来源：以太坊
作者：LBank Labs 研究团队 F.F
TL; DR
近年来，模块化区块链已经成为基础设施领域的一个热门趋势，许多协议都加入并投资了这一浪潮。以太坊作为一家领先的智能合约平台，一直倡导模块化叙事，并一直在探索以 Rollup 为中心的路线图，以应对可扩展性和效率方面的挑战。然而，现在有必要重新考虑模块化叙事的整体方向以及选择它的背后原因，因为模块化区块链也带来了一些担忧和新的挑战。从积极的一面来看，更多的挑战意味着更多的机会。
本文对模块化叙事进行了深入分析，列出了其演变所带来的潜在机会。
- 第一部分反映了从传统的单一块链架构向以太坊主导的模块化设计的转变，并讨论了单一和模块化方法之间的选择。
- 第二部分重点介绍了模块化区块链的关键组成部分，并对每一层进行了深入分析。重要的是，我们还解决了在倡导模块化叙事时经常被忽视或未提及的潜在问题，这为创新和新协议的开发留出了空间。
以太坊模块化叙事的必然选择
单一式与模块化区块链
在讨论叙事时，它们通常是精心打包的技术术语集合，而「模块化」也不例外。在智能合约平台的早期，我们将矿工称为验证者，他们操作节点来维护区块链网络。然而，每个节点实际上由执行不同任务的多个模块组成，例如收集用户交易、执行交易、更新状态、提出区块、对提案进行投票等。这种简单而高效的设置就是我们现在所说的单一式区块链。
如果单个节点无法处理所有这些任务，会发生什么？在传统的 IT 架构中，通常会将任务分配给不同组的计算机。在区块链背景下，解决这个问题通常有两种方法。第一种是水平扩展，引入更多计算机来分担工作负载，每台计算机只需要处理一小部分任务，这在区块链中被称为「分片」。第二种方法是垂直扩展，不同组的计算机负责不同类型的任务，每个组只需要处理特定任务，这在区块链中被称为「分层」。
在区块链环境中，以前包含在单个节点中的模块现在被分成不同的层。Celestia 提供的图像表明，单一式方法更为通用，而模块化方法更为专业。
扩展以太坊之路
正如前面提到的，当节点无法处理区块链上的所有任务时，就会出现扩展的需求。在 DeFi 夏季期间，以太坊达到了其容量上限，高昂的费用成为吸引新用户的障碍，因此以太坊被戏称为「贵族链」。这在一定程度上是因为以太坊链上庞大的用户基础以及过时的架构和设计无法满足加密用户的需求。然而，需要注意的是，加密用户仅占互联网用户的一小部分，这妨碍了以太坊的大规模应用。
目前，以太坊每 12 秒产生一个区块，区块空间为 30M Gas。假设一个区块中的所有交易都是最低 Gas limit 为 21,000 的转账，理论上的最大 TPS（每秒交易数）约为 120。然而，由于区块中的实际交易主要是合约调用，实际的 TPS 要低得多，平均约为 15。相比之下，新的替代 Layer 1 解决方案可以实现数千 TPS，这就是为什么我们很少听到它们的生态系统中的模块化设计，因为它们不需要扩展。
因此，以太坊很明显需要扩展，揭开了模块化叙事的观念。
以 Rollup 为中心的路线图
如上所述，我们得出的结论是，对于以太坊来说，扩展不是一个「做还是不做」的问题，而是一个不可避免的选择。通过采用模块化方法，以太坊可以集成多个层，每个层都有特定的用途，从而提高可扩展性、效率和整体性能。
虽然有两种不同的扩展方法，但以太坊主要选择的是垂直扩展。然而，以太坊一直在分片和分层之间犹豫不决。这可以从 Vitalik 的博客中看出来：
- 2020/10/20（Rollup）：以 Rollup 为中心的以太坊路线图
- 2021/4/7（分片）：分片为何伟大：揭秘技术属性
- 2021/5/23（分片）：区块链可扩展性的限制
- 2021/12/06（Rollup 和分片）：终局
自从以太坊在 2020 年 12 月 20 日确定了以分层导向的 Rollup 中心路线图后，Vitalik 在接下来的文章中仍然反复谈论分片。因为以 Rollup 为中心的路线图，其最终目标是将分片和分层相结合，形成混合扩展解决方案。分层更加直接，Rollup 作为执行层来减轻以太坊主网的压力。而分片是区块链扩展的终极目标，包括数据分片和交易分片。技术负担和历史包袱使以太坊难以完全实现分片。因此，以太坊选择了一种棘手的方式，声称它将成为 Rollup 的结算层和数据可用性层，最终实现数据分片。这个叙事有一个时髦的名字叫做「模块化」。
事实上，以太坊承认了挑战，并故意回避分片，而是采用以 Rollup 为中心的扩展。实现最终目标将是一个漫长的旅程，因此以太坊决定保持用户参与并满足短期需求。还有许多架构趋势可以适应这一路线图，例如调整以太坊虚拟机以更好地支持欺诈证明验证。
短期目标：拥抱 Rollup
在短期内，以太坊的首要重点是将 Rollup 作为可靠且中立的基础设施提供服务。Rollup 是第二层解决方案，也是以太坊的主要扩展解决方案，通过链下交易处理的方式来提升性能，提高效率，节约成本。Rollup 将多个交易汇总成一个在以太坊主网上结算的交易，显著增加了以太坊网络的吞吐量，使得大量低成本的交易得以实现。
通过将用户和应用程序迁移到 Rollup，以太坊的每秒交易量（TPS）预计将大幅增加。现阶段的 TPS 预计在 3000 左右，与当前状态相比，代表了可扩展性的显著提升。
与此同时，以太坊的目标是保持其生态系统内的可扩展性潜力，同时确保无缝的用户体验。Rollup 显著提升了性能和成本效益，也因此成为了以太坊模块化路线图的关键组成部分。正如 Vitalik 在他的博客中所说：「无论我们喜欢与否，每个人都已经适应了以 Rollup 为中心的世界，到那时，继续沿着这条路走下去会比试图让每个人回到基础链更容易。回到基础链并没有明显好处，而且可扩展性会降低 20-100 倍。」模块化叙事背后的目标是让用户留在以太坊生态系统内，这就是合法性变得至关重要的原因。我们将在以下各节中进一步解释这一点。
长期目标：数据分片
从长远来看，以太坊的目标是通过多阶段路线图来增强可扩展性、效率和整体网络性能。这包括利用分片的以太坊 2.0 来进行数据存储、优化汇总以及探索创新解决方案来应对区块链生态系统中的挑战。这些努力将释放以太坊的全面可扩展性潜力。一旦 Rollup 过渡到分片的 ETH2.0 链进行数据存储，理论上最大的每秒交易数（TPS）可以达到约 100,000。
然而，值得注意的是，所有这些假设都必须得到实施才能变成现实。Vitalik 在他的博客承认：「在我看来，当第二阶段最终到来时，基本上没有人会关心它。」这就是为什么数据分片计划 Danksharding 仍处于早期阶段，尚未完全明确。因此，以太坊推出了一个名为 Proto-Danksharding 的初始版本，该版本与分片无关。
纵观以太坊的愿景，从世界计算机过渡到全球结算层，反映了以太坊上计算能力、存储费用有限且成本高昂的现实。因此，以太坊选择主要关注基础层扩展，特别是增加可以容纳的数据量，而不是优化链上计算或 IO 操作。
模块化层：组件与机会
虽然数据可用性的概念主要是在以太坊生态系统中讨论的，但它最初是由 Celestia 的联合创始人兼首席执行官 Mustafa Al-Bassam 在他的文章《欺诈和数据可用性证明》中首次提出的。Mysten Labs 的研究科学家 Alberto Sonnino 和 Vitalik 是该论文的共同作者。从那时起，研究人员就在各种论坛中广泛讨论模块化和分层的话题。
据 Celestia 介绍，模块化层由执行层、结算层、数据可用性层等组件组成，每个组件都有助于提高可扩展性和效率。在这个叙事中，Celestia 的目标是充当数据可用性层。
从高层来看，传统的单一式区块链可以分为四个层次：智能合约层、执行层、结算层和数据可用性层。每一层在模块化叙事中都起着至关重要的作用。共识层，涉及对交易顺序达成一致意见，通常与结算层或数据可用性层相结合。
脱离单一式区块链的分层使得每一层都可以自由地开发和尝试创新。在接下来的部分中，我们将分别探讨每一层，分析潜在的方向，列举观察到的机会，并解释我们的发现。
智能合约层
智能合约层由在区块链之上运行的可编程且自动执行的合约组成。这些合约可以实现协议的自动化、验证和执行，而无需中介。它们按照预定义的规则和条件进行编码，确保数字交易的透明度、安全性和信任。
然而，在模块化叙事中，牺牲了智能合约的灵魂——可组合性。可组合性是 DeFi 繁荣的动力。目前，智能合约部署和运行在不同的执行层上，这给开发者和用户带来了负担。开发者必须重复部署合约，而用户则需要连接到不同的执行层。
尽管我们仍然处于竞争激烈的时代，但可组合性是一个不可忽视也难以避免的问题。开发人员和用户分别面临两个机会。
对于开发人员，跨不同执行层的智能合约的聚合层可以提供必要的工具、框架和开发环境，以便在不同的执行层上无缝构建应用程序。标准化的智能合约模板和库可以简化开发过程并促进创新。这可以实现跨层兼容性并增强开发人员的体验。
对于用户来说，智能合约层是他们与区块链互动的接口。他们主要关注执行引擎、共识机制和数据存储。他们只希望获得一个良好的产品和体验，而不论其形式和实施方式如何。目前正在探索两种方法。第一种是全方位层，它将不同执行层的流动性或功能结合到为用户提供的产品中。第二种是以意图为中心，专注于理解用户需求，处理其背后的复杂逻辑，并将结果返回给用户。尽管出发点不同，但两种方法的最终目标是相同的。
- 机会#1：智能合约的聚合层涉及开发工具和新层，可以帮助开发人员在所有这些执行层上构建应用程序。
- 机会#2：全方位层协议和以意图为中心的方法涉及 AA 扩展，有助于用户无缝体验产品。
执行层
执行层负责执行交易并更新区块链的状态。其主要任务是确保仅执行有效交易，即导致有效状态机转换的交易。目前，最常用的执行层是以太坊虚拟机（EVM），广泛应用于 zkEVM 等 EVM 兼容链中。 其背后的原因是希望通过简单地复制和粘贴生态系统来吸引来自以太坊的流量。然而，随着时间的推移，这种吸引力已经减弱。
与此同时，我们可以看到虚拟机已经取得了显著的进展。一般来说，这些进展可以分为两类：创建更高效和创新的虚拟机，以及修改 EVM。
在第一类中，其理念非常直接。EVM 是一种过时的虚拟机，修改起来很困难，也没有必要。而且一旦修改了 EVM，就已经破坏了兼容性。因此，许多协议选择了极端的权衡，用新的虚拟机取代 EVM，以释放智能合约平台的全部潜力。
一种方法是设计针对特定编程语言的专用虚拟机，如 Starknet 中的 Cairo VM，或 Sui 和 Aptos 中的 Move VM。专用虚拟机具有优化架构和改进性能的优势。然而，权衡之处在于需要建立自己的开发者社区，以鼓励更多开发者在其基础上进行构建。
另一种方法是采用 WebAssembly（WASM）或 RISC-V 等通用虚拟机，它们可以支持多种语言，并且传统开发人员也更熟悉。 WASM 以其高性能和安全性而闻名，被用于 Polkadot、Solana 和 Near 等流行协议中。 因此，在执行层应用 WASM 是一个简单的选择。 实例包括 Fluent 开发的 zkWASM、Eclipse 将 Solana VM 迁移到以太坊，以及 Cosmos 生态系统中 Nitro 的 SVM。 Risc0 就是一个 RISC-V VM 的实际案例，获得了关注，颇具发展势头。
第二类，目标是在不牺牲兼容性的情况下修改现有的 EVM。 存在三种可能的方法，所有方法都旨在并行化 EVM。 最早的尝试是将 DAG 集成到 EVM 中，如 Fantom 等项目，但这种方法最近已经不再流行。 第二次并行化尝试随着 Aptos 的推出而出现，它引入了开源区块 -STM，这是一种智能合约的并行执行引擎。 简而言之，这种方法假设所有事务都没有冲突，在识别并重新执行冲突事务之前首先并行处理事务。 许多替代的第 1 层解决方案已直接升级其执行引擎以集成此方法，例如 Avalanche。 如果能在以太坊上看到类似的尝试，将会是一件很有趣的事情。 此外，一些协议正在尝试从头开始构建并行化 EVM，例如 Monad，它在主要市场中越来越受欢迎。
总体而言，我们对执行层中的这些大胆思想和创新感到兴奋。毕竟，技术进步对于推动区块链的边界至关重要。
- 机会#3：更高效、更新颖的虚拟机
3.1 针对特定语言的虚拟机
- Cario VM，例如 Starknet
- Move VM，例如 Movement Labs
3.2 通用虚拟机：WASM、Risc-V
- Ewasm
- zkWasm，例如 Fluent
- RiscO
- Solana VM，例如 Eclipse、Nitro
机会#4：修改当前虚拟机以实现并行化。
4.1 DAG，例如 Fantom
4.2 乐观并行化：Block-STM
4.3 并行化 EVM，例如 Monad
结算层
结算层提供了供执行层验证证据、解决欺诈纠纷的环境，并在不同执行层之间建立桥梁。简而言之，结算层是安全性所依赖的证明系统。目前，主要有两种类型的 Rollup：Optimistic Rollup 和 zk-Rollup。Optimistic Rollup 依赖于欺诈证明来确保交易的有效性，而 zk-Rollup 使用零知识证明进行高效和安全的交易验证。
尽管 OP 协议和 ZK 协议早期存在争议，但无需深究历史纠葛。让我们关注一下当前的情况。
Arbitrum 是使用欺诈证明并拥有市场上最高的总锁定价值 (TVL) 的领先协议。它已经完成了欺诈证明系统，但尚未在主网上使用，因此结果尚不确定。如果我们需要处理 L1 上的争议，Rollup 的状态基本上会被暂停，这意味着区块链最多不可用 7 天。即使在传统互联网行业，系统故障 7 天也是不可接受的。Arbitrum 不能冒失去用户的风险，因此它不允许提交未经许可的证明，只有列入白名单的参与者可以提出证明。
Optimism，作为第二大 Rollup，明确在其文档中承认它目前不支持欺诈证明功能。 这是因为他们知道一般用户并不优先考虑安全性。现在很明显，欺诈证明仅仅是 Optimistic Rollup 的临时解决方案，而零知识证明才是最终目标。
可以得出结论，零知识证明无疑将在未来主导结算层。随着技术的进步和主网上许多 zkRollup 的推出，Op Rollup 将不可避免地过渡到零知识证明解决方案。Optimism 本身正在积极寻求 zk 协议的帮助，来构建零知识证明系统。
根据这一明确的路线图，我们可以确定两个机会。首先，标准化 Rollup 证明系统并探索 ZKP 技术的进展为结算层的创新提供了重大前景。该标准将来自社区共识和广泛采用。目前，OP Stack 引领市场，吸引了 Base 和 Binance 等知名实体。在先前的文章中，我们已经重点介绍了 OP Stack 的优势和先发优势。现在它正在过渡到 zk，它选择的标准很可能成为市场标准。Mina 和 Risc0 这两个协议正在为 OP Stack 构建证明系统。最终，其中之一预计将获得 OP Stack 的大部分市场份额。其他竞争对手主要包括现有的 zkRollup。开源程度将决定它们的可接受性。在这个领域，有两个值得注意的竞争者：Polygon zkEVM 和 Scroll。Polygon zkEVM 是第一个完全开源的 zkEVM，还提供了一个更可定制的 SDK，称为 Polygon CDK，用于启动自定义 zkRollup。Scroll 的 zkEVM 源自与以 PSE（太坊基金会的内部 zk 团队）共享的存储库。 这两个 zkRollup 都有自己的受众，并获得了社区的认可。 未来谁将成为最终赢家，将是一个有趣的问题。
第二个机会源自更广泛的 ZK 领域。一旦标准逐渐获得社会共识，其关联方就会吸引流量并产生资金流入。虽然我们在这里不会深入探讨这个主题的细节，但我们将在未来的文章中进行讨论。不过，我们会提到一些例子来提供灵感。 对于 zk 来说，硬件加速是至关重要的，因为 zk 证明的生成仍然是大多数协议的瓶颈。特定的加速算法和硬件可以加快过程，降低门槛。此外，在以太坊模块化叙事的背景下，可能需要使用协处理器来处理以太坊的复杂计算。
- 机会#5：Rollup 证明系统的标准
- 5.1 Optimism 基金会的选择：Mina，Risc0
- 5.2 开源 zkEVM：Polygon zkEVM，Scroll 和 PSE
- 机会#6：zkp 领域的关联方
- 6.1 硬件加速，例如 Ingonyama，Cysic
- 6.2 协处理器，例如 zkVM
Data Availability Layer 数据可用性层
数据可用性层负责确保以太坊区块链上的交易数据的可用性和可访问性。它通过允许任何人检查和验证交易账本，以及重建 Rollup 链，在区块链的安全性和透明性中发挥了关键作用。因此，它是以太坊在模块化叙事中建立其地位的重要战场。
所谓的合法性
弄清楚了模块化中的战略地位，就更容易理解为什么以太坊反复强调合法性的重要性。这个概念首次在 Vitalik 2021 年的博客文章《最重要的稀缺资源是合法性》中提到。他还在他的文章中进一步讨论了这一概念：第一阶段完成——eth2 作为数据可用性引擎 - 分片 - 以太坊研究。
简而言之，使用以太坊作为数据可用性层具有合法性，而不使用以太坊则缺乏合法性。实际上，以太坊社区的趋势和营销影响力确实发挥了作用。让我们看一下列在 L2beat 上的所有 Rollup。L2beat 是一个主要基于以太坊的协议。尽管阶段栏（安全级别：阶段 0 < 阶段 1 < 阶段 2）表明它们不是很安全，但它们仍然受到关注。最极端的情况是 Fuel，它选择 Celestia 作为其数据可用性层，尽管构建了最安全的 Rollup，却并没有吸引太多关注或资本流入。因此，所谓合法性，其背后的真相是，以太坊正在试图封杀数据可用性层的竞争者，以维护其地位。
弯道超车
撇开太坊基金会的影响力不看，其他竞争者是否有可能超越以太坊？以太坊是否也可能在升级中犯错误？
当然，如前所述，Celestia 在数据可用性（DA）层方面是以太坊的重要竞争对手。
从技术角度来看，Celestia 结合了数据可用性采样（DAS）和命名空间默克尔树（NMT）。通过采用 Cosmos 的技术堆栈，Celestia 对 Tendermint 进行了调整。首先，它采用了二维 Reed-Solomon 编码方案，启用了块数据的纠删码编码，这构成了 DAS 的基础。这使得资源有限的轻节点只需对块数据的一小部分进行采样，从而减少了障碍。其次，Celestia 用命名空间默克尔树（NMT）取代了 Tendermint 用于存储块数据的常规默克尔树。此修改使得执行层和结算层只需下载必要的数据。NMT 是按命名空间标识符排序的默克尔树，哈希函数经过修改，使得树中的每个节点都包括其所有后代的命名空间范围。
就以太坊而言，其数据可用性（DA）路线图在开发中通过渐进式步骤进行推进。目前，来自执行层的 Rollup 通过 calldata 机制提交数据，该机制存储来自外部函数调用的数据。在 L1 上，数据提交与常规交易之间没有区别。
从长远来看，共享 DA 的终极目标 Danksharding 还没有具体的时间表，升级也经常出现延迟。此外，Danksharding 也没有可用的规范。为了解决 L2 上昂贵的交易费用的迫切需求，并满足 Rollup 的短期需求，以太坊提出了 Proto-Danksharding，也被称为 EIP 4844。
尽管名字中有类似字眼，但 Proto-Danksharding 与分片技术无关。总之，该解决方案以较低的成本将压缩数据存储在额外的空间中。
数据压缩基于 KZG（Kate-Zaverucha-Goldberg），这是一种替代证明，它将多项式方程拟合到数据上。通过利用 KZG，Rollup 不再需要提出原始数据或数据差异。相反，固定大小的 KZG 承诺足以用于验证正确性，而且其大小要小得多。由于 KZG 本质上是基于秘密随机字符串的零知识技术，因此 EIP-4844 KZG 仪式对公众开放，数万人参与其中，做出了贡献。
以太坊已经设置了一个名为 BLOB 的额外空间，专门供 Rollup 存储交易数据。BLOB 的定价也比普通的 calldata 要便宜，但动态调整机制仍然遵循 EIP 1155。从长远来看，以太坊最多允许一个区块包含 16 个 BLOB，每个 BLOB 包含 4,096 个字段。每个字段是 32 字节，因此一个 BLOB 最多可以存储 2MB 的数据。
打一个通俗的比方，装备了 BLOB 的以太坊可以看作是一辆跨斗摩托车，但有两个关键特点。首先，存储在 BLOB 中的数据无法被 EVM 访问。其次，在一段时间后，这些数据将被删除。你可以想象以太坊本身是不断运行的摩托车，而 BLOB 就像是可拆卸的跨斗。在这种机制下，以太坊充当了临时存储层，这就是为什么据称 Proto-Danksharding 后的交易会便宜得多。
状态修剪允许减小区块链的大小并提高性能。这些优化旨在使以太坊更加轻量化和可扩展，同时保持其安全性和去中心化。然而，对于执行层来说，它们的全局状态仍然需要存储在某些地方。有些依赖他们自己的 DA 委员会，比如 zkSync 很早就提出了 zkPorter。Polygon 也有自己的 DA 层，名为 Avail。其他可能会寻求专门的 DA 层。
因此，如果模块化叙事继续下去，我们将对 DA 层持乐观态度。尽管以太坊利用「合法性」吸引了大多数 Rollup，但它无法也不打算托管所有执行层的状态。此外，以太坊坎昆升级已经多次推迟，为其他 DA 层进入市场创造了有利的时间窗口。
难怪 Celestia 计划在本月底启动他们的主网。我们将密切关注 Celestia，看看它是否能突破合法性的僵局。一旦 Celestia 突破重围，将会打开更大的市场。
作为投资机会的指南，我们将首先关注为以太坊生态系统构建部分层的目标。这些层初期将从以太坊引领。否则，它们可能会因为合法性而得不到以太坊的认可，并且难以像替代性 L1 那样吸引开发者和用户。在所有这些层中，DA 是最具挑战性的部分。
接下来，我们将评估模块化方法是否严格限于以太坊，Celestia 能否引领通用的模块化叙事浪潮。由于 Celestia 利用了 Cosmos 堆栈，因此它也将为 Cosmos 生态系统带来资金流入，特别是 Celestia 构建执行和结算层的那些项目，例如在执行层上的 Fuel。
另一个受益的领域是 RaaS，广泛的模块化叙事将鼓励更多的协议采用 Rollup，类似于 SaaS（软件即服务）如何改变传统的互联网服务。RaaS 的商业模式很清晰：它们从协议中收取服务费。以更便宜的价格和更好的服务提供更强大的业务发展，从而获得更多的市场份额。此外，它们的成功与其运营的生态系统密切相关，因此很可能会看到它们扩展到多个生态系统。
- 机会#7: 模块化层
- 7.1 为以太坊生态系统构建的部分层。
- 执行层: Rollup
- 结算层: Risc0, Mina
- 数据可用性层: Celestia, EthStorage, Zero Gravity
- 7.2 为模块化叙事构建的部分层。
- 执行层: Fuel
- 结算层
- 机会#8: 与生态系统紧密相关的 RaaS 工具。
待续
到目前为止，我们已经广泛讨论了由以太坊驱动的模块化叙事的概念，并探讨了这个有趣名字背后的基本现实。考虑到以太坊作为最大智能合约平台的地位，遵守市场监管是至关重要的。然而，重要的是不要仅仅局限于其叙事，因为互联网代表着一个比加密货币大得多的市场。如果加密行业的目标是实现广泛的应用，那么这个市场上不可避免地会出现其他参与者。在我们即将发布的文章中，我们将深入探讨智能合约平台的广阔世界。
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