模塊化區塊鏈的概念
模組化區塊鍊是專注於處理少數職責並將其餘部分外包給一個或多個獨立層的區塊鏈。模塊化區塊鏈可以用於處理以下單一任務或組合任務：
執行：支援交易的執行並實現與智慧合約的部署和互動。
數據可用性：保證交易數據的可用性。
共識：準許交易的內容和順序。
結算：用於完成交易、解決爭議、驗證證明以及在不同執行層之間進行橋接。
模塊化鏈通常執行兩個或多個相互依存的功能。例如，資料可用性層必須就資料排序達成共識，否則不可能知道哪些資料代表了歷史記錄的正確版本。
模塊化區塊鏈設計的優點
可擴充性：在區塊鏈中使用模組化可以增加規模，而不會引入有害的信任假設。
方便啟動新區塊鏈：透過利用模組化設計，新的區塊鏈可以更快地被啟動，同時也不必擔心架構的每個方面都要保持正確。
靈活性：專門建構的模組化鍊為權衡和設計實作提供了更多的選擇。例如，模塊化區塊鏈系統可能包括關注安全性和數據可用性的模塊化鏈，而其他的則關注執行。
模組化區塊鏈設計的缺點
安全性：與單片鏈不同，模組化區塊鏈不能保證其自身的安全品質。如果用於處理共識和資料可用性的安全層無效，則模組化區塊鏈將面臨失敗風險。
複雜性：實施模組化區塊鏈設計引入了新的複雜性。例如，以太坊的資料分片計畫依賴資料可用性採樣，以確保某一分片上的節點不會隱瞞資料。同樣的，執行層必須創建某些複雜的機制，例如詐騙證明和有效性證明，以使安全層可以保證鏈下狀態過渡的有效性。
Token 價值：由於應用有限，一些模塊化區塊鏈的原生token 可能無法吸收價值。例如，與執行層相比，僅專注於共識和資料可用性層的實用程式token 用途很少，因此要吸引參與者進入此類網路也可能更加困難。
以太坊的模組化形式：分片與rollup
像比特幣等第一代區塊鏈一樣，以太坊最初也被設計為單片區塊鏈。但是，為了增強網路效能、提高可擴充性和永續性，以太坊網路目前正在向模組化框架過渡。
分片是將系統（例如資料庫）分成多個部分來運作的過程。透過跨多個組件的功能分配，系統可實現更多的輸出和效率。在區塊鍊網絡中，分片將區塊鏈分成多條子鏈，由子鏈來處理不同部分的網絡活動。
在以太坊的分片設計中， 64 個分片鏈將平行運作。分片可以平行處理交易（執行分片），也可以用來儲存不同部分的區塊鏈資料（資料分片）。使用資料分片，以太坊節點將只儲存在其分片鏈上發布的資料— — 這與目前結構相反，而目前結構需要所有節點儲存相同的資料。
以太坊的信標鍊和分片鏈之間的關係
分片是一種模組化形式，由不同的組件（分片鏈）處理不同的職責。在資料分片中，分片鏈儲存以太坊資料的不同部分，而執行分片使每個分片鏈都可以處理自身的一組交易，從而增加了資料吞吐量並減少了處理時間。
一些開發人員採用了以rollup 為中心的方法來擴展以太坊。與純鏈下擴展解決方案（例如側鏈）不同，rollup 與主鏈緊密結合。在保留結算、共識和數據可用性的前提下，以太坊區塊鏈將計算外包給rollup。由於以太坊充當L2 rollup 的基礎層，rollup 可以在不損害去中心化或安全性的同時通過更快的區塊時間和更大的區塊去積極地優化執行。
以太坊（L1基礎層）和rollup（L2）在模組化區塊鏈體系結構中的功能
以太坊的模組化技術堆棧發展進程
以太坊的模組化技術堆疊發展流程如下：
1. 單片區塊鏈：代表以太坊L1或主鏈，本身就是單片區塊鏈。
2. Rollup：作為執行層的L2解決方案，例如Arbitrum 和Optimism，將執行層從以太坊L1移出，發布state roots 和rollup 資料並傳回以太坊L1。
3. 模組化rollup：具有模組化資料可用性的rollup。
以太坊的模組化L2技術堆疊可以在保留高水平的安全性和去中心化的同時提供可擴展性。這種強大的組合為以太坊為更有效率、更永續的區塊鏈生態系統奠定基礎。
單片區塊鏈
單片區塊鍊是以太坊的原始運作形式，無需使用rollup 或資料分片即可處理所有內容。這種單片架構安全性最高，但需要付出高成本和可擴充性有限的代價。因此，以太坊主網的交易速度相對較慢，平均TPS 只能達到15 – 20 。目前，以太坊正逐漸轉變為模組化區塊鏈，主要透過採用以rollup 為中心的運算和資料分片策略來完成此過程。
Rollup
Rollup 是模組化區塊鏈中最早的技術突破，它提供了一個用於執行的單獨層，擴展了以太坊的單片體系結構。 Rollup 可以將區塊鏈的執行層安全地抽象化到排序器，即在定期將壓縮資料傳回以太坊主網進行驗證之前使用強大的電腦來打包和執行多個交易。 Rollup 透過將此計算過程轉移到以太坊鏈下，可以將TPS 提高20 – 50 倍。
在當前的情況下，rollup 扮演著執行層的角色，處理交易，同時外包結算、共識和資料可用性。例如，利用Optimistic 虛擬機器的optimistic rollup 以及執行zk EVM 的ZK rollup。這些rollup 執行智慧合約和處理交易，但仍依賴以太坊來進行以下操作：
結算：所有rollup 交易均在以太坊上完成。 Optimistic rollup 的使用者需等到挑戰期通過，或在防詐騙計算後認定交易被視為有效之後。 zk rollup 使用者需等到驗證有效性得到證明之後。
共識與資料可用性：rollup 以CallData 的形式將交易資料發佈到以太坊主網，使任何人都可以執行rollup 交易並在需要時重建其狀態。在最終確定性（finality）之前，Optimistic rollup 需要大量的區塊空間和7 – 14 天的挑戰期。 Zk rollup 將可用於驗證的資料保存30 天，提供即時最終確定性，但需要大量的處理能力來創建證明。
由於有以太坊作為rollup 的基礎層，rollup 可以在不損害去中心化或安全性的同時允許更快的區塊時間和更大的區塊。 Rollup 可以說是以太坊新時代的開始。近期Arbitrum 和Optimism 的總交易已經超過以太坊的交易數，這反映了以太坊的模組化趨勢。
模組化rollup
較新的模組化rollup 將資料可用性層移出以太坊。例如Mantle，它仍然依賴以太坊的結算和共識，但利用Mantle DA 作為資料可用性層。 Mantle DA 進行資料排序並提供資料證明，但無需執行交易；執行交易被有效地外包給Mantle 的執行層。
此前，以太坊是rollup 的唯一數據可用性解決方案，導致其在成本方面面臨挑戰。數據可用性是大多數rollup 的最大成本來源，特別是儲存以太坊上的交易數據，可佔據多達70 ％的費用。而且，這一成本是變化的，並且成本與使用率成比例地增加，隨著越來越多用戶加入，逐漸構成了重大障礙。到目前為止，只有具備大量資源的大型rollup 才能容納規模較大的用戶群。
值得慶幸的是，以太坊正在發生變化，並以數據可用性層的形式出現了新的模組化解決方案，以減少交易資料提交成本。資料可用性層的主要範例包括EigenDA，Celestia 以及Avail，它們都致力於解決資料可用性問題，對rollup 的限制提供了潛在的解決方案。
模組化的未來
在過去的十餘年裡，區塊鏈領域在應對可擴展性挑戰時經常陷入一個怪圈— — 由於以太坊的高成本和局限性，不斷去創建新的L1區塊鏈。但是，以太坊的高費用其實不是不可解決的bug。
在L2解決方案逐漸成為大眾採用規範的世界中，模塊化區塊鏈透過將執行、結算、共識和數據可用性層劃分來變革區塊鏈的架構。當單片區塊鏈受困於可擴展性時，模塊化體系結構的潛力將會被釋放。
隨著資料可用性層發展和競爭，對於新的rollup 而言，進入門檻和障礙將大大降低。在不遠的未來，由於資料可用性成本的降低和模組化功能的進一步完善，在OP 或ZK 堆疊上的應用程式很可能會出現繁榮景象。
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