模塊化區塊鏈 Modular Chain 是什麼？如何解決區塊鏈的不可能三角？｜簡單理解區塊鏈原理

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模塊化區塊鏈 Modular Chain 是什麼？如何解決區塊鏈的不可能三角？｜簡單理解區塊鏈原理

基礎知識

FoxBling

・2022/12/29

認識區塊鏈的不可能三角

在傳統貨幣理論中，「不可能三角」指的是國家無法同時實現資本自由流動（Capital mobility）、固定匯率（Exchange rate）、獨立自主的貨幣政策（Monetary policy），最多只能同時滿足兩個目標。

模塊化區塊鏈的概念出現其實就是希望解決區塊鏈「不可能三角」的問題，所以在正式介紹模塊化區塊鏈之前有必要認識這個概念。

完美的區塊鏈擁有三個要素：安全性、去中心化和可擴展性。

但一般情況下在一個區塊鏈必須捨取其中一項，以達到其他兩項要求：

可擴展性和去中心化會受到安全性的阻礙，但安全性會因提供可擴展性而受到損害
一般首先被關注的是去中心化和安全性，最後才是可擴展性

安全性

區塊鏈本質上是安全的，但並非完全不受黑客攻擊。如果黑客能夠安全控制一半以上的網絡 (51%)，就能推翻共識並更改鏈上數據，以操縱交易及從網絡中竊取信息。歷史上的 51%攻擊已經出現過在小型山寨幣的身上。網絡中的參與者（節點）越多，它就越安全。參與方的數量越多，黑客就越難控制系統。

去中心化

區塊鏈與網絡上的每個人共享所有數據，以便在將其添加到數字數據庫之前對其進行檢查和確認，達成一個「第三方的金融系統」。由於這種分佈式系統需要廣泛參與者就任何數據的有效性達成一致，交易時間可能會很慢。因此區塊鏈需要擴展，也就是說能夠以更快的速度處理更多的數據。另外，若然區塊鏈並不安全，去中心化的概念也是空談，因為最終也能給黑客控制。

可擴展性

可擴展性簡單而言就是交易速度以及區塊鏈的規模。要增加整體速度簡單直接的方法就是減少確認和添加到網絡數據的參與者數量，但是會犧牲了去中心化的程度，同時由於控制權交給少數參與者。而且這還會導致安全性減弱，導致 51% 攻擊更易發生。

不可能三角中的例子：比特幣

以比特幣為例，它是目前為止最安全的加密貨幣之一，因為分散式的大量節點使它做到了去中心化，但它的代價就是擴展性嚴重不足，平均只有 7 TPS（Transaction per second 每秒能負荷的資訊量），這數值是完全無法負荷整個交易市場的，所以比特幣實際上犧牲了可擴展性。

單體區塊鏈 (Monolithic) vs 模塊化區塊鏈 (Modular)

共識、執行、數據可用性和結算被認為是區塊鍊網絡的四個主要功能。當區塊鍊網絡在其基礎層中執行所有這四個功能時，它被稱為單體區塊鏈。然而，如果區塊鍊網絡只處理基礎層四個功能中的幾個，而將其餘功能外包給其他層，則它被稱為模塊化區塊鏈。

共識

就數據的可驗證性達成一致。區塊鏈如何決定哪些塊是有效的並且應該添加到鏈中。在單體鏈中，共識是通過節點就新區塊要處理的交易達成一致，包括交易的順序，令到網絡保持共同狀態。

執行

區塊鏈的計算。那就是 Tx 速度/狀態轉換速度。系統中可用的交易驗證器數量越多，其交易驗證時間就越長。可以減少網絡中的節點數量以增加吞吐量或每秒執行的交易數量。

數據可用性和結算

每個塊中可用的空間量。為了能夠成功驗證數據，必須要有足夠的空間量。單體區塊鏈通常在同一個區塊中有許多交易，以實現高吞吐量和區塊空間的擴展。一旦節點服務提供商沒有所需的存儲空間，這些交易將會被中斷。

區塊鏈存儲歷史並保證其真實性。為了使其成為一個可信的網絡，所有參與者必須能夠查看和驗證存儲的數據。這個問題與驗證數據是分開的，因為所有的數據無論是否有效，都需要在網絡上可供使用，並且不被任何一方扣留。這種保證被稱為數據可用性，隨著區塊鏈規模的擴大，它是一個重要的問題。

什麼是模塊化區塊鏈？

模塊化區塊鍊是一種設計成由「小型可交換模塊」組成的區塊鏈系統，可以根據需要輕鬆添加或刪除模塊。這使組織可在保持區塊鏈的安全性和完整性的同時，能根據自己的具體需求去定制和更新系統。

與此相對，傳統單體區塊鏈系統是作為一個單一的、大型集成的系統設計，所有不同組件（如共識算法、存儲系統和通信協議）都緊密集成，無法輕鬆分離或替換。

模塊化區塊鍊和單體區塊鏈主要區別在於它們的設計和靈活性。單體區塊鏈系統通常難以定制和更新，而模塊化區塊鏈系統則更加靈活，可以根據特定的需求進行定制，並且可以更容易地與其他系統或技術集成，並具有更好的可擴展性。

針對上文提及的不可能三角，模塊化的最大好處就是在沒有犧牲安全性的前提下，提高區塊鏈的可擴展性，解決不可能三角的問題

如何運用模塊化區塊鏈解決不可能三角

模塊化架構最顯著的優勢包括可擴展性、易於設計和靈活性，所以可以針對性解決可擴展性的問題

可擴展性和效率:

單體區塊鏈在自己的第一層中已經擁有了所有的預期功能，由於試圖在一個層內同時處理所有功能，所以令創建區塊變得更困難。在模塊化區塊鏈下，實際的功能可以在不同的層（Layer）中執行和共享，提高可擴展性。

目前提升可擴展性的技術有兩個，就是分層與分片。分層就是 Layer 2，簡單說就是將原本要在鏈上進行的運算移到另外另一層去執行，最後才回到鏈上結算，可以大幅提高傳輸速度並降低 Gas fee。Layer 2 中的 Rollups 是一種常見的模塊化區塊鏈，因為它們只處理執行，將共識和數據可用性外包給以太坊，例子有 Optimism 和 zK-rollup。

分片的話是將大量的待處理交易和節點分組，並配對運算，同樣能提高交易速度，可以參考下面這張圖片，分片後的效果顯而易見。

去中心化：

儘管模塊化區塊鏈被分成不同的層，但它仍然確保共識，確保安全性。在模塊化下，沒有任何一台服務器可以單獨操縱網絡，所有交易執行仍需要區塊鏈中的共識。

模塊化和單體區塊鏈的潛在缺點：

模塊化區塊鏈

單體區塊鏈

安全性：

與在單個層中執行每個區塊鏈功能的單體區塊鏈不同，模塊化鏈可能缺乏與保護相關的特性

可擴展性：

單體鏈使用更快的區塊時間和更大的區塊大小來實現更高的吞吐量。這增加了對節點的硬件要求，同時減少了可以驗證鏈的人數，從而導致中心化和增加的安全風險。

複雜程度：

設計的複雜程度比起單體區塊鏈更高，因此容易有錯誤和漏洞的發生。同樣，執行層（例如 Ethereum）必須需要某些複雜的機制，例如欺詐證明和有效性證明，復雜的機制加深了設計難度

資源限制：

節點來源限制，例如帶寬和存儲，會對區塊鏈效率產生影響。

相關代幣價值低：

由於鏈組件的應用有限，很難吸引代幣價值。例如與執行層相比，一個純粹關注共識和數據可用性的 Layer 代幣會有較少的應用場景

安全和去中心化：

單體區塊鏈限制區塊時間和區塊大小以實現高度去中心化。這增加了驗證節點的數量但降低了吞吐量。

模塊化和單體區塊鏈的潛在優點：

模塊化區塊鏈

單體區塊鏈

可擴展性：

在區塊鏈中使用模塊化可以增加規模，可以引入健康的信任假設

安全性：

單體區塊鏈可以在自己的節點上強制執行安全交易

易於區塊鏈的部署：

通過利用模塊化設計，新的區塊鏈可以更快地啟動，而不必擔心架構的各個方面是否正確

數據驗證：

節點會觀察區塊鏈上的交易並在達成共識後對其進行驗證。這解決了區塊鏈數據存儲在多個節點時的數據問題。

靈活性：

專門構建的模塊化鏈為原來鏈的設計實施提供了更多選擇。例如模塊化區塊鏈系統可能包括專注於安全性和數據可用性的模塊化鏈，而其他則專注於執行。

設計：

單體區塊鏈更易於實施和設計

實際例子

模塊化區塊鏈例子: Ethereum

以太坊是目前存在的模塊化區塊鏈的完美示例之一，值得一提的是以太坊本質上是單體的，但在 ETH 2.0 推出過後，將透過共識機制的改變吸引更多驗證者加入網絡。同時間引入分片和 Rollup 技術，隨著引入更多的分片，可以存儲更多的數據（即區塊空間增加），而 Rollup 則可以處理更多的數據。

單體區塊鏈例子： Bitcoin | Solana

比特幣是單體區塊鏈的最代表性例子之一，儘管閃電網絡（Layer 2 解決方案）試圖成為鏈的可擴展模塊化方面。然而，鑑於其目前的架構和共識機制，它仍然是一個單體的區塊鏈。Solana 是另一個單體區塊鏈。雖然它通過增加區塊空間（通過增加節點要求）解決了可擴展性問題，但在去中心化方面仍然存在不足，因為對驗證者的要求太高。

偽模塊化區塊鏈例子 (Pseudo Modular)：Avalanche

偽模塊化將指的是不將任何組件外包給模塊化區塊鏈，但確實具有將單個網絡拆分為多個部分的設計的單體區塊鏈。這將包括具有分片或子網絡的區塊鏈，例如 Avalanch 基本上只是多個單體鏈組成的。

每個子網都是一個獨立的區塊鏈。Avalanche 不需要另一條鏈來工作。因此 Avalanche 是單體區塊鏈。