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報告要點：

1. 單片鏈?zhǔn)芟抻趩蝹€節(jié)點可處理的內(nèi)容，而模塊化生態(tài)則越過了這一限制，提供了一種更可持續(xù)的擴容形式；

2. 模塊化背后的一個關(guān)鍵動機是有效的資源定價。模塊化鏈可通過將應(yīng)用程序分成不同的資源池（即費用市場）來提供更可預(yù)測的費用；

3. 然而，模塊化引入了一種新的稱為數(shù)據(jù)可用性（DA）的問題，我們可以通過多種方式解決該問題。例如，Rollup可以批量處理鏈下數(shù)據(jù)，并將其提交到鏈上，通過在鏈上提供“數(shù)據(jù)可用”，它們克服了這個問題，并繼承了基礎(chǔ)層的底層安全性，建立了去信任的L1<>L2通信；

4. 最新形式的模塊化鏈，稱為專用數(shù)據(jù)可用性（DA）層，其旨在用作Rollup的共享安全層。鑒于DA鏈具有可擴展性優(yōu)勢，其有可能成為區(qū)塊鏈擴容的終局，而Celestia 是這方面的先驅(qū)項目。

5. ZK-Rollups可提供比Optimistic Rollups 更多的可擴展性，我們已經(jīng)在實踐中觀察到了。例如，dYdX的吞吐量大約是Optimism 的 10 倍，同時消耗的L1空間僅僅是后者的1/5。

鏈上活動正在以極快的速度在發(fā)展，而隨之而來的是用戶對區(qū)塊空間的需求。

從本質(zhì)上講，這是一場可擴展性戰(zhàn)爭，這涉及到了平行鏈、側(cè)鏈、跨鏈橋、zone、分片、rollup、數(shù)據(jù)可用性（DA）等技術(shù)術(shù)語。在這篇文章中，我們嘗試消除這種噪音，并詳細(xì)闡述這場可擴展性戰(zhàn)爭。所以，在你系好安全帶之前，請先喝杯咖啡或茶，因為這將是一段漫長的旅程。

尋求可擴展性

自從 Vitalik提出著名的可擴展性三難困境以來，加密社區(qū)便一直存在著一種誤解，即認(rèn)為三難困境是一成不變的，一切都必須權(quán)衡取舍。雖然這在大多數(shù)情況下是正確的，但我們時不時會看到三難困境的界限被拉升了（要么是通過真正的創(chuàng)新，要么通過引入額外但合理的信任假設(shè)）。

當(dāng)我們?yōu)g覽不同的設(shè)計時，我們會重點介紹其中的一些示例。但在我們開始之前，定義可擴展性的含義是很重要的。簡而言之，可擴展性是在不增加驗證成本的情況下處理更多交易的能力?？紤]到這一點，讓我們來看看當(dāng)前各大區(qū)塊鏈的tps數(shù)據(jù)。在這篇文章中，我們將解釋實現(xiàn)這些不同吞吐量水平的設(shè)計屬性。重要的是，下面顯示的數(shù)字并不是它們能夠達到的最高水平，而是這些協(xié)議歷史使用情況的實際值。

單片鏈 VS 模塊化鏈

單片區(qū)塊鏈

首先，讓我們來看單片鏈，在這個陣營中，Polygon PoS和BSC并不符合我們的可擴展性定義，因為它們只是通過更大的區(qū)塊來增加吞吐量（眾所周知，這種權(quán)衡會增加節(jié)點的資源需求，并犧牲去中心化以提高性能）。雖然這種權(quán)衡有其市場契合度，但它們并不是長期解決方案，因此并沒有那么引入注目。而Polygon 認(rèn)識到了這一點，并正在轉(zhuǎn)向以rollup為中心的更可持續(xù)的解決方案。

另一方面，Solana 是對完全可組合的單片區(qū)塊鏈邊界的一次認(rèn)真嘗試，Solana 的秘密武器被稱為歷史證明 (PoH)賬本，PoH 的想法是創(chuàng)建一個全局時間概念（一個全局時鐘），所有交易，包括共識投票，都帶有發(fā)行人附加的可靠時間戳。這些時間戳允許節(jié)點在不等待每個區(qū)塊上彼此同步的情況下取得進展。Solana 通過優(yōu)化其執(zhí)行環(huán)境來并行處理tx，而不是像EVM 那樣一次處理一筆tx，從而實現(xiàn)更好的擴容。

盡管 Solana 實現(xiàn)了吞吐量增益，但在很大程度上，它仍然歸功于更密集的硬件和網(wǎng)絡(luò)帶寬使用。雖然這降低了用戶的費用，但它將節(jié)點操作限制在有限的數(shù)據(jù)中心。這與以太坊形成了對比，以太坊雖然由于高昂的費用而無法為許多人所使用，但最終由其活動用戶管理，這些用戶可以在家中運行節(jié)點。

單片區(qū)塊鏈如何會失敗？

單片區(qū)塊鏈的可擴展性，最終會受到單個強大節(jié)點可處理能力的限制。不管人們對去中心化的主觀看法如何，在將治理權(quán)限制在相對較少的行動者手中之前，只能大力推動這種容量。相比之下，模塊化鏈在不同節(jié)點之間拆分總工作量，因此可產(chǎn)生比任何單個節(jié)點可以處理的總吞吐量更多的吞吐量。

至關(guān)重要的是，去中心化只是模塊化圖片的二分之一。與去中心化一樣重要的是模塊化背后的另一個動機，即有效的資源定價（即費用）。在單片鏈中，所有tx都爭奪相同的區(qū)塊空間并消耗相同的資源。因此，在區(qū)塊鏈擁堵的情況下，市場對單個應(yīng)用的超額需求會對鏈上的所有應(yīng)用產(chǎn)生不利影響，因為每個人的費用都在上漲。自從 CryptoKitties 在 2017 年造成以太坊網(wǎng)絡(luò)擁堵之后，這個問題一直就存在著。重要的是，額外的吞吐量從來沒有真正解決過問題，而是推遲了它?；ヂ?lián)網(wǎng)的歷史告訴了我們，每增加一次容量都會為新的、不可行的應(yīng)用騰出空間，而這些應(yīng)用往往會迅速消耗剛剛增加的額外容量。

最后，單片鏈根本無法針對具有不同優(yōu)先級的、截然不同的應(yīng)用進行自我優(yōu)化。以 Solana 為例，Kin 和 Serum DEX 就是一個例子。Solana 的低延遲適用于像 Serum DEX 這樣的應(yīng)用，然而，維持這樣的延遲也需要限制狀態(tài)增長，這是通過為每個賬戶收取狀態(tài)租金來強制執(zhí)行的。反過來，這對像 Kin 這樣的賬戶密集型應(yīng)用會產(chǎn)生不利影響，這些應(yīng)用程序由于高昂的費用而無法向大眾提供 Solana 的吞吐量。

展望未來，期望單一資源池能夠可靠地支持各種crypto應(yīng)用（從Metaverse、游戲到DeFi和支付）是天真的。雖然增加完全可組合鏈的吞吐能力很有用，但我們需要更廣泛的設(shè)計空間和更好的資源定價以供主流采用。這就是模塊化方法發(fā)揮作用的地方。

區(qū)塊鏈的演進

在擴容的神圣使命中，我們見證了從“可組合性”到“模塊化”的趨勢轉(zhuǎn)變。首先，我們要定義這些術(shù)語：可組合性是指應(yīng)用程序以最小化摩擦的方式相互無縫交互的能力，而模塊化是將系統(tǒng)分解為多個單獨部件（模塊）的工具，這些部件（模塊）可以隨意剝離和重新組裝。

以太坊Rollup、ETH 2.0分片、Cosmos Zone、波卡平行鏈、雪崩Subnet、Near的Chunk以及Algorand的副鏈都可以被視為模塊。每個模塊在各自的生態(tài)系統(tǒng)中處理總工作負(fù)載的一個子集，同時保持跨通信的能力。當(dāng)我們深入研究這些生態(tài)系統(tǒng)時，我們會注意到，模塊化設(shè)計因其跨模塊實現(xiàn)安全性的方式而大不相同。

Avalanche（雪崩）、Cosmos和Algorand等多鏈hub最適合獨立安全模塊，而以太坊、波卡（Polkadot）、Near和Celestia（一種相對較新的L1設(shè)計）則設(shè)想了最終共享或繼承彼此安全性的模塊。

多鏈/多網(wǎng)絡(luò)Hub

最簡單的模塊化設(shè)計稱為互操作性Hub，這是指通過標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議相互通信的多條鏈/網(wǎng)絡(luò)。Hub提供了更廣闊的設(shè)計空間，因此它們可以在許多不同層面定制特定于應(yīng)用的區(qū)塊鏈，這包括虛擬機（VM）、節(jié)點需求、費用模型以及治理。應(yīng)用鏈的靈活性是通用鏈上的智能合約無法比擬的，讓我們簡要回顧一些例子：

1. Terra 為價值超過80億美元的去中心化穩(wěn)定幣提供了支持，它有一個特殊的費用和通脹模型，Terra針對其穩(wěn)定幣的采用和穩(wěn)定性進行了優(yōu)化。

2. 目前IBC處理量最大的跨鏈DEX Osmosis，其對tx進行了加密，直到它們最終確定以防止front-running搶先交易。

3. Algorand 和 Avalanche 旨在在自定義網(wǎng)絡(luò)上托管企業(yè)用例。從政府機構(gòu)運營的CBDC到由游戲公司委員會運營的游戲網(wǎng)絡(luò)，這些都是可行的。重要的是，這種網(wǎng)絡(luò)的吞吐量可通過更強大的機器來提高，而不會影響其他網(wǎng)絡(luò)/鏈的去中心化水平。

Hub還提供了可擴展性優(yōu)勢，因為它們可以更有效地使用資源。以雪崩Avalanche為例，C-Chain 用于兼容 EVM 的智能合約，而X-Chain 用于 P2P 支付。因為支付通?？梢韵嗷オ毩ⅲ˙ob 支付 Charlie 不依賴于 Alice 支付 Dana），X-Chain 可以并發(fā)處理某些tx。通過核心實用程序分離VM，雪崩Avalanche可以處理更多的tx。

這些生態(tài)系統(tǒng)還可以通過根本性創(chuàng)新進行垂直擴展。Avalanche 和 Algorand 在這里尤其突出，因為它們通過減少共識的通信開銷實現(xiàn)了更好的擴容，Avalanche 通過“二次抽樣投票”過程來實現(xiàn)這一點，而Algorand 使用廉價的 VRF 節(jié)點來隨機選擇一個唯一的委員會來就每個區(qū)塊達成共識。

以上，我們列出了hub方式的優(yōu)勢。然而，這種方法也遇到了一些關(guān)鍵的限制。而最明顯的限制，就是區(qū)塊鏈需要引導(dǎo)自己的安全性，因為它們無法共享或繼承彼此的安全性。眾所周知，任何安全的跨鏈通信都需要受信任的第三方或同步假設(shè)。在hub方式的情況下，受信任的第三方成為交易對手鏈的主要驗證者。

例如，通過 IBC 從一條鏈連接到另一條鏈的代幣，總是可以被惡意的大多數(shù)源鏈驗證者贖回（竊?。?。在今天只有少數(shù)鏈共存的情況下，這種多數(shù)信任假設(shè)可能會很好地工作，然而，在可能存在鏈/網(wǎng)絡(luò)長尾的未來，期望這些鏈/網(wǎng)絡(luò)信任彼此的驗證者以進行通信或共享流動性，遠(yuǎn)非是理想的。這將我們帶到提供跨鏈通信的rollup和分片，并提供超越多數(shù)信任假設(shè)的更強保證。

（雖然 Cosmos 將引入跨Zone共享質(zhì)押，并且Avalanche 可以讓多條鏈通過同一網(wǎng)絡(luò)進行驗證，但這些解決方案的可擴展性較差，因為它們對驗證者提出了更高的要求。實際上，它們很可能被大多數(shù)活躍的鏈采用，而不是長尾鏈）

數(shù)據(jù)可用性（DA）

經(jīng)過多年的研究，人們普遍認(rèn)為所有安全共享工作都?xì)w結(jié)為一個非常微妙的問題，稱為數(shù)據(jù)可用性（DA），要理解其中的原因，我們需要快速了解一下節(jié)點在典型區(qū)塊鏈中的運行方式。

在典型的區(qū)塊鏈（以太坊）中，全節(jié)點下載并驗證所有的tx，而輕節(jié)點只檢查區(qū)塊頭（多數(shù)驗證者提交的區(qū)塊摘要）。因此，雖然全節(jié)點可以獨立檢測和拒絕無效交易（例如無限印代幣），但輕節(jié)點將大多數(shù)人提交的任何內(nèi)容視為有效tx。

為了改進這一點，理想情況下，任何單個全節(jié)點都可以通過發(fā)布小的證明來保護所有輕節(jié)點。在這樣的設(shè)計下，輕節(jié)點可以像全節(jié)點一樣以類似的安全保證運行，而無需花費盡可能多的資源。但是，這引入了一個稱為數(shù)據(jù)可用性（DA）的新問題。

如果惡意驗證者發(fā)布了一個區(qū)塊header，但扣留了區(qū)塊中的部分或全部交易，則全節(jié)點將無法判斷該區(qū)塊是否有效，因為丟失的交易可能無效或?qū)е码p花。如果沒有這些知識，全節(jié)點就無法生成無效欺詐證明來保護輕節(jié)點。總之，首先要使保護機制發(fā)揮作用，輕節(jié)點必須確保驗證者已提供所有交易的完整列表。

DA 問題是模塊化設(shè)計中不可或缺的一部分，在涉及跨鏈通信時，它將超越多數(shù)信任假設(shè)。在L2中，rollup之所以特別，是因為它們不想回避這個問題。

Rollup

在rollup的環(huán)境中，我們可以將主鏈（以太坊）視為rollup (Arbitrum)的輕節(jié)點，Rollup在L1上發(fā)布其所有的交易數(shù)據(jù)，以便任何愿意將資源放在一起的 L1 節(jié)點都可以執(zhí)行它們，并從頭開始構(gòu)建rollup 狀態(tài)。有了完整的狀態(tài)，任何人都可以將 rollup轉(zhuǎn)換為新狀態(tài)，并通過發(fā)布有效性或欺詐證明來證明轉(zhuǎn)換的有效性。在主鏈上擁有可用數(shù)據(jù)，允許 rollup在可忽略的單**實節(jié)點假設(shè)下運行，而不是在誠實多數(shù)的情況下進行。

考慮以下內(nèi)容以了解rollup如何通過此設(shè)計實現(xiàn)更好的可擴展性：

1. 由于具有當(dāng)前 rollup 狀態(tài)的任何單個節(jié)點，都可以保護沒有該狀態(tài)的所有其他節(jié)點，因此rollup 節(jié)點的中心化風(fēng)險較小，因此可以合理地使rollup區(qū)塊更大。

2. 即使所有 L1 節(jié)點都下載與其交易相關(guān)的rollup數(shù)據(jù)，但只有一小部分節(jié)點執(zhí)行這些tx并構(gòu)建rollup狀態(tài)，從而減少了整體的資源消耗。

3. rollup數(shù)據(jù)在發(fā)布到 L1 之前，使用了巧妙的技術(shù)進行了壓縮。

4. 與應(yīng)用鏈類似，rollup可以針對特定用例定制他們的 VM，這意味著更有效地使用資源。

截至目前，我們都知道有兩大類的rollup：Optimistic rollup和ZK-rollup，從可擴展性的角度來看，ZK-rollup 比 Optimistic rollup 更有優(yōu)勢，因為它們以更有效的方式壓縮數(shù)據(jù)，從而在某些用例中實現(xiàn)了更低的 L1 占用空間。這種細(xì)微差別已經(jīng)在實踐中可以觀察到了。Optimism 將數(shù)據(jù)發(fā)布到 L1 以反映每筆tx，而 dYdX 將數(shù)據(jù)發(fā)布以反映每個賬戶余額。因此，dYdX 的 L1 占用空間是 Optimism 的 1/5，并且估計處理的吞吐量大約是 10 倍的差距。這種優(yōu)勢自然會轉(zhuǎn)化成ZK-rollup二層網(wǎng)絡(luò)擁有較低的費用。

與 Optimistic rollup 上的欺詐證明不同，來自 ZK-rollup 的有效性證明還支持一種新的可擴展性解決方案，稱為 volition。盡管volition的全部影響還有待觀察，但它們似乎非常有希望，因為它讓用戶可以自由決定是在鏈上還是在鏈下發(fā)布數(shù)據(jù)。這允許用戶根據(jù)其交易的類型決定它們的安全級別。zkSync 和 Starkware 都將在接下來的幾周/幾個月內(nèi)推出 volition方案。

盡管rollup應(yīng)用了巧妙的技術(shù)來壓縮數(shù)據(jù)，所有數(shù)據(jù)仍必須發(fā)布到所有 L1 節(jié)點。因此，rollup只能提供線性擴展性收益，并且在降低費用方面會受到限制，它們還會受到以太坊gas價格波動的高度影響。為了可持續(xù)擴展，以太坊需要擴展其數(shù)據(jù)容量，這解釋了以太坊分片的必要性。

分片和數(shù)據(jù)可用性（DA）證明

分片進一步放寬了所有主鏈節(jié)點下載所有數(shù)據(jù)的要求，而是利用一種稱為 DA 證明的新原語來實現(xiàn)更高的可擴展性。使用 DA 證明，每個節(jié)點只需下載一小部分分片鏈數(shù)據(jù)，知道其中的一小部分就可以共同重建所有分片鏈區(qū)塊。這實現(xiàn)了跨分片的共享安全性，因為它確保任何單個分片鏈節(jié)點都可以提出爭議，由所有節(jié)點按需解決。Polkadot 和 Near 已經(jīng)在他們的分片設(shè)計中實現(xiàn)了 DA 證明，這也將被 ETH 2.0 所采用。

在這一點上，值得一提的是，ETH 2.0 的分片路線圖與其他路線圖有什么不同。盡管以太坊的最初路線圖是像 Polkadot一樣，但它最近似乎轉(zhuǎn)向了僅分片數(shù)據(jù)。換句話說，以太坊上的分片將作為rollup的DA 層。這意味著以太坊將像今天一樣繼續(xù)保持單一狀態(tài)。相比之下，Polkadot 在每個分片具有不同狀態(tài)的基礎(chǔ)層上執(zhí)行所有執(zhí)行。

將分片作為純數(shù)據(jù)層的一個主要優(yōu)點是，rollup可以靈活地將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲到多個分片上，同時保持完全可組合。因此，rollup的吞吐量和費用不受單個分片的數(shù)據(jù)容量的限制。有了 64 個分片，rollup的最大總吞吐量預(yù)計將從 5K TPS 增加到 10萬 TPS。相比之下，無論波卡整體產(chǎn)生多少吞吐量，費用都會受到單個平行鏈的有限吞吐量（1000-1500 TPS）的約束。

專用的DA 層

專用的DA層是模塊化區(qū)塊鏈設(shè)計的最新形式。它們使用了ETH 2.0 DA 層的基本思想，但將其引導(dǎo)到不同的方向。這方面的開創(chuàng)性項目是 Celestia，但諸如 Polygon Avail 等較新的解決方案，也在朝著這個方向發(fā)展。

與ETH 2.0 的 DA 分片類似，Celestia 充當(dāng)了基礎(chǔ)層，其他鏈（rollup）可以插入以繼承安全性。Celestia 的解決方案在兩個基本方面與以太坊不同：

1. 它不會在基礎(chǔ)層執(zhí)行任何有意義的狀態(tài)執(zhí)行（而 ETH 2.0 會）。這使rollup免于高度不可靠的基礎(chǔ)層費用，在有狀態(tài)的環(huán)境中，這些費用可能會因為代幣銷售、NFT 空投或高收益農(nóng)耕機會的出現(xiàn)而飆升。Rollup消耗相同的資源（即基礎(chǔ)層中的字節(jié)）以用于安全性，并且僅用于安全性。這種效率允許rollup費用主要與該特定rollup而不是基礎(chǔ)層的使用相關(guān)聯(lián)。

2. 由于DA 證明，Celestia 可以在不分片的情況下增加其 DA 吞吐量。DA 證明的一個關(guān)鍵特性是，隨著更多節(jié)點參與采樣，就可以存儲更多數(shù)據(jù)。在 Celestia 的例子中，這意味著隨著更多的輕節(jié)點參與DA 采樣（沒有中心化），區(qū)塊可以變得更大（更高的吞吐量）。

與所有設(shè)計一樣，專用的DA 層也有一些缺點。一個直接的缺點是缺少默認(rèn)的結(jié)算層。因此，為了彼此共享資產(chǎn)，rollup必須實施方法來解釋彼此的欺詐證明。

總結(jié)

我們評估了不同的區(qū)塊鏈設(shè)計，包括單片鏈、多鏈hub、rollup、分片鏈以及專用的DA層。鑒于多鏈hub相對簡單的基礎(chǔ)設(shè)施、更廣泛的設(shè)計空間以及橫向擴展的能力，我們認(rèn)為多鏈hub最適合解決區(qū)塊鏈行業(yè)的緊迫需求。而從長遠(yuǎn)來看，考慮到資源效率和獨特的可擴展性，專用的DA層很可能會成為擴容的終局。