一文读懂模块化：可插拔式解决区块链性能瓶颈

来源：Gryphsis Academy

TL；DR

单体区块链以全面性著称，独立承担网络的各个层面，从数据存储到交易验证等等。而模块化区块链通过将区块链的不同功能分离成独立的模块，可以在特定功能上提供性能支持和流畅的用户体验，在一定程度上解决了“不可能三角”问题。

以太坊作为第一个支持智能合约的区块链平台，为模块化设计提供了肥沃的土壤。随着区块链技术的发展，比特币生态也开始探索模块化的可能性，通过添加新的模块来实现更高级的功能，例如改进的隐私保护、更高效的交易处理或增强的智能合约功能。

模块化技术代表了一种更加“灵魂化”的可插拔产品思路，未来会出现更加灵活和可定制的区块链解决方案，各种服务和功能可以像乐高积木一样轻松地插入和拔出。这种灵活性使得开发者能够根据特定应用场景的需求，快速构建和部署区块链解决方案。

1.什么是模块化区块链

source：Celestia.org

当我们探讨模块化区块链时，必须先了解单体区块链（Monolithic Blockchain）这一概念。单体链，如比特币、以太坊等，以其全面性而著称，独立承担着网络的各个层面，从数据存储到交易验证，再到智能合约执行。在这一过程中，单体链扮演着一个多面手（generalist）的角色，对所有环节都有所涉猎。

以以太坊为例来说，一条成熟的单体区块链一般可以被大致分为四个架构：

执行层 (Execution Layer)

结算层(Settlement Layer)

数据可用性层/ DA 层 (Data Availability Layer)

共识层 (Consensus Layer) 

下图通过把在区块链上记账比喻成一场球赛，详细解释了每一层架构的作用：

通过这种类比，我们可以更清晰地理解区块链的各个架构如何协同工作。单体区块链就是将所有的功能集中在同一条链上执行，而模块化区块链（Modular Blockchain）则是一种新型的区块链架构，将区块链系统分解为多个专门的组件或层次，每个组件负责处理特定的任务，如共识、数据可用性、执行和结算。

模块化区块链像一群专家（specialists），专注于各自领域的深度挖掘和技术创新。这种专注使得模块化区块链在特定功能上能够提供卓越的性能和用户体验，例如，它们能够以更低的成本提供更快的交易处理速度。

在节点架构方面，单体链依赖于全节点，这些节点必须下载和处理整个区块链的数据副本。这不仅对存储和计算资源提出了较高要求，也限制了网络的扩展速度。相比之下，模块化区块链采用轻节点设计，仅需处理区块头信息，从而显著提高了交易速度和网络效率。

模块化区块链的一个显著优势在于其灵活性和协作性。它们能够将非核心功能外包给其他专家，形成一种协同效应，实现整体性能的显著提升。这种设计哲学类似于乐高积木，允许开发者根据项目需求自由组合不同的模块，创造出多样化的解决方案。

尽管单体链在全局控制、安全性和稳定性方面具有优势，它们也面临着可扩展性、升级难度和适应新需求的挑战。模块化区块链则以其高度的灵活性和可定制性脱颖而出，简化了新区块链的创建和优化过程。

然而，模块化区块链也面临着其特有的挑战。其复杂的架构增加了开发者在设计、开发和维护方面的工作量。作为一种新兴技术，模块化区块链尚未经历全面的安全测试和市场波动的考验，其长期稳定性和安全性仍需进一步验证。

2.为什么需要模块化区块链

为何模块化区块链技术受到广泛关注，且被预言为“未来趋势”？这与区块链领域著名的“不可能三角”理论密切相关。

Source:chainlink

区块链的“不可能三角”指的是一个区块链网络难以在同一时间在安全性、去中心化性和可扩展性这三个核心属性上都达到最优状态。

可扩展性关注的是网络处理大量交易的能力，及其在用户和交易量增长时保持高效、低成本运行的能力。通常通过 TPS（每秒交易量）和延迟（交易确认所需时间）来衡量。

安全性涉及的是保护区块链网络不受攻击的成本和难度。例如，比特币的 POW 机制要求攻击者掌握超过全网 51% 的算力，而以太坊的 POS 机制则需要超过 ⅓ 的节点合谋。

去中心化性描述的是网络的运作不依赖单一中心节点，而是分布在众多节点上，节点越多、地理分布越广，网络的去中心化程度越高。