链的解构主义:一览 9 大模块化公链

模块化链代表着更合理的多链结构趋势。

原文标题:《链的解构主义:9 大模块化链解读》

撰文:Breeze

TL;DR

  1. 相比于以太坊背负着沉重的历史数据包袱,模块化链代表着更合理的多链结构趋势。

  2. 模块化链目前以 DA 和执行层为主,执行层易于部署,DA 强调对性能的优化。

  3. Celestia 这样的通用型模块化链值得关注。

越来越多的人提到模块化概念。所谓模块化,就是把区块链的共识层、数据可用性层(DA)、结算层、交易执行层等分工给不同的链,而不是一条链处理所有模块。

以太坊 Rollup 就是交易执行层模块化的表现。但是以太坊只能算「半路」采用模块化方案,长期积累的历史数据对它造成了沉重的包袱,扩容效果受到限制。

由于 Rollup 要把必要的数据上传到 L1,作为 L1 验证 Rollup 交易有效性的 DA,这些 DA 面临着和 L1 上的历史数据、DAPP 竞争区块空间的处境。

当 L1 上的 DAPP 有较大交互量的时候,Rollup 的交易成本会剧增。此外,不断膨胀的以太坊数据状态也在不断「蚕食」着有限的区块空间资源。以太坊 Rollup 的扩容天花板其实挺低的。

相比之下,模块化区块链从诞生的那天起就决定只负责区块链的其中一个模块,可以是 DA,可以是交易结算,可以是交易执行,也可以只负责历史数据。这种模块的解耦尽管面临着组合时的安全、兼容、去中心化、性能等考量,但它们代表着更合理的多链结构趋势。

模块化链有何不同?

模块化链本身也是一条区块链,有网络节点。和单体链不同的是,这些节点只专注于处理一类任务,比如只专注于 DA,只专注于做交易执行,或者只专注于网络共识。

以 Celestia 为例,这是一条专注于数据可用性的链。它通过对节点行为进行代币奖励和罚没来鼓励节点为其他链 /Rollup 提供 DA。

Celestia 平等对待所有交易,只要交易支付了必要的费用,Celestia 就会接受、order、复制它们。Celestia 不会去验证这些交易的有效性,也不会去执行它们。

来源:Delphi Digital

交易的验证和执行交给基于 Celestia DA 的 Rollup。对于无效交易,Rollup 会忽略它们,Celestia 不会去「处置」这些无效交易。

当交易出现争议时,仲裁的任务会交给模块化的结算层。最终的状态确定也是由结算层处理。

可见模块化链就像是流水线上的不同道工序,相互衔接,各司其职,使得整体的效率得到提升。

模块化链的优势

1)更轻便,相互间可组合

以基于 Celestia DA 的模块化执行层为例,它们可以共享 Celestia 的安全性。只要能获得完整数据,在运行相同有效性规则的情况下,Rollup 会计算出相同的状态。这意味着,即使这些模块化执行层被攻击了,分叉过后,这些执行层还能计算出相同的最终状态。

这些执行层不再需要为了自身的安全性设计、权衡复杂的底层共识和代币经济模型,不再需要绞尽脑汁地说服节点加入以维持网络运行和提升去中心化。它们甚至可以设计得稍微中心化一些。它们可以变得更加轻便,也更易快速部署。

不同的模块化链之间,甚至模块化链和单体链间也可以相互组合,比如 DA 和执行层组合,Celestia 和以太坊组合。当然,在组合的过程中,也一定会有安全性、兼容性、性能等方面的考量甚至权衡。

2)治理解耦,执行层可以快速反应,共识层实现稳健改进

如果你去查一下项目治理提案,就会发现很大一部分提案和执行有关,如代币冻结销毁。这类提案如果征求广泛的社区投票将无法做出快速的决策,在黑天鹅事件中很可能导致协议损失。

而一些比较底层的治理提案,出于安全性的考虑,协议的改进往往需要长时间的社区协调、尝试、调整才能敲定并最终实施。

在模块化区块链的场景下,共识层、执行层、DA 层、结算层等本就彼此分离,因此治理也可以各自为政。所以执行层可以对环境做出快速反应,共识层的治理也不用赶时间。

治理解耦本质上也反映出各模块化链差异化发展的重要趋势。接近共识、状态的核心层可以固守去中心化、安全性的堡垒。而执行层则可以强化可扩展性,把性能做到极致。

3)形成「信任最小化」的集群

区块链之间由桥连接。桥根据安全性不同可以分为 2 种:需要信任的桥、信任最小化的桥。由信任最小化的桥连接的 2 条链需要满足 2 个条件:1)有相同的 DA 作为保证;2)能提供交易有效性 / 欺诈证明。

以太坊和 Rollup 间形成的就是「信任最小化桥」,因为 Rollup 为 L1 提供必要的数据作为 DA,L1 也可以通过 zk-Rollup、Optimistic-Rollup 等对 Rollup 交易进行有效性、欺诈证明。

在模块化区块链的场景下,都采用 Celestia 作为 DA 的 Rollup 之间(并且各自交易排序规则一致)可以形成「信任最小化桥」,它们之间预计可以进行比较安全的资金、消息传递。

9 条模块化链

市场对模块化公链的关注度越来越高。但是目前来看,相关的尝试,尤其是一些通用型的方案还不多。

如果不考虑 Cosmos、Polkadot 这种整个生态的模块化结构以及以太坊执行层 Rollup,哔哔 News 收集到的相关方案只有 9 个,分别是 Celestia(包括 Cevmos、Celestium)、Polygon Avail、EigenDA、Fuel、Assembly、zk Porter、StarkEx DAC、Arbitrum Anytrust、Adamantium。

通过观察可以发现,现在的模块化尝试主要以执行层、DA 为主。

尤其执行层的模块化会比较容易部署。因为执行层模块化一般情况下可以不用对去中心化做太多考虑,并且执行层和主链之间的连接已经有有效性证明 / 欺诈证明这样的安全性解决方案。

DA 的模块化也比较容易部署。Celestia 原名叫 LazyLedger(懒惰分类账),因为它不用处理交易执行和交易有效性,只需要存储和提供数据。DA 们本身也会强调 TPS,即如何存储更多的 DA。

在模块化结算层方面,由 Celestia 和 Evmos 为 EVM Rollup 推出的专用结算层 Cevmos 目前是独苗。

此外,现有的模块化方案很大一部分服务于特定生态,比如 ZK Porter、StarkEx DAC、Arbitrum Anytrust、EigenDA 都是专门为以太坊推出的 DA 方案,Assembly 则服务于 IOTA 生态。

通用的模块化方案还比较少,目前主要是 Celestia 和 Polygon Avail。下面将对 9 个模块化方案的特点、融资情况、现状进行介绍。

1)Celestia

进展:模块化链的代表,是通用型的模块化解决方案。今年 5 月份推出了首个测试网 Mamaki。激励测试网将在 Q4 推出。主网将在 2023 年上线,届时会有代币。

融资:2021 年 3 月获得 150 万美元种子轮融资,投资方包括 Interchain Foundation、Binance Labs、KR1 等。

特点:为了提高 TPS,Celestia 引入了和以太坊 Danksharding 一样的数据可用性采样 (DAS)技术。

我们知道,随着区块链被使用,链上数据会积累。这对要下载所有数据,对所有交易进行验证的全节点提出了不断增加的硬件要求。

而轻节点只需下载和验证区块头。所以网络中轻节点往往占到很大的比例,而且有比例不断提高的趋势。但是轻节点会带来一个问题,就是在作恶节点发布区块并隐藏无效交易时,轻节点无法做出判断。

数据可用性采样(DAS)用到了纠删码。基本原理是把数据分段,加入一定的校验使各个数据段之间产生关联。在这种情况下,即使数据丢失,只要所有轻节点采样到的数据达到一定比例,就能把完整数据计算出来,从而使轻节点获得 DA。

这样做的好处是轻节点本身降低了硬件要求,手机、笔记本都可以成为轻节点,这有利于网络的去中心化。其次,DAS 允许网络中存在较高比例的轻节点。再者,参与数据采样的轻节点越多,网络越安全,也支持区块空间的适当增加,整体达到扩容的效果。

不可否认的是区块空间是一种真正的消耗品,目前似乎没有好的方案来确保任何一条区块链一直可用。

即使是以太坊目前的扩容方案,也只是通过交易打包压缩,适当扩大区块空间,数据采样的方式来减少存储和验证的冗余,从而提高区块空间的利用率,但可用的区块空间其实越来越少。这一点在任何一条新公链上同样成立。

Cevmos:Celestia 还提出了 Cevmos 和 Celestium 模块化解决方案。其中 Cevmos 由 Celestia 和 Cosmos 上的 EVM 中心 Evmos 共同推出,作为 EVM 兼容 Rollup 的模块化结算层。

Celestium:Celestium 则为以太坊提供 DA。Celestium 是以太坊 L2,以太坊作为共识和结算层,基于 Celestia 的 Celestium 提供 DA。在以太坊 L2 采用 Validium(DA 存储在链下)的情况下,基于 Celestia 的 DA 会比基于数据可用性委员会(DAC)的 DA 更安全一些。

2)Polygon Avail

进展:通用型的模块化解决方案,提供 DA。今年 6 月份上线了测试网。目前推特等渠道显示的进展较少。

介绍:Polygon Avail 的解决方案和 Celestia 非常相似。事实上,Celestia 的联合创始人 Mustafa Al-Bassam 曾表示 Avail 对 Celestia 存在抄袭嫌疑。Avail 的介绍几乎完全复制其 2019 年写的 Celestia 介绍。

3)EigenDA(EigenLayer)

特点:EigenDA 是 EigenLayer 提出的 DA 方案。EigenLayer 本身是以太坊的 restaking 层。

创始人 Sreeram Kannan 提出了这样的观点:区块链之间、DAPP 间的信任是相互割裂的,各自要为了维持生态的信任支付高昂的资金成本。例如以太坊信标链现在有超过 1300 万枚 ETH 质押,要维持这个质押体量,以太坊现在为质押用户提供 5% 左右的 APR。

EigenLayer 做的就是资金的 restaking,让质押用户除了 PoS 质押外,也可以把资金重复质押到中间件、预言机、DAPP 等,从而提升资本效率,降低信任成本。

EigenLayer 本身基于 Danksharding 和 ETH 质押。EigenDA 是 EigenLayer 提出的 DA 方案,专为 Optimistic-Rollup、ZK-Rollup 设计。项目相关信息不多。

4)Fuel

进展:Fuel 是模块化执行层。6 月份推出了基于开发者网络的演示应用 SwaySwap,是一个 AMM。

融资:2021 年 9 月获得 150 万美元融资,由 CoinFund 领投,Fenbushi Capital、Origin Capital 参投。

特点:Fuel 是以太坊的 Optimistic Rollup,最开始通过 UTXO(未花费交易输出)等技术为以太坊扩容。1.0 主要适用于支付类应用。

但是主网推出后,可能由于用例较少,不支持智能合约,交互量比较少。所以 Fuel 2.0 开始转型做模块化执行层。项目的其中一个联合创始人 John Adler 也是 Celestia 的联合创始人。

Fuel 官方主推 3 个技术实现:1)通过 UTXO 实现交易的并行执行,从而提高性能;2)推出 FuelVM(Fuel 虚拟机),优化传统虚拟机,同时应该也是为了解决 EVM 的兼容问题;3)为开发者推出了编程语言 Sway 和工具链 Forc。

5)Assembly

进展:IOTA 上的模块化智能合约层。目前处于质押期 3。通过 firefly.iota.org 质押 MIOTA,质押者每 10 秒钟可以获得 0.000001 个 Assembly 代币 ASMB。钱包必须达到 1 个以上的 ASMB 才能收到空投。ASMB 总量的 20% 将分配给 IOTA 质押者。Assembly 的主网预计今年上线,届时将开启 ASMB 转账功能。

融资:总融资额达到 1.18 亿美元。投资方包括 Huobi、LD Capital、HashKey Capital、Signum Capital 等。

特点:Assembly 基于 IOTA。与以太坊的账户模型不同,IOTA 基于 UTXO 账本,支持高并发,但 UTXO 不像账户模型那样兼容智能合约。此外,IOTA 也采用 DAG(有向无环图)数据结构,也有利于高并发。

在 IOTA+Assembly 的组合中,IOTA 因为 UTXO 和 DAG,能够做到高性能。因为 UTXO 不兼容智能合约,使得 IOTA 非常适合做只专注于 DA 和结算的 L1(相当于 L1 上没有 DAPP 和执行层竞争区块空间)。而 Assembly 则是构建在 IOTA 上的一个智能合约层,来实现对 Rollup 的智能合约的支持。

Rollup 到 IOTA 主链的安全性(交易有效性 / 欺诈证明)则是由 Assembly 上专门部署的智能合约链把关,交易的验证由声誉排名靠前的根链验证者进行。

IOTA+Assembly 和 Polkadot+Moonbeam,以及 Cosmos+Evmos 的结构类似。模块化智能合约层为 Rollup、平行链等的智能合约提供支持。

6)zkPorter

进展:zkPorter 是 zkSync 提出的链下 DA 方案。今年 6 月份,zkSync 推出 2.0 测试网,其中以 zkEVM 和 zkPorter 为最大的 2 个特征。zkSync 2.0 的主网预计在 10 月底 11 月初上线。

特点:zkSync 同时支持 zk-Rollup 和 zkPorter 方案。前者的 DA 在链上,后者的 DA 放到链下。zkPorter 的链下 DA 由 Guardians(zkSync 代币持有者)维护,并设有罚没机制。基于 Guardians 来维护 DA 是比较中心化的方式。

7)StarkEx DAC

特点:StarkEx DAC 是 StarkEx 的链下 DA 方案。DA 由数据可用性委员会(DAC)维护,DA 的维护方式比 zkPorter 更中心化一些。StarkEx 也有 Volition 方案,即 DA 放到链上或者链下可选。

8)Arbitrum Anytrust

进展:Arbitrum 在 8 月份推出了 Nova 链,Nova 链就基于 Anytrust 技术。目前 Nova 链已经上线主网。官方表示 Nova 适用于游戏、社交等高频,并且对交易费比较敏感的场景。

特点:Anytrust 是 Arbitrum 的链下 DA 方案。Anytrust 的链下 DA 也由数据可用性委员会(DAC)维护,因此比较中心化。官方公布的 Nova DAC 成员包括 ConsenSys、FTX、谷歌云、Reddit、官方 Offchain Labs 等。

9)Adamantium

特点:Adamantium 也是链下 DA 方案。可查到的信息较少。只知道它保留了链下 DA 的扩展性优势,但是不信任数据可用性委员会(DAC),用户可以选择托管自己的链下 DA。即使用户离线,资金也不会被盗或者冻结,并且可以自动移回 L1。

现状与未来展望

整体来看,模块化链目前处于发展初期。

Celestia 和 Fuel 的推特有较多更新,但主要是模块化优势的科普,以及团队成员参与线上线下活动的信息。项目方合作信息几乎没有。可见模块化项目主要还处于布道和启动前期阶段。

哔哔 News 统计到的 9 条模块化链中,最多只有 2 条已经在主网上可用,分别是基于 Arbitrum Anytrust 技术的 Arbitrum Nova 链和 StarkEx 的 DAC 方案。其他如 Celestia、Polygon Avail、Fuel、zkPorter 等都还在测试网阶段,另一些则应该还处于概念阶段。

不过,我们很有可能即将迎来模块化链的高光时刻。Celestia 宣布主网将在 2023 年上线,zkSync 2.0 的主网预计在 10 月底、11 月初上线。随着新公链和以太坊 L2 发展的推进,这些重要进展很可能会为模块化链赢得更高的关注度。

此外,我们观察到以太坊 Rollup 在 DA 方面的模块化尝试比较多。它们都试图通过比较中心化的群体,如 Guardians(代币质押者)、DAC(数据可用性委员会)来维护链下 DA,从而解决文章开头所说的链上 DA 高成本的问题。这对于有高频交易需求的以太坊交易场景而言也不失为好的解决方案。

在不同的场景和需求下,我们需要对去中心化、性能等有不同的倾斜和权衡。所以在模块化链生态中,我们应该也能看到不同的选择。甚至未来,像 BNB Chain、Solana 生态或许也会进行模块化尝试。

不过在所有这一切发生之前,Celestia 等初期的模块化链将最先面临市场的检验,模块化链也可能带来一些新的问题。例如,它们在相互连接时,以及它们在和 L1 连接时是否引入新的安全性问题,例如,模块化链是否也打碎了原来以太坊 DAPP 间的可组合性,这些问题需要如何解决?

我们看好模块化公链赛道的发展,我们也期待这个赛道出现更多的创新

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