Глибоке тлумачення модульності: вбудовані рішення для подолання продуктивності Блокчейн

Монолітний Блокчейн славиться своєю всеохопністю, незалежно виконує всі аспекти мережі, від зберігання даних до верифікації транзакцій тощо. А модульний Блокчейн, розділивши різні функції Блокчейну на незалежні модулі, може забезпечити підтримку продуктивності та плавний досвід користувача в конкретних функціях, в певній мірі вирішуючи проблему "неможливого трикутника".

Ефіріум як перша Блокчейн платформа, що підтримує смарт-контракти, забезпечив родючий ґрунт для модульного дизайну. З розвитком технології Блокчейн екосистема Біткойна також почала досліджувати можливості модульного дизайну, додаючи нові модулі для реалізації більш розширених функцій, таких як поліпшена конфіденційність, більш ефективна обробка транзакцій або покращені функції смарт-контрактів.

Модульна технологія представляє собою більш "душевний" підхід до створення продукції, що дозволяє легко підключати та відключати, в майбутньому з'являться більш гнучкі та настроювані Блокчейн рішення, різні послуги та функції можна буде легко вставляти та виймати, як кубики LEGO. Ця гнучкість дозволяє розробникам швидко створювати та розгортати Блокчейн рішення відповідно до вимог конкретних сценаріїв застосування.

Монолітний Блокчейн та Модульний Блокчейн

Коли ми обговорюємо модульний Блокчейн, спочатку потрібно зрозуміти концепцію монолітного Блокчейну (Monolithic Blockchain). Монолітні блоки, такі як Біткоїн, Ефіріум тощо, славляться своєю всебічністю, незалежно виконуючи всі аспекти мережі, від зберігання даних до підтвердження транзакцій та виконання смарт-контрактів. У цьому процесі монолітний блок виконує роль універсала (generalist), залученого до всіх етапів.

В якості прикладу Ethereum, зріла монолітна Блокчейн зазвичай може бути приблизно розділена на чотири архітектури:

• Виконавчий шар (Execution Layer)
• Розрахунковий Блок (Settlement Layer )
• Шар доступності даних/ DA шар (Шар доступності даних)
• Шар консенсусу (Consensus Layer)

Через це порівняння ми можемо ясніше зрозуміти, як різні архітектури Блокчейн працюють разом. Монолітний Блокчейн — це виконання всіх функцій на одній ланцюжку, тоді як модульний Блокчейн (Modular Blockchain) є новим типом архітектури Блокчейн, який розділяє систему Блокчейн на кілька спеціалізованих компонентів або рівнів, кожен з яких відповідає за обробку конкретних завдань, таких як консенсус, доступність даних, виконання та розрахунки.

Модульний Блокчейн подібний до групи експертів, які зосереджені на глибокій розробці та технічних інноваціях у своїх сферах. Така спеціалізація дозволяє модульному Блокчейну забезпечувати відмінну продуктивність та користувацький досвід у певних функціях, наприклад, вони можуть забезпечити швидшу обробку транзакцій за нижчою ціною.

У контексті архітектури вузлів, монолітний блокчейн покладається на повні вузли, які повинні завантажити та обробити всю копію даних Блокчейн. Це не лише висуває високі вимоги до зберігання та обчислювальних ресурсів, але й обмежує швидкість розширення мережі. На відміну від цього, модульний Блокчейн використовує дизайн легких вузлів, які повинні обробляти лише інформацію про заголовки блоків, що значно підвищує швидкість транзакцій та ефективність мережі.

Видимою перевагою модульного Блокчейну є його гнучкість і співпраця. Вони здатні делегувати некорінні функції іншим експертам, створюючи синергійний ефект, що призводить до значного поліпшення загальної продуктивності. Ця філософія дизайну подібна до конструктора Lego, що дозволяє розробникам вільно поєднувати різні модулі відповідно до вимог проекту, створюючи різноманітні рішення.

Хоча монолітні блоки мають переваги в глобальному контролі, безпеці та стабільності, вони також стикаються з викликами, пов'язаними зі масштабованістю, труднощами оновлення та адаптацією до нових потреб. Модульний Блокчейн, навпаки, вирізняється своєю високою гнучкістю та настроюваністю, спрощуючи процес створення та оптимізації нових блокчейнів.

Проте, модульний Блокчейн також стикається з певними викликами. Його складна архітектура збільшує обсяги роботи для розробників у процесі проектування, розробки та підтримки. Як нова технологія, модульний Блокчейн ще не пройшов всебічного тестування на безпеку та перевірок на ринкові коливання, його довгострокова стабільність і безпека все ще потребують додаткової перевірки.

Як модульний Блокчейн вирішує "неможливий трикутник"

Чому модульна технологія Блокчейн привертає широку увагу і передбачається як "тренд майбутнього"? Це тісно пов'язано з відомою теорією "неможливого трикутника" у сфері Блокчейн.

"Неможливий трикутник" Блокчейну вказує на те, що блокчейн-мережа важко досягти оптимального стану одночасно за трьома основними властивостями: безпекою, децентралізацією та масштабованістю.

• Масштабованість стосується здатності мережі обробляти велику кількість транзакцій, а також її здатності залишатися ефективною та низькобюджетною під час зростання кількості користувачів та транзакцій. Зазвичай вимірюється через TPS (транзакцій на секунду) та затримку (час, необхідний для підтвердження транзакції).
• Безпека стосується витрат і складності захисту Блокчейн-мережі від атак. Наприклад, механізм POW біткоїна вимагає, щоб атакуючий контролював більше ніж 51% обчислювальної потужності мережі, тоді як механізм POS ефіру потребує змови більше ніж ⅓ вузлів.
• Децентралізація описує роботу мережі, яка не залежить від єдиного центрального вузла, а розподілена між численними вузлами; чим більше вузлів і чим ширше географічне розподілення, тим вищий рівень децентралізації мережі.

Основна ідея "неможливого трикутника" полягає в тому, що блокчейн-системі важко досягти оптимізації в усіх трьох характеристиках. Наприклад: серед багатьох публічних блокчейн-мереж, біткойн та ефіріум завдяки широкому розподілу вузлів та достатній кількості вузлів виділяються у децентралізації та безпеці.

Однак вони жертвують деякою масштабованістю, що призводить до повільнішої швидкості транзакцій і вищих комісій за транзакції: час блокування Bitcoin становить близько 10 хвилин, Ethereum має TPS близько 13, а комісія за транзакції Ethereum може досягати сотень доларів, коли відбувається сплеск обсягу транзакцій.

Саме на такому фоні з'явилася модульна Блокчейн-технологія, яка вирішує проблеми традиційних публічних ланцюгів щодо масштабованості та вартості транзакцій, розподіляючи різні функції на спеціалізовані модулі. Наприклад, блискавична мережа біткойна та технологія Rollup ефіру є прикладами модульного підходу.

Переваги модульного Блокчейн полягають у його багатошаровій архітектурі, яка дозволяє кожному шару оптимізуватися під конкретні потреби. Дані можуть зосередитися на зберіганні та верифікації даних, тоді як шар виконання може обробляти логіку смарт-контрактів. Це розділення не лише підвищує продуктивність і ефективність, але й сприяє взаємодії між різними Блокчейн, забезпечуючи основу для створення відкритих і взаємопов'язаних екосистем.

Отже, модульна технологія блокчейн забезпечує новий шлях для вирішення обмежень традиційних публічних блоків. Вона досягає вищої масштабованості та нижчих витрат на транзакції, зберігаючи децентралізацію та безпеку, що має глибоке значення для широкого застосування технології блокчейн та її довгострокового розвитку.

Класифікація модульного блокчейну

Модульний Блокчейн за своїми архітектурними характеристиками може бути розділений на різні типи. У цих типах рівні доступності даних та консенсусу через їх тісну взаємозалежність часто проектуються як єдине ціле. Це пояснюється тим, що коли вузли отримують дані транзакцій, вони зазвичай також одночасно визначають порядок транзакцій, що є основою безпеки та незмінності Блокчейн.

Виходячи з цих принципів дизайну, ми можемо зрозуміти різні проекти модульного Блокчейн з трьох аспектів: шар виконання, шар доступності даних та шар консенсусу, шар розрахунків.

Виконавчий рівень

Технологія Layer 2, як розширення виконавчого рівня в архітектурі Блокчейн, є одним з проявів концепції модульного Блокчейн. Вона спрямована на підвищення масштабованості основного ланцюга шляхом створення поза ланцюгових мереж, систем або технологій, що будуються на базовому Блокчейн.

Рішення Layer 2 дозволяють швидшу та економічнішу обробку транзакцій, зберігаючи при цьому безпеку та децентралізовані характеристики базового Блокчейн. Згідно з дашбордом dune, створеним @0xning, можна побачити, що частка gas, споживаного для верифікації та клірингу Layer 2 в екосистемі Ethereum, в середньому становить менше 10%, що суттєво економить транзакційні витрати користувачів.

Технологія Rollup є найбільш популярним рішенням Layer 2 на сьогодні, її основна концепція полягає в "виконанні поза ланцюгом, перевірці в ланцюзі", виконуючи обчислення та інші роботи поза ланцюгом, а потім завантажуючи дані calldata назад до основної мережі.

Виконання поза ланцюгом

У моделі Rollup транзакції виконуються поза мережею, а основний блокчейн відповідає лише за перевірку доказів транзакцій у смарт-контракті та зберігання оригінальних даних транзакцій. Такий дизайн значно зменшує обчислювальне навантаження на основний ланцюг, зменшуючи вимоги до зберігання, що дозволяє більш ефективну обробку транзакцій.

Щоб подальше знизити витрати, Rollup використовує технологію упаковки транзакцій. Це можна порівняти з контейнеризацією вантажів у логістиці, оскільки окреме відправлення кожного вантажу призводить до високих витрат на перевезення. А технологія Rollup, упаковуючи кілька транзакцій разом, вимагає лише одного "перевезення", що суттєво знижує витрати на кожну транзакцію.

Перевірка в Блокчейні

Онлайн-підтвердження є ключем до безпеки мережі Layer 2. Мережі Layer 2 повинні надавати криптографічні докази для вирішення потенційних розбіжностей на базовому Блокчейн. Наразі існують два основні механізми доказів: доказ помилки та доказ дійсності, які відповідно підтримують Optimistic Rollups та ZK Rollups.

Докази помилок оптимістичних роллапів

Оптимістичні ролл-апи використовують оптимістичне припущення, що всі транзакції за замовчуванням є дійсними, якщо немає чітких доказів помилки. Ця модель залежить від доказу помилки (доказу шахрайства) під час періоду виклику, будь-який учасник мережі може подати доказ, щоб оскаржити стан смарт-контракту, що забезпечує справедливість та прозорість мережі.

Згідно з даними L2BEAT, наразі існує 16 Layer 2, які використовують механізм Optimistic Rollups, такі як: Arbitrum, OP, Base, Blast тощо.

Доказ ефективності ZK Rollups

На відміну від Optimistic Rollups, ZK Rollups використовує більш обережний підхід, який вимагає, щоб усі транзакції проходили перевірку на дійсність перед тим, як їх приймуть. Цей механізм доказу подібний до процесу верифікації, що забезпечує точність кожної транзакції та обчислення в мережі Layer 2.

Кажучи коротко, доказ ефективності є основою ZK-Rollups, що вимагає, щоб кожна партія транзакцій супроводжувалася відповідним доказом, що забезпечує можливість перевірки і затвердження змін стану смарт-контрактами на базовому Блокчейн. Для вузлів перевірки ZK Rollups надає механізм розрахунків без помилок, оскільки кожна транзакція повинна проходити сувору перевірку ефективності.

Згідно з даними L2BEAT, наразі існує 11 Layer 2, що використовують механізм ZK Rollups, такі як: Linea, Starknet, zkSync тощо.

Шар доступності даних та шар консенсусу

Celestia як піонер у сфері модульних Блокчейнів, по своїй суті є шаром доступності даних, який забезпечує надійну основу для розробки dApps та Rollup. Завдяки розгортанню на шарі доступності даних та шарі консенсусу Celestia, розробники додатків можуть зосередитися на оптимізації логіки виконання, передаючи складність доступності даних та механізму консенсусу на обробку Celestia.

Архітектурний дизайн Celestia пропонує різноманітні рішення для модульного масштабування, а її архітектура в основному складається з трьох типів:

• Суверенний Rollup: Celestia надає шар доступності даних та шар консенсусу, тоді як шар розрахунків та шар виконання забезпечуються відповідними суверенними