为什么模块化区块链是最佳扩展解决方案？

以太坊的发展正达到一个新的成熟水平。以太坊目前所处的位置与其定义的路线图之间的差距正在迅速缩小。

现在我们处于这个阶段，很明显以太坊正在开发一种模块化设计架构。使区块链成为“区块链”的属性正在被区分和划分，以允许每个属性都最大化。

在本文中，我们将探讨权益证明、分片和rollup如何实现模块化区块链设计，从而实现以太坊的长期愿景，并为未来的区块链设定标准。

区块链三难困境

臭名昭著的区块链三难困境要求您只能针对区块链的三个属性中的两个进行优化。由于技术限制，必须牺牲一个。区块链的这三个属性是：

可扩展性- 系统的数据吞吐量是多少？有多少TPS？

去中心化-有多少个节点？权力的中心在哪里？

安全- 攻击有多困难？

区块链三难困境——三角形的每一边只能实现两个属性。

那么为什么会这样呢？为什么区块链不能一次性实现足够的去中心化、安全性和可扩展性？

因为区块链是整体的。他们试图在主链上实现所有三个目标。但是，当您将这些组件模块化时，区块链三难困境的局限性就会消失。

打个比方，想想劳动分工。这一经济原则将复杂的任务划分为个人可以专攻的较小部分，从而使整个系统产生的产出远远多于相同数量的工人，每个工人单独工作。

那么模块化区块链是什么样子的，它是如何工作的呢？在此之前，我们需要了解组成上述三个属性的区块链的三个组件。

区块链的组成部分

去中心化、可扩展性和安全性都是区块链的属性。它们是区块链可以体现的特征，但有一些底层组件可以实现这些属性。模块化区块链将这些组件分成不同的部分，并将其最大化。那么它们是什么？

共识-提供安全性并定义存储在区块链上的数据的规范真相。我们在哪个区块？“N”块的内容是什么？

执行-将区块链从N更新到N+1所需的计算。采用旧状态，添加一组交易，然后过渡到新状态。

数据可用性-L1保证的数据可供参考。构成“N”的所有数据。

在深入研究之前，让我们通过类比来熟悉这些术语。这是一个周三的早晨，您要去当地的富国银行分行存入一张100美元的支票。

您的账户状态是您的银行余额，目前为69420美元。

从一开始到现在，所有以前的帐户交易都包含在数据可用性层中，这是一个由富国银行托管和保护的中心化数据库。

当银行柜员处理您的支票，富国银行执行一个状态转换对数据可用性层更新您的余额为$69,520。

“N+1”状态（69,520 美元）现在反映在您的富国银行移动应用程序、网络应用程序和其他分支机构位置上。之所以达成共识，是因为所有更新都发生在一个只有拥有正确凭据的人才能访问的中心化数据库上。

现在，在区块链术语中：

共识

共识定义了存储在区块链上的数据的规范真相。

在这些类别中，我们可以找到工作量证明和权益证明。这些系统定义了如何将区块添加到区块链中，以及参与者如何同意区块是正确的。

有了这一技术，区块链可以及时向前发展，而不会分裂成一百万条不同的链，每条链都有自己的真实版本。

执行

区块链的执行属性是将区块链的状态传递到下一个区块。区块N有一些特定的状态，代表数据如何从区块 N-1（账户余额、合约代码等）发生变化。然后验证者从内存池中获取一组交易，并通过生成区块N+1来创建对区块 N的状态更新，它获取了区块N的状态，并根据从内存池中提取的交易来改变它（内存池就像在排队等候银行柜员的人数。）。

当验证者使用选定的内存池交易作为输入以及共识机制来计算下一个区块的新状态时，就会执行交易。

数据可用性

数据可用性是指托管在每个区块链节点上的数据。如果节点上有数据，任何人都可以使用该区块链；对这些数据没有依赖性，它是可用的。

这也使得这些数据非常珍贵和昂贵。可用的数据量极其有限（我们称之为区块空间）。当您向区块链添加一些数据时，您将这些数据添加到所有运行该链节点的计算机上，无论是现在还是永远。区块链的目的是不可变的；这意味着这些系统中保存的数据实际上是人类创造的最有价值的数据。

每个人都希望他们的数据（交易）是不可变的，所以人们出高价来访问这些属性，这就是为什么我们在以太坊L1上看到非常高的gas费。

单片式区块链

单片式区块链是尝试在同一地点（L1）完成所有三件事，即共识、执行和数据可用性的区块链。基本上，迄今为止的大多数区块链，包括以太坊在内的大多数区块链都是单片式区块链。

单片式区块链的问题在于它们受制于区块链三难困境。由于同一层负责使区块链成为“区块链”的所有三个组件，因此对区块链的一个属性进行优化是对其他属性的限制。

想要通过更快的区块时间和更大的区块来获得更多的区块空间吗？然后减少可以跟上区块链进度的节点数量。这样，世界上慢速的计算机就不会阻碍链条的速度。

想要快速交易？减少节点数量，从而减少实际需要进行计算的计算机总数。这样，我们就没有一堆冗余计算机来做所有相同的计算；我们只会相信，那些进行繁重计算工作的人不会对网络撒谎。

想要优化安全性和去中心化？减少区块空间的供应并降低节点硬件要求，让每个人都可以成为网络的参与者，但预计您的交易需要更长的时间来清算。

单片式区块链已经让我们走到了这一步，但它们现在正在达到规模的极限。

单片式区块链时代即将结束。

模块化区块链时代即将来临。

模块化区块链

模块化区块链采用目前单片式区块链位于L1上的三个组件，并对它们进行了划分。就像劳动分工一样，拆分每个组件可以让我们优化每个组件并生产出更好的产品，其中整体大于部分之和。

使用Rollup的模块化执行

Rollup处理交易的速度比主链快几个数量级！

通过创建独立于以太坊的交易执行环境，并在更新L1的状态之前处理交易，Rollup无需承担共识和数据可用性的责任。

Rollup不必像高度去中心化的L1那样关注共识或数据可用性；他们可以自由地对这些属性做出任何和所有的牺牲，因为Rollup在密码学上与以太坊相关联。换句话说，Rollup是通过在以太坊上根据Rollup承诺遵循的一组规则进行交易来创建的。

初始化Rollup的那一刻，它向以太坊做出加密承诺，它将遵守规则。

这种rollup的“最初的誓言”对交易的管理方式设置了自己的限制（即rollup承诺显示所有交易合法的数学证明），并且是以太坊的L1安全性如何桥接到rollup，同时无需移植其缓慢的共识和有限的数据可用性。

包含在这个rollup初始化交易中的是任何用户都可以从rollup中退出所有资金的能力。这被称为“逃生舱口”，这意味着当rollup“中断”或变成恶意时，您可以通过L1上的交易跳出逃生舱口。一个坏掉的rollup就像一个坏掉的自动扶梯；它只是变成楼梯。

无论rollup是否在线并正常运行，rollup和以太坊之间的桥梁都存在，并允许以太坊的结算保证扩展到其上的rollup。

这座桥梁将以太坊的安全性和去中心化连接到rollup的交易执行环境。

有了这座桥，以太坊的每个模块相互补充；安全模块（权益证明）被添加到可扩展模块（rollup）中。一个模块的属性会渗透到另一个模块的属性中，这就是我们如何在不妥协的情况下实现规模和去中心化。

Rollup的维护成本几乎为零，并且在任何给定时间都需要很少的节点处于活动状态，并且它们也不会受到安全所需的昂贵共识机制的负担。以太坊的L1支付安全费用并保持去中心化，因此无需Rollup。

某些类型的Rollup甚至可以像中心化服务器一样高效（比如 Coinbase、Fortnite和Facebook，但现在有了去中心化！）。进一步创新，以Rollup实际上可以使他们甚至比一个集中的数据库更高性能。

具有 PoS 验证器的模块化安全性

权益证明共识机制创建了一个无形的对象，负责为系统提供安全性。该对象是抵押到PoS网络的虚拟货币。使用本地货币验证链的行为将物理硬件和网络安全之间的关联解耦。

不再由特定的计算机负责网络安全。现在，所有计算机都可以负责网络安全。因为ETH可以质押在任何连接互联网的计算机上，因此这正式体现了为资产本身提供安全性的价值。

相反，可以将维持物理PoW网络的资本要求用于购买“虚拟ASIC”（PoS代币），从而提高资产的资本效率。与物理硬件不同，PoS资产不会随着时间的推移而恶化，因此几乎不需要作为运营费用出售。

将运行验证节点的经济成本降低到资本成本（32 ETH）和一台计算机（您正在使用的计算机！）的成本，增加了区块链可能验证器的总可行数量。虽然32 ETH很昂贵（目前约为128,000美元），但它比最小的可行工作量证明挖矿操作（数百万美元）低一个数量级。此外，像Lido或Rocketpool这样的去中心化质押协议允许汇集和质押任意数量的ETH，从而将32 限制为任意数量。拥有3.2 ETH和320 ETH的收益大致相同，并且会随着时间的推移趋于平价。

权益证明网络消除了验证链的硬件要求，使普通消费者设备功能强大到足以验证链。这优化了网络和硬件之间的连接。

通过最小化硬件的作用，您可以最大化链的可访问性，并为最大数量的人打开验证链的可能性。权益证明将网络验证的要求降至最低：资本。

由于权益证明，以太坊现在拥有两个同质池，当它们合并在一起时，就成为一个模块化的网络安全池。这被称为“验证器池”，这是以太坊的安全来源。

以太坊开发人员表示希望看到1000万ETH质押到以太坊被视为“安全”。10M/32ETH=312,500个验证者。

以太坊的安全性细化为单独的验证实例，允许信标链将这些实例引导到这些资源需要去的任何地方，从而为以太坊提供关于如何分配其安全资源的最大选择。

拥有可用的模块化安全资源池使以太坊能够通过分片来模块化其数据存储容量。

最大化数据可用性：分片

分片最大化L1中可用的区块空间！

所有区块链都有一定的安全供应可供它使用。比特币的安全性是世界可以产生的 SHA256哈希值的供应。PoS以太坊的安全性是存在于验证器池中的以太坊验证器的供应。以太坊有一个包含所有以太坊验证器的“验证器池”，可以随机选择以验证以太坊区块。当更多的验证者上线并向以太坊提供他们的安全性（承诺遵守规则的32 ETH）时，它使以太坊更加安全。

当您添加分片时，它还将使以太坊更具可扩展性。分片允许在更多链上“重新分配安全性”，而不是将系统的所有安全性完全集中在一条链上。

拥有300,000个验证器（30万个32 ETH抵押实例）都保护一条单片链，这是一种过度的安全性，并且是一种低效的资源分配。通过将验证器分布在多个链上，以太坊的L1可以通过在每个链上创建约4,500个验证器来创建64 ETH来扩展。

这使得以太坊的可扩展性与其安全性呈正相关。当单片区块链接近由区块链三难困境决定的极限时，分片区块链颠倒了规模和安全性之间的关系；它把它的限制因素变成了它的增长因素。

分片以太坊计划在开始时有64个分片，但目标是让它达到1024个分片。此外，随着摩尔定律的发展和我们所有家用计算机的功能越来越强大，分片的数量和容量都会增加。在分片开始时拥有64个分片并不意味着我们将以太坊的容量增加了64倍。相反，我们拥有的“以太坊链”的数量将增加64倍，但每条链的大小将增加约1/3，因此大小增加约18倍，而不是64倍。

但是，如上所述，随着物理硬件的改进和以太坊验证器池的增加，我们可以增加分片的大小和供应量，这很重要，这将以太坊的可扩展性与摩尔定律联系起来。

信标链是系统资源的“流量控制器”。信标链通过随机抽样将每个验证者引导到他们负责验证的特定分片中。所有验证器每个epoch都会被洗牌，6.4分钟。较高分片上较低的验证器数量只是说明了验证器在固定组中“排队”的概念。“好，10人一组！”班级越大，10人一组的人数就越多。

优化模块之间的协同作用

模块化设计的美妙之处在于每个模块的优化放大了其他模块的优化。

有三个协同作用：

1、模块化PoS安全性可以在更多分片上重新分配验证器，因为更多的验证器上线并可以安全地支持更多数据。更多的去中心化?更多的规模。2、L1 上的额外分片对Rollup的执行能力产生了放大的影响。Rollup 可以在将大量数据添加到L1分片之前对其进行压缩，因此分片所具有的任何额外空间都会对Rollup上的可用空间产生巨大影响。更大的规模 ? 更快的执行。3、Rollup中发生的净交易活动越多，购买L1区块空间的总费用就越多。为区块空间支付的更多总费用会增加支付给L1验证者的收入。支付的验证器越多，启动额外验证器的动力就越大。向L1添加更多验证器会增加可以创建更多分片的计算资源。

更大的规模，更快的执行

通过将以太坊分片到64个不同的数据可用性层，我们为rollup创造了更多空间来部署他们的成千上万笔交易。对L1进行分片对L2上 Rollup的可扩展性产生了巨大影响。由于Rollup将交易压缩成紧凑的包，L1上任何数据的增加都会在 L2 上创建数量级的更多空间。

这就是以太坊获得微交易能力的地方。分片以太坊是为所有Rollup打开闸门的地方。增加可消耗的块空间量可以大幅降低分片顶部的Rollup费用。

压缩的rollup交易（想想：zip文件！）现在有更多的可用区块空间供应。Rollup在rollup的所有用户之间分摊其L1交易的成本。如果将大量交易部署到以太坊需要1 ETH，那么1 ETH的成本就会分摊到捆绑中的数千个交易者身上。当我们有64倍多的分片用于部署交易时，每笔交易的成本应该会下降多个数量级，增加平摊用户数。

一旦发生这种情况，rollup可以自由地停止像目前那样限制自己的可用区块空间量，并让引擎真正运转起来。

分片和rollup的组合允许计算资源成为网络的资产，而不是负债。无论计算机可以提供多少资源，具有任何计算能力的更多计算机始终可以将其资源贡献给网络并使这些资源得到有效利用。一台计算机可以是一个rollup验证器，帮助压缩发送到L1的数据，或者它可以将其资源贡献给L1验证器池并帮助启动更多分片。

将您的节点添加到整体区块链会增加网络必须克服的另一个瓶颈。单片区块链无法处理比单个节点更多的交易。由于所有单片链节点都处理所有交易，因此将您的计算机添加到单片网络中只需添加另一台需要能够跟上网络的计算机。

经济可持续性

模块化以太坊是经济上可持续的以太坊。这是密码经济学的行业，除了密码学之外，我们还需要正确对待经济学。在经济学中，格雷沙姆定律是一条货币原则，表明“劣币驱逐良币”。当有人收到两种不同的钱时，他们会保存保值的钱，花掉失去价值的钱。

对于法定货币，我们看到人们逃往贬值最少的货币，即美元。但现在，在“科幻经济学”的世界里，我们可以做比“不失去价值”更伟大的梦想。相反，在加密世界中，我们会问“什么货币的价值增长最多？”

比特币投资者对BTC 感到非常兴奋，因为它是第一个承诺通过不受进一步发行而保留其购买力的硬市值货币。随着经济的发展，比特币有望变得更加稀缺。

相同的BTC供应量，但在更大的经济体中，等于相对更稀缺的BTC。

Ethereans对ETH及其作为以太坊网络需求的函数被销毁的能力感到兴奋，并且由于销毁的ETH比通过EIP-1559发行的数量多而导致通货紧缩的可能性。

一个更大的经济体等于更高的ETH销毁率，这会导致ETH越来越稀缺。

交易费用 = 货币溢价

将格雷沙姆定律转化为加密经济术语：网络需要收取比发放给验证者更多的交易费用。

加密经济网络通过发行和费用向其安全提供商付款。使用费用收入来支付证券取代了所需的发行量。区块链收取的费用越多，通过发行来增加供应量的需求就越小。

收集更多，发行更少。

这就是扩展整体区块链的问题。许多区块链承诺低费用和高吞吐量。通过承诺这一点，他们同时承诺永远不会创造一个有意义的费用市场。如果你想让区块空间便宜，你一定不能依靠交易费用来支付安全性。

因此，你必须依赖发行，用格雷沙姆的话来说，这将被称为“坏钱”。

波利尼亚节选：

让我们考虑Polygon PoS和Solana。

*Polygon PoS每天收取大约50,000美元的交易费用，或每年1800万美元。与此同时，它在通胀奖励方面的分配远远超过4亿美元。这是一个令人难以置信的95%的净损失。

至于Solana，它在最长的时间内仅收取约1万美元/天，但随着投机狂热，它已显着增加至约10万美元/天，即年化3650万美元。Solana提供了更惊人的4B美元的通货膨胀奖励，导致净亏损99.2%。

作为一个思想实验，Solana需要以当前的交易费达到154,000TPS才能实现收支平衡——鉴于当前的硬件和带宽，这是完全不可能的。*

然而，更大的问题是，这些额外的交易不是免费的——它们增加了更大的带宽要求、更大的状态膨胀，并且总的来说，仍然有更高的系统要求。

经济可持续性的关键特征是它在两个方向上复合。

受约束的Layer 1建立了强大的费用市场。通过限制可用区块空间的数量，您可以增加去中心化（通过减少参与节点的硬件要求）和费用收入捕获（通过限制可用区块空间的供应）。

稀缺的区块空间创造了高额的费用收入，从而产生了高的ETH销毁率，这使得ETH更加稀缺，使其更有价值。

货币价值越高，实现相同影响所需的发行量就越少。因此，当货币的价值很高时，安全性实际上变得更便宜。在廉价的证券范式下，您会进一步减少净新发行量，因为您只是减少了发行量，这进一步加剧了资产的稀缺性和价值。

往另一个方向走，一切都结束了。

宣传廉价费用环境的链不能收取任何有意义的费用收入（否则它会产生费用）。如果您无法收取费用，则必须通过发行来支付担保费用。如果您通过发行来支付证券费用，那么货币会随着时间的推移而膨胀并泄漏价值。随着时间的推移，成为一种通货膨胀货币会增加货币的供应量，并降低其价值。减少的价值意味着您必须发行更多以支付安全费用。进一步发行会增加供应量，并使货币贬值，并代表通货膨胀螺旋的开始阶段。

虽然牛市投机可以暂时掩盖这种影响，但没有逃脱经济规律。发行的货币不会像消耗的货币那样保值，这两条路径将导致截然不同的期货。

L1的吞吐量与为其提供动力的资金的稳健性之间存在直接相关性。

如果您提高区块链的吞吐量，则会增加资产的通货膨胀。可悲的是，当您还增加区块链的吞吐量时，您会降低普通人成为验证者的能力。

这将围绕该区块链的社区分为两类公民；那些有能力验证链并拥有铸币税权的人，以及那些没有并且只能购买验证者出售给他们的东西的人。

把一切捆绑在一起

以太坊有一个受限的L1，可以优化强大的去中心化和高效的安全性。这个区块空间约束L1创建了一个昂贵的费用市场，为ETH增加了货币溢价。

分片根据以太坊安全性的大小增加可用的L1区块空间。随着以太坊的验证器池越来越大，可行分片的数量也在增加，这使得以太坊随着去中心化的发展更具可扩展性。

Rollup创建不受约束的执行环境，将交易捆绑在一起并将它们压缩成尽可能小的数据包。这开启了新的经济活动类型，并使充满活力和廉价的经济蓬勃发展，增加了L1上的净经济活动。随着更多的经济活动在rollup中发展，rollup费用会下降，因为它们会在更广泛的参与者中分摊。随着越来越多的分片被添加到以太坊，并且随着分片变得更大，作为摩尔定律的函数，rollup费用继续降低。

解锁微交易可行性增加了可以支持的可行经济活动的总量，使净经济活动有更多数量级的运行空间，这一切都通过跨各个层的一系列压缩和承诺汇集到L1以太坊，以及所有崩溃到L1上的竞争性费用市场，作为整体经济活动的函数燃烧ETH。

模块化设计的美妙之处在于对每个模块的优化放大了对其他模块的优化。

通过PoS增加去中心化增加了添加到以太坊的分片数量

以太坊L1上的更多分片为Rollup L2的规模增加了数量级

RollupL2 的更大规模解锁了新的可行经济活动，最终将rollup支付给L1的集体费用增加。

支付给L1的更多集体费用增加了运行验证器的动力，使验证器池更大，允许创建更多分片。

执行优化的单片式区块链

每一次牛市，都会出现一批新的区块链，它们选择牺牲去中心化来优化区块链的执行属性。他们增加了区块大小并限制了节点，以便牛市的繁荣可以以低廉的费用找到归宿。

在牛市中，以太坊和比特币变得极其拥挤，因为它们已经针对去中心化进行了优化，这为针对相反属性（交易执行）进行优化的链提供了合法性。

如上所述，针对执行进行优化的整体区块链存在一些缺点。他们无法有意义地收取费用并牺牲了去中心化。

如果这个执行优化的整体区块链将自己卷入不同L1链上的L2，它实际上可以更优化执行，同时不必处理安全性和去中心化的约束因素。不再需要发行L1资产来支付安全性，因为安全性源自L1。

从供应计划中消除通货膨胀允许较小的Gas市场对本地资产的长期供应产生巨大影响。

Solana、Binance Smart Chain、Avalanche和Polygon等链可能都需要“rollup”自己，以推动其代币的长期可持续性，事实上，它们越早Rollup自己，其原生资产就越稀缺。

原文：

我曾经认为这是最务实的方法，但我现在认为在单体项目上投入了太多的资本和狂妄自大，以至于他们无法在短期内采用这种仅Rollup的方法。不过，这样做的人将成为先驱并获得巨大的网络效应。

总结

加密世界充斥着部落主义和政治。一个人在加密货币中发表的声明会受到该人来自哪个部落的影响。激励和动机是由预先存在的信念和袋子偏见驱动的。

值得庆幸的是，代码和数学不受所有这些影响。上面的整篇文章可以在不使用“以太坊”这个词的情况下进行重写，而是可以作为一个普遍优化的模块化区块链的不可知路线图。

事实上，这种架构并不是由以太坊单独执行的。Rollup不仅仅是以太坊的事情；Tezos还采用了以rollup为中心的路线图。NEAR还在设计分片数据的可用性。Celestia正在构建一个专门用于rollup的安全和DA层。

关键是如果我们回到过去，或者跳到不同的平行宇宙并重新掷骰子10,000次，加密行业将在99.9%的时间内发现自己处于模块化设计结论。

这是区块链技术发展最合乎逻辑的结论。它与以太坊“在政治上有联系”的唯一原因是，以太坊是唯一一个能够为研发工作提供足够资金的生态系统，能够将我们带到这一点。

随着时间的推移，我们将看到所有L1区块链要么演变成模块化设计结构（限制L1区块空间，将执行推到rollup，增加节点数），并在全球非主权货币的世界中竞争，要么取而代之的是废除共识和数据的包袱，而只是将他们的执行环境移植到一个更加去中心化的链上。

模块化区块链设计还说明了将去中心化作为区块链的关键属性的必要性，区块链支持所有其余功能。以太坊通过增加去中心化而不是牺牲去中心化，解决了可扩展性的三难困境。只有通过优化去中心化，您才能获得上述模块化的好处。

如果您能去中心化，您可以拥有任何东西。

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编译者/作者：FTFTX

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