Глубокий анализ модульности: съемное решение для преодоления узких мест производительности Блокчейн
Монолитный Блокчейн известен своей всеобъемлющей природой, независимо выполняя все аспекты сети, от хранения данных до проверки транзакций и так далее. Модульный Блокчейн, отделяя различные функции Блокчейна на независимые модули, может предоставить поддержку производительности и плавный пользовательский опыт для конкретных функций, тем самым в определенной степени решая проблему "невозможного треугольника".
Эфириум, как первая Блокчейн платформа, поддерживающая смарт-контракты, создал благоприятные условия для модульного дизайна. С развитием технологий Блокчейн экосистема Биткойна также начала исследовать возможности модульности, добавляя новые модули для реализации более продвинутых функций, таких как улучшенная защита конфиденциальности, более эффективная обработка транзакций или расширенные функции смарт-контрактов.
Модульная технология представляет собой более "одухотворённый" подход к созданию взаимозаменяемых продуктов, в будущем появятся более гибкие и настраиваемые Блокчейн-решения, различные услуги и функции можно будет легко вставлять и вынимать, как детали конструктора Лего. Эта гибкость позволяет разработчикам быстро создавать и развертывать Блокчейн-решения в соответствии с требованиями конкретных сценариев применения.
Монолитный Блокчейн и Модульный Блокчейн
Когда мы обсуждаем модульный Блокчейн, необходимо сначала понять концепцию монолитного Блокчейна (Monolithic Blockchain). Монолитные цепи, такие как Биткойн, Эфириум и др., известны своей универсальностью, независимо выполняя все аспекты сети, от хранения данных до проверки транзакций и выполнения смарт-контрактов. В этом процессе монолитная цепь играет роль универсала (generalist), охватывая все стадии.
Например, на примере Эфириума, зрелый монолитный Блокчейн обычно можно условно разделить на четыре архитектуры:
Исполнительный уровень (Execution Layer)
Уровень расчетов (Settlement Layer)
Уровень доступности данных / DA уровень ( Уровень доступности данных )
Консенсусный слой (Consensus Layer)
С помощью этой аналогии мы можем более ясно понять, как различные архитектуры Блокчейн работают совместно. Монолитный Блокчейн — это выполнение всех функций на одной и той же цепочке, тогда как модульный Блокчейн (Modular Blockchain) представляет собой новый тип архитектуры Блокчейн, который разбивает систему Блокчейн на несколько специализированных компонентов или уровней, каждый из которых отвечает за выполнение определенных задач, таких как консенсус, доступность данных, выполнение и расчет.
Модульный Блокчейн похож на группу специалистов, сосредоточенных на глубоком изучении 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 обработку транзакций с меньшими затратами.
В отношении архитектуры узлов, монолитная цепь зависит от полных узлов, которые должны загружать и обрабатывать полные копии данных Блокчейн. Это предъявляет высокие требования к ресурсам хранения и вычисления и ограничивает скорость масштабирования сети. В отличие от этого, модульный Блокчейн использует легкие узлы, которые обрабатывают только информацию о заголовках блоков, что значительно увеличивает скорость транзакций и эффективность сети.
Одним из заметных преимуществ модульного Блокчейна является его гибкость и сотрудничество. Они могут аутсорсить неосновные функции другим экспертам, создавая синергетический эффект и значительно повышая общую производительность. Эта философия дизайна аналогична конструкторам Лего, позволяя разработчикам свободно комбинировать различные модули в зависимости от потребностей проекта, создавая разнообразные решения.
Несмотря на то, что монолитные блокчейны имеют преимущества в глобальном контроле, безопасности и стабильности, они также сталкиваются с проблемами масштабируемости, сложности обновлений и адаптации к новым требованиям. Модульные блокчейны выделяются своей высокой гибкостью и настраиваемостью, упрощая процесс создания и оптимизации новых блокчейнов.
Однако модульный блокчейн также сталкивается с его уникальными вызовами. 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 на рыночные колебания, его долгосрочная стабильность и безопасность все еще требуют дальнейшей проверки.
Как модульный Блокчейн решает "невозможный треугольник"
Почему модульные технологии Блокчейн вызывают широкий интерес и предсказываются как "будущая тенденция"? Это тесно связано с известной в области Блокчейн теорией "невозможного треугольника".
"Невозможный треугольник" блокчейна относится к тому, что блокчейн-сеть трудно одновременно достичь оптимального состояния по трем основным свойствам: безопасности, децентрализации и масштабируемости.
Масштабируемость касается способности сети обрабатывать большое количество транзакций и сохранять эффективную и недорогую работу при росте числа пользователей и объемов транзакций. Обычно это измеряется через TPS (транзакций в секунду) и задержку (время, необходимое для подтверждения транзакции).
Безопасность касается затрат и сложности защиты сети Блокчейн от атак. Например, механизм POW Биткойна требует, чтобы злоумышленник контролировал более 51% вычислительной мощности всей сети, в то время как механизм POS Эфириума требует сговора более ⅓ узлов.
Децентрализованность описывает работу сети, которая не зависит от единой центральной ноды, а распределена между множеством нод. Чем больше нод и чем шире географическое распределение, тем выше степень децентрализации сети.
Основная идея "непостоянного треугольника" заключается в том, что блокчейн-системе трудно оптимизировать все три характеристики. Например, среди множества публичных блокчейнов, Биткойн и Эфириум выделяются благодаря широкому распределению узлов и достаточному количеству узлов, что делает их выдающимися в аспектах децентрализации и безопасности.
Однако они жертвуют определенной степенью масштабируемости, что приводит к более медленным скоростям транзакций и высоким комиссиям: время создания блока для Биткойна составляет около 10 минут, а TPS для Эфириума примерно 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 цепей в области масштабируемости и стоимости транзакций, распределяя различные функции между специализированными модулями. Например, сеть Lightning для биткойна и технология Rollup для эфириума являются примерами модульной концепции.
Преимущества модульного блокчейна заключаются в его многоуровневой архитектуре, которая позволяет оптимизировать каждый уровень под конкретные требования. 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 также способствует взаимной совместимости между различными блокчейнами, создавая основу для построения открытой и взаимосвязанной экосистемы.
Таким образом, модульная технология блокчейна предоставляет новый способ решения ограничений традиционных публичных цепей. Она достигает более высокой масштабируемости и более низких транзакционных издержек при сохранении децентрализации и безопасности, что имеет глубокое значение для широкого применения и долгосрочного развития технологии блокчейн.
Классификация модульного Блокчейна
Модульный Блокчейн можно классифицировать по различным типам в зависимости от его архитектурных особенностей. Среди этих типов уровень доступности данных и уровень согласия часто разрабатываются как единое целое из-за их тесной взаимозависимости. 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.
Исходя из этих принципов проектирования, мы можем рассмотреть различные проекты модульного Блокчейн с трех сторон: уровня исполнения, уровня доступности данных и уровня консенсуса, уровня расчетов.
Исполнительный уровень
Технология второго уровня, являясь продолжением исполняющего слоя в архитектуре Блокчейн, является проявлением концепции модульного Блокчейна. Она стремится улучшить масштабируемость основной цепи, создавая внецепочные сети, системы или технологии, построенные на базовом Блокчейне.
Решения второго уровня позволяют более быстрые и экономически эффективные транзакции, сохраняя при этом безопасность и децентрализованные характеристики базового Блокчейна. Согласно дашборду Dune, созданному @0xning, можно увидеть, что доля газа, потребляемого на верификацию и расчет Layer 2 в экосистеме Ethereum, в среднем составляет менее 10%, что значительно экономит затраты пользователей на транзакции.
Технология Rollup является самым популярным решением Layer 2 в настоящее время, 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.
Внецепочная реализация
В модели Rollup транзакции выполняются вне цепи, в то время как основная Блокчейн отвечает только за проверку доказательства транзакций в смарт-контракте и хранение исходных данных транзакций. Этот дизайн значительно снижает вычислительную нагрузку на основную цепь, уменьшая требования к хранилищу, что позволяет более эффективно обрабатывать транзакции.
Чтобы进一步 снизить затраты, Rollup использует технологию упаковки транзакций. Это можно сравнить с контейнеризацией грузов в логистике, так как отправка каждого груза отдельно приводит к высоким транспортным расходам. Технология Rollup позволяет упаковывать несколько транзакций вместе, что требует лишь одной "транспортировки", тем самым значительно снижая стоимость каждой транзакции.
Верификация в блокчейне
Онлайн-проверка является ключевым элементом безопасности сети Layer 2. Сети Layer 2 должны предоставлять криптографические доказательства для решения потенциальных разногласий на базовом Блокчейне. В настоящее время двумя основными механизмами доказательства являются доказательство ошибки и доказательство действительности, которые поддерживают соответственно Optimistic Rollups и ZK Rollups.
Доказательство ошибки Оптимистичных Роллапов
Оптимистичные Роллапсы принимают оптимистичное предположение, что все транзакции по умолчанию действительны, если нет явных доказательств ошибок. Эта модель полагается на доказательства ошибок (доказательства мошенничества) в течение периода оспаривания, и любой участник сети может представить доказательства, чтобы оспорить состояние смарт-контракта, что обеспечивает честность и прозрачность сети.
Согласно данным L2BEAT, в настоящее время существует 16 Layer 2, использующих механизм Optimistic Rollups, таких как: Arbitrum, OP, Base, Blast и так далее.
Доказательство эффективности ZK Rollups
В отличие от Optimistic Rollups, ZK Rollups применяют более осторожный подход, требуя, чтобы все транзакции проходили проверку на действительность перед их принятием. Эта механика доказательства аналогична процессу верификации, который гарантирует, что каждая транзакция и вычисление в сети Layer 2 являются правильными.
Короче говоря, доказательство действительности является основой ZK-Rollups, которое требует, чтобы каждая партия транзакций была сопровождаема соответствующим доказательством, тем самым обеспечивая возможность проверки и одобрения изменений состояния смарт-контрактами на базовом Блокчейне. Для узлов проверки ZK Rollups предоставляет механизм расчета с нулевыми ошибками, поскольку каждая транзакция должна проходить строгую проверку действительности.
Согласно данным L2BEAT, в настоящее время существует 11 Layer 2, использующих механизм ZK Rollups, таких как: Linea, Starknet, zkSync и другие.
Уровень доступности данных и уровень консенсуса
Celestia как пионер в области модульных Блокчейнов по своей сути является уровнем доступности данных, который предоставляет надежную основу для разработки dApps и Rollup. Разворачивая приложения на уровне доступности данных и уровне консенсуса Celestia, разработчики приложений могут сосредоточиться на оптимизации логики выполнения, передавая сложность доступности данных и механизмов консенсуса на обработку Celestia.
Архитектурный дизайн Celestia предлагает разнообразные решения для модульного расширения, и его архитектура в основном включает в себя три типа:
Суверенный Rollup: Celestia предоставляет уровень доступности данных и уровень консенсуса, в то время как уровень расчетов и уровень выполнения обеспечиваются своими собственными суверенными.
Посмотреть Оригинал
На этой странице может содержаться сторонний контент, который предоставляется исключительно в информационных целях (не в качестве заявлений/гарантий) и не должен рассматриваться как поддержка взглядов компании Gate или как финансовый или профессиональный совет. Подробности смотрите в разделе «Отказ от ответственности» .
Модульный блокчейн: прорыв в инновациях с возможностью подключения, разрушающий Нечестивую Троицу
Глубокий анализ модульности: съемное решение для преодоления узких мест производительности Блокчейн
Монолитный Блокчейн известен своей всеобъемлющей природой, независимо выполняя все аспекты сети, от хранения данных до проверки транзакций и так далее. Модульный Блокчейн, отделяя различные функции Блокчейна на независимые модули, может предоставить поддержку производительности и плавный пользовательский опыт для конкретных функций, тем самым в определенной степени решая проблему "невозможного треугольника".
Эфириум, как первая Блокчейн платформа, поддерживающая смарт-контракты, создал благоприятные условия для модульного дизайна. С развитием технологий Блокчейн экосистема Биткойна также начала исследовать возможности модульности, добавляя новые модули для реализации более продвинутых функций, таких как улучшенная защита конфиденциальности, более эффективная обработка транзакций или расширенные функции смарт-контрактов.
Модульная технология представляет собой более "одухотворённый" подход к созданию взаимозаменяемых продуктов, в будущем появятся более гибкие и настраиваемые Блокчейн-решения, различные услуги и функции можно будет легко вставлять и вынимать, как детали конструктора Лего. Эта гибкость позволяет разработчикам быстро создавать и развертывать Блокчейн-решения в соответствии с требованиями конкретных сценариев применения.
Монолитный Блокчейн и Модульный Блокчейн
Когда мы обсуждаем модульный Блокчейн, необходимо сначала понять концепцию монолитного Блокчейна (Monolithic Blockchain). Монолитные цепи, такие как Биткойн, Эфириум и др., известны своей универсальностью, независимо выполняя все аспекты сети, от хранения данных до проверки транзакций и выполнения смарт-контрактов. В этом процессе монолитная цепь играет роль универсала (generalist), охватывая все стадии.
Например, на примере Эфириума, зрелый монолитный Блокчейн обычно можно условно разделить на четыре архитектуры:
С помощью этой аналогии мы можем более ясно понять, как различные архитектуры Блокчейн работают совместно. Монолитный Блокчейн — это выполнение всех функций на одной и той же цепочке, тогда как модульный Блокчейн (Modular Blockchain) представляет собой новый тип архитектуры Блокчейн, который разбивает систему Блокчейн на несколько специализированных компонентов или уровней, каждый из которых отвечает за выполнение определенных задач, таких как консенсус, доступность данных, выполнение и расчет.
Модульный Блокчейн похож на группу специалистов, сосредоточенных на глубоком изучении 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 обработку транзакций с меньшими затратами.
В отношении архитектуры узлов, монолитная цепь зависит от полных узлов, которые должны загружать и обрабатывать полные копии данных Блокчейн. Это предъявляет высокие требования к ресурсам хранения и вычисления и ограничивает скорость масштабирования сети. В отличие от этого, модульный Блокчейн использует легкие узлы, которые обрабатывают только информацию о заголовках блоков, что значительно увеличивает скорость транзакций и эффективность сети.
Одним из заметных преимуществ модульного Блокчейна является его гибкость и сотрудничество. Они могут аутсорсить неосновные функции другим экспертам, создавая синергетический эффект и значительно повышая общую производительность. Эта философия дизайна аналогична конструкторам Лего, позволяя разработчикам свободно комбинировать различные модули в зависимости от потребностей проекта, создавая разнообразные решения.
Несмотря на то, что монолитные блокчейны имеют преимущества в глобальном контроле, безопасности и стабильности, они также сталкиваются с проблемами масштабируемости, сложности обновлений и адаптации к новым требованиям. Модульные блокчейны выделяются своей высокой гибкостью и настраиваемостью, упрощая процесс создания и оптимизации новых блокчейнов.
Однако модульный блокчейн также сталкивается с его уникальными вызовами. 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 на рыночные колебания, его долгосрочная стабильность и безопасность все еще требуют дальнейшей проверки.
Как модульный Блокчейн решает "невозможный треугольник"
Почему модульные технологии Блокчейн вызывают широкий интерес и предсказываются как "будущая тенденция"? Это тесно связано с известной в области Блокчейн теорией "невозможного треугольника".
"Невозможный треугольник" блокчейна относится к тому, что блокчейн-сеть трудно одновременно достичь оптимального состояния по трем основным свойствам: безопасности, децентрализации и масштабируемости.
Основная идея "непостоянного треугольника" заключается в том, что блокчейн-системе трудно оптимизировать все три характеристики. Например, среди множества публичных блокчейнов, Биткойн и Эфириум выделяются благодаря широкому распределению узлов и достаточному количеству узлов, что делает их выдающимися в аспектах децентрализации и безопасности.
Однако они жертвуют определенной степенью масштабируемости, что приводит к более медленным скоростям транзакций и высоким комиссиям: время создания блока для Биткойна составляет около 10 минут, а TPS для Эфириума примерно 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 цепей в области масштабируемости и стоимости транзакций, распределяя различные функции между специализированными модулями. Например, сеть Lightning для биткойна и технология Rollup для эфириума являются примерами модульной концепции.
Преимущества модульного блокчейна заключаются в его многоуровневой архитектуре, которая позволяет оптимизировать каждый уровень под конкретные требования. 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 также способствует взаимной совместимости между различными блокчейнами, создавая основу для построения открытой и взаимосвязанной экосистемы.
Таким образом, модульная технология блокчейна предоставляет новый способ решения ограничений традиционных публичных цепей. Она достигает более высокой масштабируемости и более низких транзакционных издержек при сохранении децентрализации и безопасности, что имеет глубокое значение для широкого применения и долгосрочного развития технологии блокчейн.
Классификация модульного Блокчейна
Модульный Блокчейн можно классифицировать по различным типам в зависимости от его архитектурных особенностей. Среди этих типов уровень доступности данных и уровень согласия часто разрабатываются как единое целое из-за их тесной взаимозависимости. 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.
Исходя из этих принципов проектирования, мы можем рассмотреть различные проекты модульного Блокчейн с трех сторон: уровня исполнения, уровня доступности данных и уровня консенсуса, уровня расчетов.
Исполнительный уровень
Технология второго уровня, являясь продолжением исполняющего слоя в архитектуре Блокчейн, является проявлением концепции модульного Блокчейна. Она стремится улучшить масштабируемость основной цепи, создавая внецепочные сети, системы или технологии, построенные на базовом Блокчейне.
Решения второго уровня позволяют более быстрые и экономически эффективные транзакции, сохраняя при этом безопасность и децентрализованные характеристики базового Блокчейна. Согласно дашборду Dune, созданному @0xning, можно увидеть, что доля газа, потребляемого на верификацию и расчет Layer 2 в экосистеме Ethereum, в среднем составляет менее 10%, что значительно экономит затраты пользователей на транзакции.
Технология Rollup является самым популярным решением Layer 2 в настоящее время, 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.
Внецепочная реализация
В модели Rollup транзакции выполняются вне цепи, в то время как основная Блокчейн отвечает только за проверку доказательства транзакций в смарт-контракте и хранение исходных данных транзакций. Этот дизайн значительно снижает вычислительную нагрузку на основную цепь, уменьшая требования к хранилищу, что позволяет более эффективно обрабатывать транзакции.
Чтобы进一步 снизить затраты, Rollup использует технологию упаковки транзакций. Это можно сравнить с контейнеризацией грузов в логистике, так как отправка каждого груза отдельно приводит к высоким транспортным расходам. Технология Rollup позволяет упаковывать несколько транзакций вместе, что требует лишь одной "транспортировки", тем самым значительно снижая стоимость каждой транзакции.
Верификация в блокчейне
Онлайн-проверка является ключевым элементом безопасности сети Layer 2. Сети Layer 2 должны предоставлять криптографические доказательства для решения потенциальных разногласий на базовом Блокчейне. В настоящее время двумя основными механизмами доказательства являются доказательство ошибки и доказательство действительности, которые поддерживают соответственно Optimistic Rollups и ZK Rollups.
Доказательство ошибки Оптимистичных Роллапов
Оптимистичные Роллапсы принимают оптимистичное предположение, что все транзакции по умолчанию действительны, если нет явных доказательств ошибок. Эта модель полагается на доказательства ошибок (доказательства мошенничества) в течение периода оспаривания, и любой участник сети может представить доказательства, чтобы оспорить состояние смарт-контракта, что обеспечивает честность и прозрачность сети.
Согласно данным L2BEAT, в настоящее время существует 16 Layer 2, использующих механизм Optimistic Rollups, таких как: Arbitrum, OP, Base, Blast и так далее.
Доказательство эффективности ZK Rollups
В отличие от Optimistic Rollups, ZK Rollups применяют более осторожный подход, требуя, чтобы все транзакции проходили проверку на действительность перед их принятием. Эта механика доказательства аналогична процессу верификации, который гарантирует, что каждая транзакция и вычисление в сети Layer 2 являются правильными.
Короче говоря, доказательство действительности является основой ZK-Rollups, которое требует, чтобы каждая партия транзакций была сопровождаема соответствующим доказательством, тем самым обеспечивая возможность проверки и одобрения изменений состояния смарт-контрактами на базовом Блокчейне. Для узлов проверки ZK Rollups предоставляет механизм расчета с нулевыми ошибками, поскольку каждая транзакция должна проходить строгую проверку действительности.
Согласно данным L2BEAT, в настоящее время существует 11 Layer 2, использующих механизм ZK Rollups, таких как: Linea, Starknet, zkSync и другие.
Уровень доступности данных и уровень консенсуса
Celestia как пионер в области модульных Блокчейнов по своей сути является уровнем доступности данных, который предоставляет надежную основу для разработки dApps и Rollup. Разворачивая приложения на уровне доступности данных и уровне консенсуса Celestia, разработчики приложений могут сосредоточиться на оптимизации логики выполнения, передавая сложность доступности данных и механизмов консенсуса на обработку Celestia.
Архитектурный дизайн Celestia предлагает разнообразные решения для модульного расширения, и его архитектура в основном включает в себя три типа: