Модульные блокчейны: Переопределение масштабируемости и безопасности блокчейна
Модульные блокчейны представляют собой новую архитектуру блокчейна, которая повышает масштабируемость, безопасность и гибкость путем разделения основных функций на отдельные слои. Этот дизайн решает проблемы с производительностью, с которыми сталкиваются традиционные монолитные блокчейны при обработке больших объемов транзакций, а также позволяет более гибкую настройку системы.

Что такое модульный блокчейн?

Традиционные монолитные блокчейн-системы, такие как Ethereum и Bitcoin, обычно обрабатывают все задачи на одной цепи, включая выполнение транзакций, согласование (проверку транзакций), хранение данных и расчеты. Хотя такой подход способствует общей безопасности и децентрализации, он часто сталкивается с проблемами производительности при работе с высокой пропускной способностью транзакций, быстрой верификацией и масштабными приложениями. Модульные блокчейны, с помощью многоуровневой архитектуры, разделяют эти функции на различные модули, позволяя каждому модулю сосредоточиться на конкретных задачах для достижения более эффективного распределения ресурсов и оптимизации производительности.

Основные функции

Модульные блокчейны обычно состоят из четырех основных функциональных модулей:

1. Консенсус: Определяет порядок транзакций и создание нового блока, обеспечивая подлинность транзакций. Слой консенсуса гарантирует согласие узлов сети на одну версию реестра.
2. Выполнение: Обрабатывает транзакции и обновляет состояние блокчейна, действуя как вычислительный движок для выполнения смарт-контрактов.
3. Доступность данных: Хранит данные транзакций, обеспечивая постоянное наличие данных для загрузки и проверки узлами, создавая основу для прозрачности и безопасности блокчейна.
4. Расчет: Обеспечивает окончательность транзакции, гарантируя, что транзакции не могут быть изменены после подтверждения, и действует как слой арбитража для разрешения споров межцепочечных.

Как работают модульные цепочки

Основная концепция модульных блокчейнов заключается в разложении различных функций блокчейна на различные модули, каждый из которых обрабатывается различными цепями. Традиционные монолитные архитектуры блокчейнов обычно управляют всеми задачами - выполнением, консенсусом, расчетами и доступностью данных - на одной цепи. Хотя эта структура проста, ее масштабируемость и производительность обычно снижаются при увеличении активности на цепи. Модульные блокчейны, разделяя эти функции, позволяют различным блокчейнам фокусироваться на конкретных задачах, достигая баланса между масштабируемостью, децентрализацией и эффективностью. Вот подробное описание того, как работают модульные блокчейны:

1. Слой исполнения Слой исполнения обрабатывает и проверяет все транзакции, управляя изменениями состояния на блокчейне. Различные цепочки могут принять различные архитектуры и стратегии оптимизации на слое исполнения, такие как технология Rollup и механизмы шардинга, для увеличения скорости и эффективности выполнения транзакций. Эта гибкость позволяет слою исполнения масштабироваться в соответствии с конкретными потребностями, оптимизируя время выполнения и снижая комиссии за транзакции.
2. Слой консенсуса Слой консенсуса отвечает за коммуникацию и координацию между узлами в сети для достижения согласия относительно порядка транзакций. Децентрализация и безопасность на этом уровне определяют надежность всей системы блокчейна. Например, доказательство доли (PoS) может обеспечить эффективный механизм консенсуса для слоя консенсуса, обеспечивая более высокую пропускную способность при обеспечении безопасности. Отделившись от других модульных слоев, слой консенсуса может быть независимо масштабируемым и оптимизированным.
3. Расчетный уровень Расчетный уровень проверяет действительность транзакций, управляет промежуточным соединением активов и потоком между уровнями исполнения, а также обеспечивает безопасность межсетевых взаимодействий. Этот уровень обычно опирается на более надежный и безопасный базовый блокчейн (например, Ethereum) и завершает проверку и расчеты с помощью смарт-контрактов, обеспечивая завершенность межсетевых транзакций.
4. Уровень доступности данных (DA) Уровень доступности данных гарантирует, что все данные транзакций доступны узлам проверки. Независимость этого уровня обеспечивает модульные блокчейны эффективным механизмом управления данными, используя такие методы, как сегментирование данных и выборка, чтобы снизить требования к хранилищу и позволить легким узлам участвовать в проверке данных. Например, технология «выборки доступности данных» Celestia позволяет узлам определять доступность всех данных путем выборки небольшого объема данных, тем самым достигая эффективной проверки данных в сети.
   Модульная операционная модель блокчейна позволяет оптимизировать каждый уровень на основе собственных требований, независимо развиваясь. Поскольку уровни больше не должны выполняться в одной цепочке, разработчики могут выбрать подходящую цепочку для выполнения конкретных задач, тем самым решая компромисс между масштабируемостью, безопасностью и эффективностью.

Основные типы

Модульные блокчейны могут быть гибко настроены путем комбинирования слоев выполнения, консенсуса, расчетов и доступности данных для создания различных структурных конструкций, отвечающих различным требованиям on-chain. На основе комбинации этих модулей основные типы модульных блокчейнов включают следующее:

1. Архитектура Уровня 1 и Уровня 2. Самая базовая модульная архитектура блокчейна представлена слоистым дизайном Уровня 1 и Уровня 2. Уровень 1 служит в качестве базовой цепи, в основном обрабатывая консенсус и расчеты, в то время как Уровень 2 - это цепь, посвященная исполнению, использующая технологию Rollup для увеличения процессорной мощности. Celestia принимает этот подход, поддерживая несколько сетей Уровня 2 (таких как Arbitrum и Optimism), которые используют его в качестве слоя доступности данных, тем самым улучшая масштабируемость.
2. Исполнение, расчет и архитектура уровня DA В этой архитектуре уровни исполнения, расчета и доступности данных дополнительно декоррелированы. Уровень исполнения фокусируется на упаковке и обработке транзакций, уровень расчета проверяет и сохраняет окончательное состояние исполнения, а уровень доступности данных обеспечивает доступность данных и безопасность их хранения. Независимость каждого модуля сильнее. Validium - это применение этой архитектуры, представляющее собой другую форму Rollup, которая обрабатывает транзакции вне цепи перед отправкой данных на L1, с отдельным уровнем доступности данных.
3. Архитектура суверенного роллапа Суверенные роллапы функционируют как слой исполнения и расчетов, с блоками данных, опубликованными непосредственно на роллапе. В отличие от роллапов смарт-контрактов, суверенные роллапы управляют допустимостью транзакций и упорядочиванием через свои собственные узлы валидации, а не полагаясь на валидацию на уровне смарт-контракта. Суверенные роллапы автономно контролируют процессы исполнения и расчетов, в то время как уровень DA обеспечивает доступность данных.

Преимущества и вызовы

Преимущества:

• Улучшенная масштабируемость: каждый модуль фокусируется на конкретной задаче, значительно увеличивая пропускную способность блокчейна без ущерба для децентрализации.
• Гибкость и совместимость: Модульная конструкция блокчейна облегчает сотрудничество между различными цепями Уровня 1 и Уровня 2, позволяя разработчикам свободно выбирать виртуальные машины и технологические стеки на основе реальных потребностей.
• Поддержка многофункциональных приложений: модульная структура позволяет разработчикам с легкостью создавать эффективные и безопасные децентрализованные приложения (DApps), открывая больше возможностей для различных сценариев использования.

Препятствия:

• Сложность разработки: Многоуровневый дизайн модульных блокчейнов увеличивает сложность разработки и технические требования как для пользователей, так и для разработчиков, что может замедлить процесс принятия.
• Отсутствие зрелого тестирования: По сравнению с традиционными монолитными цепочками, модульные блокчейны имеют ограниченное тестирование и валидацию в практических приложениях. Зрелые сети прошли обширное тестирование, в то время как модульные сети все еще догоняют.

Примеры проектов

Celestia: В качестве лидера в модульном пространстве блокчейна, Celestia - это модульный блокчейн, ориентированный на доступность данных, который обеспечивает доступность данных транзакций через выборочную доступность данных. Это позволяет сетям уровня 2, таким как rollups, использовать его функциональность хранения данных, снижая нагрузку на основную цепь.
Dymension: Dymension предлагает быструю модульную блокчейн-платформу RollApps и разделяет структуру сети на фронт-энд и бэк-энд, аналогично традиционной архитектуре стека приложений. Dymension обеспечивает эффективное взаимодействие между RollApps и использует сеть доступности данных для их хранения и предоставления.

Заключение

Модульные блокчейны открывают новый путь для блокчейн-пространства, улучшая масштабируемость и гибкость за счет модульного подхода к ключевым функциям и заложив техническую основу для дальнейшего развития DeFi и других децентрализованных приложений. Хотя находятся еще на ранних стадиях, модульные блокчейны обещают преодолеть текущие технические проблемы, обеспечивая большую производительность и безопасность для распределенных сетей.