈的架構進行思考，我們習慣對其的拆分結果為：承載去中心化應用的應用層，負責執行去中心化應用智慧合約邏輯的執行層，處理交易有效性、交易順序和區塊構成的共識層，維護、儲存交易和區塊的資料層以及進行點對點廣播通訊的網路層。
對於模組化區塊鏈的分層理解，極易以單體區塊鏈的思維先入為主，由此會造成不少混淆。此時，可以從使用者的視角透過正在執行的以太坊樂觀 Rollup 的二層網路Arbitrum直觀和深入的瞭解。透過 Arbitrum 白皮書關於二層網路交易流的闡述：可以知道，使用者提交的交易不再直接與一層網路進行互動，轉由二層網路的定序器進行收集和批次處理，定序器將批次處理的多筆交易原始資料壓縮傳送到一層網路，與此同時，也會對批次處理的交易進行排序，計算使用者和網路狀態轉變，然後將狀態結果傳送到一層網路進行結算。
至於結算的交易 Arbitrum 的區塊瀏覽器並沒有做很好的一一對聯，此處我們直接通 Arbitrum 官網部署在以太坊的智慧合約入手，分析 Delayed Inbox 合約涉及到結算相關的函式：send L1 FundedContractTransaction，當結算出現分歧的時候呼叫；當結算沒有分歧的時候呼叫 Outbox 合約的 updateSendRoot。相關合約地址請查閱：https://developer.arbitrum.io/useful-addresses。
現在，我們對於執行層、資料可用層、共識層和結算層各自的功能和作用有了明確直觀的認識。執行層是定序器對於交易的批次處理、包括原始交易資料壓縮和狀態的轉變計算。結算層負責確認狀態轉變的最終性。資料可用層是一層網路對於執行層收集壓縮的交易資料的儲存和維護。至於共識層，保障的是執行層在資料可用層和結算層方面依賴的安全性。
按照從上而下的定義，模組化區塊鏈的層次結構如下圖：
由於結算層涉及到不同執行層的交易有效性證明設計，例如樂觀欺詐證明和零知識證明，為此，我們暫不做進一步的理解。下面，我們將直接瞭解模組化區塊鏈常說的執行層、資料可用層、共識層這三個模組，著重在它們發展的背景，解決的問題，以及它們當前的發展情況和麵臨的挑戰。
執行層產品及專案
在沒有真正提出執行層產品之前，我們經常聽到一個詞：以太坊殺手。這說明區塊鏈使用者對於交易吞吐量、交易速度和交易成本等方面的效能需求和以太坊提供的現狀存在明顯的不匹配情況。為此，不少新公鏈嘗試從單體區塊鏈本身的交易結構、區塊設計、共識機制和網路廣播機制進行探索和研究，構造全新的高效能公鏈，去實現海量交易吞吐量、快速交易速度和便宜的交易成本。與此同時，以太坊的生態對於各種各樣的技術和產品方案都進行探索研發。時至今日，以 Rollup 為主體方案 Layer 2 路線佔據主導地位，其中欺詐證明的樂觀 Rollup 的Optimism和 Arbitrum 不管在專案構建、使用者吸引和留存都陸續超越其他 EVM 相容的新公鏈，此外，以零知識證明為主的 ZKRollup（Starknet、Hermez、zkSync、Scroll、Taiko 等）、以並行交易為主的 Fuel，AltLayer、Smooth 等也在各自的方案領域繼續前進。
隨著 Rollup 等 Layer 2 的茁壯發展，泛指這些 Rollup 和並行交易產品的執行層概念正式提出。當然，不僅是以太坊，抑或是在最佳化了 TPS 和交易成本的Solana、BNB Chain、Cosmos、Aptos等公鏈，各自的官方或社羣都提出自己的 Rollup 和執行層產品。由此，我們不僅進入多鏈並存的時代，也進入多類執行層並存的場景。這也為開發者、使用者和生態帶來不一樣的問題：各自的執行層產品獨立封閉，生態難以共享，使用者在彼此之間操作成本繁重，開發者構建和運營時間週期和成本昂貴。為此，以 Rollup 作為服務的產品同樣面世。例如 Sovereigen Labs，Stackr Labs，Eclipse Builders，Dymension 等。這些產品類比於執行層的 Hub，將原本定位於二層網路的 Rollup 轉變為 Layer 3 ，由此構造單 Hub 多 Rollup 的樹枝型執行層。
由於擴容場景的歷史需求，執行層的產品探索和研發多年，各自的方案在這麼多年都有獲得重大突破。在未來的週期裡，執行層的產品依然有不少尚未解決正在探索的問題：如去中心化定序器、zkEVM 和並行交易等。
資料可用層產品及專案
大資料時代和雲時代的到來，作為現代社會基礎資源的資料，可以在各種決策場景提供幫忙和支撐，其戰略地位如同過去的石油一般。當我們提到區塊鏈的資料時，通常指的是鏈上儲存的各種交易資料和智慧合約資料。這些資料儲存方式和傳統的資料庫有所不同，從某種角度而言，區塊鏈的資料儲存方式是分散式的，即每個節點都要儲存一份完整的資料副本。當下，隨著鏈上使用者交易資料的活躍以及智慧合約的繁榮，區塊鏈資料線上性增長的基礎上面，出現指數級增加的跡象。比特幣網路從 2016 年 55 G 的全網大小，一直按照每年 50 G 增長，但是在 2020 年開始，其網路大小的年增長量開始躍遷為 60 G，截至當下 2023 年 2 月，全網資料大小是 459 G。
不僅整體的資料量龐大，並且大部分資料都是以非格式化的形式儲存的，由此造成區塊鏈資料的處理、索引和查詢難度極大。為此，站在單體區塊鏈的角度思考，如何高效地、廉價地儲存、快捷地處理和支援海量訪問區塊鏈資料成為極其重要的研究方向。
早在比特幣白皮書提出之時，中本聰對於網路的狀態爆炸做了預先的解決方案：分別是 Reclaiming Disk Space 和 Simple Payment Verification（SPV）。Reclaiming Disk Space 是允許節點對於耗費的歷史資料進行修剪從而降低全網資料大小，此方案在一定程度可以降低維護成本和參與門檻，但是由於全網資料體量的龐大，以及賬戶模型的單體區塊鏈，例如以太坊，維護的資料維度和 UTXO 模型不一樣，直接適用程度會比較有限，但基於 Reclaiming Disk Space 的思路，以太坊社羣延申和追求的方案是將賬戶狀態從區塊鏈分離出去的 Stateless Ethereum 方案，。SPV 主要是提倡輕節點 Merkle 樹驗證區塊鏈交易資料的方案，在實現網路的低參與門檻之外，保證交易資料的有效性。由於 SPV 的輕節點單純下載區塊頭資訊進行驗證，所以可能會收到欺詐性證明攻擊。為此，現在Celestia的聯創 Mustafa Al-Bassam、Mysten Labs 的 Alberto Sonnino 和Vitalik曾在 2018 年發表《Fraud and Data Availability Proofs: Maximising Light Client Security and Scaling Blockchains with Dishonest Majorities》提出欺詐性證明攻擊的解決方案，在此，單體區塊鏈的資料可用性可以被理解為輕節點在不完全同步區塊資料的前提之下，僅透過交易 Merkle 樹對於交易資料的有效性驗證。
對於模組化區塊鏈的執行層而言，單體區塊鏈的資料轉變成為鏈上資料，執行層的交易資料透過壓縮儲存成為鏈上資料其上的鏈下資料。鏈上資料對於鏈上資料不僅有常規的儲存查詢等效能和成本的直接要求，還會依賴鏈上資料伴隨的共識機制進行安全性保證。如此，正是執行層產品的發展，豐富了單體區塊鏈的資料可用性，並擴充套件了資料可用層概念對應的上下文。
在繼續往下之前，我們必須明白，資料可用層和資料儲存層是不能混淆的概念。資料可用層強調的是可用性，是以資料的有效性角度進行思考。資料儲存層更多是站在計算機儲存器的角度去定義資料的儲存和使用效能，更多的關注是鏈上儲存的成本費用、讀寫效率等。資料可用性必然是基於資料儲存層延展出來的概念，此處延展的正是共識機制帶來的可用性。換一種說法，Don’t Trust，Verify，此處的 Verify 對應的即是資料可用性。
以太坊，作為現在執行層產品首選的資料可用層，由於其自身的 Gas 模型和 Calldata 結構，存在以下明顯的缺點： 1 ，資料的操作和儲存成本高；2 ，資料的儲存容量有限；3 ，網路資源分配不均。為此，以太坊透過 EIP-4844 的 Proto-Danksharding、Data Availability Sampling（DAS）、Erasure Coding 和 Proposer/Builder Separation 等提出自身的資料分片和狀態擴容方案。未來，以太坊將引入新的 Blob 交易型別和額外資料層，在保證資料可用性的前提之下，降低當前鏈上的動態儲存成本。至於其他專門的 DA 產品，不僅在資料可用取樣性、Erasure Coding 等技術方案探索，也增加各自對於資料可用性領域的研究突破，例如Polygon Avail 的 Fast Sync 技術和 Celestia 的主權性和互操作性。除了資料可用層的產品，在現有資料儲存層方面，我們也可以看到有 BNB 生態新推出的儲存側鏈 Greenfield，以及 Kvye 和Arweave等組合類產品。
共識層產品及專案
Not your keys, not your crypto。在區塊鏈網路，秘鑰代表著數字資產的所有權。為了確保秘鑰與數字資產對應的所有權，區塊鏈網路必須實現強大的共識機制，以保證足夠的去中心化程度和安全性。共識機制保障的是符合單體區塊鏈交易格式的資料，例如比特幣保障的是其上的交易以及交易內建的指令碼邏輯，以太坊保障的是 EVM 可以執行和驗證的交易。不僅如此，由於區塊鏈世界存在兩類具有明顯差異的共識機制（PoW和PoS），不同單體區塊鏈之間的不同共識，是難以進行互操作結合和使用的。另外，即使是原生支援多鏈互操作性的單體區塊鏈，例如 Cosmos 和Polkadot，儘管已經在交易格式，抑或是共識機制方面可以實現相容，但仍然存在共識機制難以共享使用的情況。
進入共識層產品之前，讓我們先了解和熟悉 PoW 和 PoS 的發展和當下狀況。
PoW 可以粗略地理解為用物理世界的算力保證區塊鏈網路的安全，其面臨的最常見攻擊是 51% 算力攻擊和雙花攻擊，因此，只有網路的算力足夠龐大，網路的安全性才可以得以保障。很多新型的 PoW 公鏈，在冷啟動階段，由於早期算力的不夠，網路很容易遇到安全問題。為此它們要麼透過長時間高成本的算力積累，要麼考慮藉助比特幣等傳統 PoW 網路的挖礦算力採用同樣的 PoW 演算法進行聯合挖礦。由於區塊鏈的算力本質是隨著區塊高度的增加而逐漸增加的，聯合挖礦/合併挖礦是透過加密經濟激勵機制租用算力，當兩條公鏈利益重合匹配的時候，聯合挖礦/合併挖礦對於礦工而言是有吸引力的，但是，當新 PoW 公鏈和比特幣網路利益出現衝突的時候，由於比特幣網路並沒有辦法在協議層面制裁礦工，所以，礦工一般會採取不利於其他新 PoW 公鏈的行為。例如，在很早以前 Namecoin 就透過和比特幣網路的算力進行聯合挖礦，由於聯合挖礦方案在某些場景會造成兩個網路的利益不匹配，所以造成了 Namecoin 的潛在風險。對於實現了智慧合約功能的位元網側鏈 RSK 而言，儘管 RSK 在與比特幣網路的利益層面做了最佳化，但是其自身的迭代開發都受限於位元網的非圖靈完備性，故而在聯合挖礦方面的突破是有限的。另外，對於 Quai Network 此類從設計之初，原生地提出多鏈聯合 PoW，在算力層面進行抱團取暖。即便如此，Quai Network 也僅僅是將共識的冷啟動成本進行均攤而已，也無法做到 PoW 共識機制的複用和組合。
PoS 共識機制的核心是利用權益保護網路，權益的價值將決定網路的總體價值，只有足夠高價值的權益才能保障高價值的網路。現在流行的 PoS 機制是基於 PBFT 改良的，本質依然是權益的證明。常見的 PoS 網路有知名的 Cosmos 和 Polkadot。秉承著最小化信任的機制，Cosmos 作為 Hub，是不會主動干預生態應用鏈的共識機制。Cosmos 生態的應用鏈可以複用整個生態完善的開發棧，但是，在維護對應應用鏈網路的時候，網路驗證者集的成立和維護是需要極高的門檻和成本，這也是信任和安全的成本。不少應用鏈一般會用空投吸引 Cosmos 驗證者，提供高額的通脹獎勵鼓勵驗證者進行質押保護網路。為減少共識機制的建立成本和提高應用鏈的安全，Cosmos 2.0 提出各種改進方案，例如，可以借用 Cosmos 為應用鏈進行安全共享 ICS，可以為應用鏈進行共識共享的Space Mesh等。除此之外，Cosmos 生態的 Babylon 也嘗試將比特幣網路的 PoW 共識安全引入 Cosmos 生態用於保障應用鏈的安全。對於波卡而言，我們都知道其結合了極強的鏈上治理模型和前沿的共識理念。可以這麼理解，波卡透過平行鏈卡槽拍賣的機制，直接將共識機制的保障邊界擴充套件到其他鏈的交易。不可否認，這些機制在複用共識方面，是具有超前的理念，然後由於鏈上治理的效率和共識的強需求存在不匹配，由此造成波卡平行鏈的淡出視野。
現在，讓我們回到合併之後 PoS 共識機制的以太坊。以太坊是極佳的共識層產品資源，多年的 PoW 沉澱發展促使以太坊積累高額的價值，探索和迭代多年的 PoS 機制，配上以太坊完善的智慧合約平臺，以及蓬勃發展的以太坊執行層產品，促使將 PoS 以太坊作為新一代共識層產品的前提條件已經成熟。我們可以在現有以太坊質押的邏輯基礎上面，透過設計合理有效的激勵和懲罰機制，複用質押的以太坊，將此部分的以太坊保護其他型別的網路，例如預言機網路、跨鏈橋網路等。這其中，EigenLayer 在此賽道進行了多年的研究，其最近也釋出對應的白皮書，正式提出 Restaking 的概念，並從 slashing 機制描述自身網路的功能和設計。除此之外，近期火熱的以太坊流動性質押衍生品賽道產品，本質上面擁有大量質押的以太坊，一旦出現合適的共識層產品，流動性質押衍生品賽道的產品都將可以無縫地作為共識提供者參與進來。
結語
現代軟體開發流行面向服務的微服務架構，透過將應用程序拆分成為功能和特性獨立的服務，讓每個服務自主地開發、部署和執行，各個服務之間透過通訊和資料共享的方式進行靈活組合，以此實現更高的擴充套件性、靈活性和可維護性。微服務架構的發展正在逐步成熟和完善，儘管在實踐中還存在一些挑戰和問題，如分散式事務、服務治理、安全性等方面，但隨著技術的進一步成熟和經驗的積累，這些問題都逐漸得到解決。
模組化區塊鏈，和微服務架構有不少相似之處，隨著區塊鏈的不斷髮展，也將會成為區塊鏈技術的重要方向。當前，執行層產品，正不斷承擔更多交易計算的職能，在使用者資料、交易資料等各項指標都取得卓越的效果，資料可用層和共識層在各自的方案領域不斷前行，結算層的功能有待開發，各自之間潛在的靈活組合將會帶來更多無限的潛力。未來，我們有理由相信，模組化區塊鏈將會帶來更多創新和機遇，為推動區塊鏈技術的應用和發展做出重要貢獻。
