1、什麼是模組化區塊鏈
當我們探討模組化區塊鏈時，必須先了解單體區塊鏈（Monolithic Blockchain）這個概念。單體鏈，如比特幣、以太坊等，以其全面性而著稱，獨立承擔網路的各個層面，從資料儲存到交易驗證，再到智能合約執行。在這過程中，單體鏈扮演著一個多面手（generalist）的角色，對所有環節都有所涉獵。
以以太坊為例來說，一條成熟的單體區塊鏈一般可以被大致分為四個架構：下圖透過把在區塊鏈上記帳比喻成一場球賽，詳細解釋了每一層架構的作用：
透過這種類比，我們可以更清楚地理解區塊鏈的各個架構如何協同運作。單體區塊鏈就是將所有的功能集中在同一條鏈上執行，而模組化區塊鏈（Modular Blockchain）則是一種新型的區塊鏈架構，將區塊鏈系統分解為多個專門的元件或層次，每個元件負責處理特定的任務，如共識、資料可用性、執行和結算。
模組化區塊鏈像一群專家（specialists），專注於各自領域的深度挖掘和技術創新。這種專注使得模組化區塊鏈在特定功能上能夠提供卓越的效能和用戶體驗，例如，它們能夠以更低的成本提供更快的交易處理速度。
在節點架構方面，單體鏈依賴全節點，這些節點必須下載和處理整個區塊鏈的資料副本。這不僅對儲存和運算資源提出了較高要求，也限制了網路的擴展速度。相較之下，模組化區塊鏈採用輕節點設計，僅需處理區塊頭資訊，從而顯著提高了交易速度和網路效率。
模組化區塊鏈的一個顯著優勢在於其靈活性和協作性。它們能夠將非核心功能外包給其他專家，形成一種協同效應，實現整體性能的顯著提升。這種設計哲學類似樂高積木，讓開發者可以根據專案需求自由組合不同的模組，創造出多樣化的解決方案。
儘管單體鏈在全局控制、安全性和穩定性方面具有優勢，它們也面臨著可擴展性、升級難度和適應新需求的挑戰。模組化區塊鏈則以其高度的靈活性和可自訂性脫穎而出，簡化了新區塊鏈的創建和優化過程。
然而，模組化區塊鏈也面臨其特有的挑戰。其複雜的架構增加了開發者在設計、開發和維護方面的工作量。作為一種新興技術，模組化區塊鏈尚未經歷全面的安全測試和市場波動的考驗，其長期穩定性和安全性仍需進一步驗證。
2.為什麼需要模組化區塊鏈
為何模組化區塊鏈技術受到廣泛關注，並被預言為「未來趨勢」？這與區塊鏈領域著名的「不可能三角」理論密切相關。區塊鏈的「不可能三角」指的是一個區塊鏈網路難以在同一時間在安全性、去中心化性和可擴展性這三個核心屬性上都達到最優狀態。
可擴展性關注的是網路處理大量交易的能力，及其在用戶和交易量成長時保持高效、低成本運作的能力。通常透過TPS（每秒交易量）和延遲（交易確認所需時間）來衡量。
安全性涉及的是保護區塊鏈網路不受攻擊的成本和難度。例如，比特幣的POW 機制要求攻擊者掌握超過全網路51% 的算力，而以太坊的POS 機制則需要超過⅓ 的節點合謀。
去中心化性描述的是網路的運作不依賴單一中心節點，而是分佈在眾多節點上，節點越多、地理分佈越廣，網路的去中心化程度越高。
「不可能三角」的核心觀點在於，一個區塊鏈系統很難在這三個特性上都實現最優化。例如：在眾多公鏈中，比特幣和以太坊因其廣泛的節點分佈和充足的節點數量，在去中心化和安全性方面表現突出。
然而，它們犧牲了一定的可拓展性，導致交易速度較慢和交易費用較高：比特幣的出塊時間約為10 分鐘，以太坊的TPS 大約為13 ，在交易量激增時，以太坊的交易費用可能高達數百美元。
正是在這樣的背景下，模組化區塊鏈技術應運而生，它透過將不同的功能分配給專門的模組，解決了傳統公鏈在可擴展性和交易成本方面的挑戰。例如，比特幣的閃電網路和以太坊的Rollup 技術，都是模組化思想的體現。
模組化區塊鏈的優勢在於其分層架構，允許每一層針對特定需求進行最佳化。資料層可以專注於資料儲存和驗證，而執行層可以處理智慧合約邏輯。這種分離不僅提升了效能和效率，還促進了不同區塊鏈間的互通性，為建構開放和互聯的生態系統提供了基礎。
綜上所述，模組化區塊鏈技術提供了解決傳統公鏈限制的新途徑。它在維持去中心化和安全性的基礎上，實現了更高的可擴展性和更低的交易成本，對區塊鏈技術的廣泛應用和長期發展具有深遠的意義。
3.模組化區塊鏈賽道專案分析
3.1 執行層
模組化區塊鏈根據其架構特點，可以劃分為不同的類型。在這些類型中，資料可用性層和共識層因其緊密的相互依賴性，常常被設計為一個統一的整體。這是因為，當節點接收到交易資料時，通常也同時確定了交易的順序，這是區塊鏈安全性和不可竄改性的核心。
基於這個設計原則，我們可以從執行層、資料可用性層和共識層、結算層三個面向來分別了解模組化區塊鏈的不同項目。
Layer 2 技術，作為區塊鏈架構中執行層的延伸，是模組化區塊鏈概念的體現。它透過建構在底層區塊鏈之上的鏈下網路、系統或技術，致力於提升主鏈的可擴展性。
Layer 2 解決方案允許更快速、成本效益更高的交易處理，同時保持與底層區塊鏈的安全性和去中心化特性。根據@0x ning 製作的dune 看板，可以看到在以太坊生態上Layer 2 驗證和清算所消耗的gas 佔比平均低於10% ，大大節省了用戶的交易成本。
source：https://dune.com/0x ning/ethereum-gas-war
Rollup 技術是目前Layer 2 最主流的解決方案，其核心理念是“鏈下執行，鏈上驗證”，在鏈下執行計算等工作，然後將calldata 資料上傳回主網。
鏈下執行：在Rollup 模型中，交易在鏈下執行，而底層區塊鏈僅負責驗證智能合約中的交易證明，並儲存原始交易資料。這種設計顯著減輕了主鏈的運算負擔，減少了儲存需求，從而允許更有效率的交易處理。為了進一步降低成本，Rollup 採用了交易打包技術。可以將其比作物流中的貨物集裝，單獨發送每件貨物會產生高昂的運費。而Rollup 技術透過將多筆交易打包在一起，僅需一次“運輸”，從而大幅降低了每筆交易的成本。
鏈上驗證：鏈上驗證是Layer 2 網路安全性的關鍵。 Layer 2 網路必須提供加密證明，以解決底層區塊鏈上的潛在分歧。目前，兩種主流的證明機制是錯誤性證明和有效性證明，它們分別支撐著Optimistic Rollups 和ZK Rollups。
Optimistic Rollups 的錯誤性證明：Optimistic Rollups 採用了一種樂觀的假設，即所有交易預設為有效，除非有明確的證據表明存在錯誤。這種模型依賴於挑戰期內的錯誤性證明（詐欺證明），任何網路參與者都可以提交證明以挑戰智慧合約的狀態，確保了網路的公正性和透明度。
根據L2 BEAT 的數據，目前採用Optimistic Rollups 機制的Layer 2 一共有16 條，如：Arbitrum, OP, Base, Blast 等等。
ZK Rollups 的有效性證明
與Optimistic Rollups 不同，ZK Rollups 採用了一種更謹慎的方法，它要求所有交易在被接受之前必須經過有效性證明。這種證明機制類似於一種驗證流程，確保了Layer 2 網路中的每筆交易和計算都是準確無誤的。
簡而言之，有效性證明是ZK-Rollups 的基石，它要求每批交易都附帶相應的證明，從而確保了底層區塊鏈上的智能合約能夠驗證並批准狀態變更。對於驗證節點而言，ZK Rollups 提供了一種零錯誤的結算機制，因為每筆交易都必須通過嚴格的有效性來驗證。
根據L2 BEAT 的數據，目前採用ZK Rollups 機制的Layer 2 一共有 11 條，如：Linea, Starknet, zkSync 等等。
3.2 Celestia
Celestia 作為模組化區塊鏈領域先驅，其本質是一個資料可用性層，為dApps 和Rollup 的開發提供了堅實的基礎。透過在Celestia 的資料可用性層和共識層上部署，應用程式開發者可以專注於執行邏輯的最佳化，而將資料的可用性和共識機制的複雜性交給Celestia 來處理。 Celestia 的架構設計為模組化擴充提供了多樣化的解決方案，其體系結構主要包含以下三種類型：
主權Rollup：Celestia 提供資料可用性層和共識層，而結算層和執行層則由各自的主權鏈獨立實現。
結算Rollup（例如Cevmos 計畫）：在Celestia 提供的DA 和共識層基礎上，Cevmos 提供結算層服務，而應用鏈則承擔執行層的角色。
Celestium：資料可用性層由Celestia 負責，共識層和結算層則依賴以太坊的強大網絡，應用鏈繼續專注於執行層。
Celestia 採用了多項創新性的技術，顯著降低了資料儲存的成本，並優化了儲存效率。
糾刪碼技術：Celestia 的創新之一是糾刪碼（Erasure Codes）的應用。在Mustafa Albasan（Celestia 的創始人之一）和Vitalik Buterin 共同撰寫的論文《數據可用性採樣和欺詐證明》中，提出了一種新的架構思想，即全節點負責區塊的生產，而輕節點則負責區塊的驗證。糾刪碼技術透過在資料傳輸過程中引入冗餘，確保即便在高達 50% 的資料遺失情況下，也能完整恢復原始資料區塊。
這項機制意味著，為了確保區塊資料的100% 可用性，區塊生產者僅需發佈區塊資料的50% 至網路。若存在惡意生產者試圖篡改區塊數據的1% ，他們實際上需要篡改整個50% 的數據，這就極大增加了作惡者的作惡成本。
數據可用性抽樣：Celestia 透過引入數據可用性抽樣（Data Availability Sampling, DAS）技術來解決區塊鏈的擴展性問題。 DAS 的工作流程包括以下幾個關鍵步驟：
隨機抽樣：輕節點對區塊資料執行多輪隨機抽樣，每次僅請求區塊資料的一小部分。
逐步增加置信度：隨著輕節點完成更多輪次的抽樣，其對資料可用性的信心逐漸增強。
達到置信閾值：一旦輕節點透過抽樣達到預設的置信水準（如 99% ），它便認為該區塊的資料是可用的。
這種機制使得輕節點能夠在不下載整個區塊資料的前提下，驗證區塊資料的可用性，確保了區塊鏈資料的完整性和可用性。 Celestia 專注於提供數據可用性而非執行狀態，這使得區塊生產率得以提升，每個區塊擁有更多空間，能夠容納更多的抽樣數據，從而顯著提高了TPS（每秒交易處理量）。
3.3 EigenDA
EigenDA 是一個安全、高吞吐量和去中心化的資料可用性服務，是EigenLayer 上啟動的第一個主動驗證服務(AVS)。 AVS 可以理解成是節點運維商，是以太坊上成千上萬個節點運維商中被挑出的一部分，在本職工作（負責以太坊共識驗證）的基礎上額外接一些私活（服務有共識驗證需求的rollup 等網路），進而獲取額外收益。
隨著再質押的以太坊數量的增加，以及未來會有更多AVS 加入到EigenLayer 生態，Rollups 可以在EigenLayer 生態系統中獲得更低的交易成本和更高的安全可組合性。
EigenLayer 是一個基於以太坊的再質押協議，它利用以太坊共識層的質押者作為驗證者，即利用以太坊的部分安全性，避免了中心化服務商或自有代幣的信任風險，因此降低了其他專案方的開發門檻。同時它也增強了以太坊的信任網絡，增加了以太坊的價值和影響力。
在架構方面，EigenDA 使用ZK 技術驗證Layer 2 提交的狀態數據，以及由Restaking ETH 保障共識安全的EigenDA 網路負責最終確定性，最後Layer 2 的狀態數據提交和保存到以太坊主網。因此，EigenDA 相當於以太坊主網的DA 服務中驗證和最終確定性環節的分包商，而不是Celestia 那樣的競爭對手。
3.4 Avail
Avail 是Polygon 團隊於2023 年6 月宣布推出的模組化區塊鏈項目，今年3 月從Polygon 拆分出來，作為獨立實體運作。目前Avail 目前在測試網運行，前些時間剛完成4,300 萬美元 A 輪融資，由Dragonfly 和Cyber Fund 共同領投。
Avail 的核心架構主要由 Avail DA、Avail Nexus、Avail Fusion 三個部分構成。 Avail DA 是模組化的資料可用性層，和Celestia 一樣為各條區塊鏈提供DA 服務。 Avail Nexus 是一套標準化的跨鏈訊息傳遞協議，類似Cosmos 的IBC 協議，提供各個跨鏈之間的等可交互操作。 Avail Fusion 引入了多元資產質押的POS 共識，目標是為整個Avail 網路提供安全共識保障。
在技術方面，Avail DA 使用Kate 多項式承諾，避免詐欺證明，並不需要假設大多數節點是誠實的，且不依賴全節點來獲得資料可用。這與Celestia 的架構不同，Celestia 基於詐欺證明，因此技術層面兩者存在本質差異。
隨著Celestia、Avail 等模組化資料可用性區塊鏈專案的出現，模組化DA War 會越來越激烈，以太坊作為DA 層的功能性也會被分流，未來很有可能會呈現「一超多強”的競爭格局。
3.5 Dymension
Dymension 是一個基於Cosmos 的模組化區塊鏈平台，它透過內建的可擴展性匯總技術，為RollApp 的開發提供了一個簡潔的框架。在Dymension 的架構中，開發者可以專注於業務邏輯的實現，利用Rollup 開發工具包（RDK）和專門的結算層，快速部署針對特定應用程式的Rollup。
Dymension 的架構由兩個核心組成部分構成：RollApp 和Dymension Hub。
RollApp 是Rollup 與App 的融合體，它是Dymension 上專用於特定應用程式的高效能模組化區塊鏈。 RollApp 可以呈現為多種形式，包括但不限於DeFi 平台、Web3 遊戲、NFT 交易市場等去中心化應用的專用Layer 2 解決方案。
在RollApp 中，排序器（Sequencer）扮演關鍵角色，負責本地交易的驗證、排序與處理。完成區塊打包後，這些資料將傳遞到對等全節點，並在鏈上發佈到RollApp 選擇的資料可用性網絡，例如Celestia。得到Celestia 的回應後，排序器將其狀態根發送至Dymension Hub，以實現共識形成和結算。
Dymension Hub 作為整個生態系統的中心，承擔共識層和結算層的功能。它接收來自RollApp 的狀態根，為RollApps 提供最終的交易確認和結算服務。
透過這個設計，Rollup 能夠將共識和結算的任務交給Dymension Hub，而將資料的儲存和驗證任務交給Celestia 等DA 網路。這樣，Rollup 可以分享這兩個網路的經濟安全保障，同時將精力集中在提升應用程式本身的執行效率和使用者體驗上。
3.6 Cevmos
Cevmos 的名字結合了Celestia、EVMos 和CosmOS，旨在為EVM 相容的rollups 提供結算層。由於Cevmos 本身就是一個rollup，因此在其上建構的所有rollup 被統稱為結算rollup。每個rollup 都透過與Cevmos rollup 之間的最小化雙向信任橋樑，實現以太坊上現有rollup 合約和應用的重新部署，減少遷移工作量。 Cevmos 上的rollups 會將資料發佈到Cevmos，然後Cevmos 對資料進行批次處理，再發佈到Celestia。就像以太坊一樣，Cevmos 將作為結算層執行rollups 證明。
4.比特幣生態的模組化區塊鏈
隨著Ordinals 協議帶來的銘文造富效應，以及比特幣ETF 的批准，多重利好因素匯聚，為比特幣生態系統注入了新的活力。市場的目光被迅速吸引至比特幣生態，機構投資者的資金也湧向這一領域，展現出對比特幣生態未來發展的信心與期待。
在這樣的背景下，比特幣Layer 2 技術呈現出一派繁榮景象，眾多技術方案競相湧現，形成了多元化、充滿活力的科技生態。各種創新方案紛紛登場，共同推動比特幣網路的擴展與優化。儘管目前業界對於比特幣Layer 2 的準確定義尚未達成統一共識，本文將借鏡以太坊模組化區塊鏈的概念，從模組化的角度出發，探討建構比特幣Layer 2 的可能性與方法。以太坊網路以其圖靈完整的智慧合約功能而著稱，能夠儲存並驗證歷史狀態，從而支援複雜的去中心化應用（DApps）。相較之下，比特幣網路則是一個無狀態的非智慧合約網絡，其係統設計的不完全主要源自於兩個面向：
1. UTXO 帳戶系統的局限性
在區塊鏈世界中，主要存在兩種記錄保存方式：帳戶/餘額模型和UTXO 模型。比特幣採用的UTXO 模型，與以太坊採用的帳戶/餘額模型形成鮮明對比。
在比特幣系統中，儘管用戶在錢包中看到的是帳戶餘額，但實際上，中本聰設計的比特幣系統並沒有包含餘額概念。所謂的「比特幣餘額」其實是由錢包應用基於UTXO 衍生出的概念。 UTXO 代表未花費的交易輸出，它是比特幣交易產生及驗證的核心。
比特幣的每筆交易由輸入和輸出組成，每一筆交易都會消耗（spend）一個或多個輸入，並產生新的輸出。這些新產生的輸出隨即成為新的UTXO ，等待未來的交易來消耗。
作為一種極簡的資產轉移和結算技術架構，UTXO 模型難以擴展以支援智慧合約等複雜功能。
2. 非圖靈完備的腳本語言
比特幣的腳本語言並不支援所有類型的計算，因為缺少循環和條件控制語句，導致它並不是圖靈完備的。這項特性雖然有助於減少駭客攻擊，提高網路的安全性，但同時也限制了比特幣執行複雜智慧合約的能力。
因為比特幣系統設計的不完善，對於更複雜的功能，它需要依賴外部的模組化擴展，這一點上，比特幣對模組化的需求無疑比以太坊更為迫切。其生態中的執行層、資料可用性層、共識層以及跨鏈互通層等功能，都需要透過模組化的方式進行封裝和擴展。
4.1 Merlin Chain
目前在比特幣二層的賽道中，Merlin Chain 的TVL 最高，已經達到數十億美元，可以說是比特幣生態中最吸引人們注意力的項目。作為一個比特幣Layer 2 網絡，Merlin Chain 在支援多種原生比特幣資產的同時，也相容於EVM ，展現其對比特幣生態和以太坊生態的雙重兼顧。
Merlin 的功能圍繞著ZK-Rollup 網路、去中心化預言機網路和鏈上防詐騙。
ZK-Rollup 網路：ZK-Rollups 的核心在於使用零知識證明。零知識證明作為密碼學中的一個加密方法，允許一方（證明者）向另一方（驗證者）證明某個陳述是正確的，而無需透露證明該陳述正確之外的任何資訊。
Merlin Chain 將交易在鏈下進行處理和計算，避免比特幣網路的高交易費用和網路擁塞。同時，ZK-rollup 可以將多個交易證明壓縮成批次，比特幣主鏈只需要驗證打包了多筆交易的單次證明，大大減少了主鏈的工作量，提升了交易效率。
去中心化預言機網路：Merlin 的去中心化預言機網路相當於DAC (Data Availability Committee) 的角色，來檢查並確保排序器如實地在鏈下發布了完整的DA 資料。預言機網絡的去中心化性在於其採取了POS 的形式，任何人只要質押足夠的資產，就可以運行一個預言機節點。這個質押機制十分靈活，支援BTC、MERL 等資產，也支援類似Lido 的代理質押。
鏈上防詐騙：Merlin 引入BitVM 的思路，同樣地採用「樂觀的ZK-Rollup 」機制，可以簡單理解為先默認所有的ZK Proof 都是可信任的，只有在出現錯誤時再對運行者進行懲罰。因為驗證是在比特幣主網上進行，在比特幣鏈上，由於技術限制無法完整驗證ZK Proof，只能在特殊情況下驗證ZK Proof 的某一步計算過程。因此，人們只能選擇指出ZKP 在鏈下驗證過程中，某一個計算步驟有錯誤，並以詐欺證明的方式進行挑戰。
4.2 B² Network
B² Network 採用模組化設計，由Rollup 層（ZK-Rollup）負責執行、資料可用性層（B² Hub）負責儲存資料、B² Nodes 進行鏈下驗證，最終的結算層是比特幣主網。 B² Network 的ZK-Rollup 層採用zkEVM 解決方案，負責執行二層網路內的使用者交易並輸出相關證明。 Rollup 層負責提交和處理使用者交易，而DA 層則負責儲存匯總資料的副本並驗證相關的零知識證明。
B² Hub 是一個在鏈下建構的、支援數據採樣功能的DA 網絡，被視為模組化比特幣擴展解決方案的先驅。 B² Hub 借鑒了Celestia 的設計思路，引入了資料採樣和糾刪碼技術，以確保新資料能夠迅速分發給眾多外部節點，並最大限度地減少資料扣留的風險。此外，B² Hub 中的Committer 將DA 資料的儲存索引和資料哈希上傳至比特幣鏈上，供公眾存取。
Source：https://blog.bsquared.network
根據B² Network 的未來規劃，與EVM 相容的B² Hub 有望成為多個比特幣Layer 2 的鏈下驗證層和DA 層，形成一個比特幣鏈下的功能性擴展層。鑑於比特幣本身無法支援許多應用場景，透過鏈下建立功能擴展層的方法將成為Layer 2 生態系統中越來越普遍的現象。
B² Hub 作為第一個比特幣模組化的第三方DA 層，可以幫助其他比特幣Layer 2 利用比特幣主鏈作為最終結算層，並繼承比特幣的安全性，有利於推動比特幣網路的擴展和增強其應用的多樣性。
5 總結
Modular is the future 這句口號，正逐漸從理念變成現實。模組化區塊鏈技術，以其靈活性和可擴展性，為建立下一代去中心化應用提供了堅實的基礎。這種技術允許開發者根據特定需求，選擇和組合不同的模組，從而創建出更有效率、安全且易於維護的區塊鏈解決方案。
模組化區塊鏈的興起代表了一種更「靈魂化」的可插拔產品思路。在這種想法下，區塊鏈不再被視為一個封閉的系統，而是一個開放、可擴展的平台，各種服務和功能可以像樂高積木一樣輕鬆地插入和拔出。這種靈活性使得開發者能夠根據特定應用場景的需求，快速建立和部署區塊鏈解決方案。起源於以太坊生態，再到比特幣生態中展露頭腳，模組化技術已經在加密貨幣產業的各賽道中施展身手。例如，採用「關聯式資料庫」技術的模組化公鏈Chromia 在遊戲領域與My Neighbor Alice、Chain of Alliance 等多個遊戲合作；在RWA 賽道，Chromia 創建了Ledger Digital Asset Protocol (Ledger 數字資產協議)，已經有數個項目採用該協議。
在AI 領域，CARV 專注於為AI 和Web3 遊戲建立模組化資料層，透過利用可信任執行環境（TEE）和零知識證明等技術，確保了資料處理過程中的隱私和安全性。
隨著模組化區塊鏈技術的不斷成熟和應用領域的拓展，我們有理由相信，這種技術將為各行各業帶來更多創新的可能性。從比特幣的誕生到今天模組化區塊鏈的廣泛應用，我們見證了區塊鏈技術如何從單一的數位貨幣應用，發展成為一個支持複雜、多樣化應用的生態系統。未來，模組化區塊鏈將繼續推動技術進步，為建立更開放、靈活和安全的數位世界奠定基礎。
