модульний блокчейн: глибокий аналіз того, як вбудована архітектура вирішує проблеми продуктивності блокчейну

Монолітний блокчейн славиться своєю комплексністю, незалежно виконує всі аспекти мережі, від зберігання даних до верифікації транзакцій. Модульний блокчейн, розділяючи різні функції блокчейну на незалежні модулі, може забезпечити підтримку продуктивності та плавний користувацький досвід в певних функціях, до певної міри вирішуючи проблему "неможливого трикутника".

Ефіріум, як перша блокчейн-платформа, що підтримує смарт-контракти, забезпечив родючий ґрунт для модульного дизайну. З розвитком технології блокчейн екосистема Біткоїн також почала досліджувати можливості модульності, додаючи нові модулі для реалізації більш просунутих функцій, таких як покращена конфіденційність, більш ефективна обробка транзакцій або розширені можливості смарт-контрактів.

модульна технологія представляє собою більш "душевний" підхід до розробки вставних продуктів, у майбутньому з'являться більш гнучкі та налаштовувані Блокчейн рішення, різні сервіси та функції можна буде легко вставляти та виймати, як конструктори LEGO. Ця гнучкість дозволяє розробникам швидко створювати та розгортати Блокчейн рішення відповідно до вимог конкретних сценаріїв застосування.

Ядро архітектури модульного блокчейну

Коли ми обговорюємо модульний блокчейн, спочатку необхідно зрозуміти концепцію монолітного блокчейну. Монолітні ланцюги, такі як Біткойн, Ефіріум тощо, відомі своєю всебічністю, незалежно беручи на себе всі аспекти мережі, від зберігання даних до верифікації транзакцій і виконання смарт-контрактів. У цьому процесі монолітний ланцюг виконує роль універсала, маючи справу з усіма етапами.

В якості прикладу Ethereum, зріла монолітна Блокчейн зазвичай може бути приблизно розділена на чотири архітектури:

• Виконавчий рівень
• Шар розрахунку
• Шар доступності даних/ DA шар
• Шар консенсусу

модульний блокчейн則是一種新型的 Блок架構,將 Блокчейн系統分解為多個專門的組件或層次,每個組件負責處理特定的任務,如共識、數據可用性、執行和結算。

модульний блокчейн像一群 експертів, зосереджуючись на глибокому вивченні та технологічних інноваціях у своїх сферах. Ця зосередженість дозволяє модульному блокчейну забезпечувати виняткову продуктивність і користувацький досвід у певних функціях, наприклад, вони можуть забезпечувати швидшу обробку транзакцій за нижчою вартістю.

У контексті архітектури вузлів монолітний ланцюг залежить від повних вузлів, які повинні завантажувати та обробляти повну копію даних Блокчейну. Це не лише висуває високі вимоги до ресурсів зберігання та обчислень, але й обмежує швидкість розширення мережі. На відміну від цього, модульний блокчейн використовує дизайн легких вузлів, які повинні обробляти лише інформацію заголовка блоку, що суттєво підвищує швидкість транзакцій та ефективність мережі.

Видимою перевагою модульного блокчейну є його гнучкість і співпраця. Вони здатні передавати неосновні функції іншим експертам, створюючи синергійний ефект і забезпечуючи суттєве підвищення загальної продуктивності. Ця дизайнерська філософія подібна до конструктора Lego, що дозволяє розробникам вільно комбінувати різні модулі відповідно до потреб проекту, створюючи різноманітні рішення.

Хоча монолітні блоки мають переваги в глобальному контролі, безпеці та стабільності, вони також стикаються з викликами масштабованості, складності оновлень і адаптації до нових вимог. Модульний блокчейн виділяється своєю високою гнучкістю та настроюваністю, спрощуючи процес створення та оптимізації нових блокчейнів.

Однак, модульний блокчейн також стикається з його унікальними проблемами. Його складна архітектура збільшує обсяг роботи для розробників у проектуванні, розробці та обслуговуванні. Як нова технологія, модульний блокчейн ще не пройшов всебічного тестування на безпеку та випробувань ринковими коливаннями, його довгострокова стабільність і безпека потребують подальшої перевірки.

Як модульний блокчейн вирішує проблему "неможливого трикутника"

Чому модульна блокчейн-технологія привертає широку увагу і вважається "майбутнім трендом"? Це тісно пов'язано з відомою теорією "неможливого трикутника" в галузі блокчейну.

"Неможливий трикутник" Блокчейн вказує на те, що блокчейн-мережа важко досягти оптимального стану в одночасному забезпеченні трьох основних властивостей: безпеки, децентралізації та масштабованості.

• Масштабованість стосується здатності мережі обробляти велику кількість транзакцій та її здатності підтримувати ефективну та низькозатратну роботу під час зростання кількості користувачів і транзакцій. Зазвичай вимірюється за допомогою TPS та затримки.
• Безпека стосується витрат і труднощів захисту Блокчейн-мережі від атак. Наприклад, механізм POW біткоїна вимагає, щоб атакуючий контролював понад 51% потужності мережі, тоді як механізм POS ефіру вимагає, щоб понад ⅓ вузлів змовилися.
• Децентралізація описує, що робота мережі не залежить від єдиного центрального вузла, а розподіляється між багатьма вузлами. Чим більше вузлів, тим ширше географічне покриття, тим вищий рівень децентралізації мережі.

Основна ідея "неможливого трикутника" полягає в тому, що блокчейн-системі важко досягти оптимізації за цими трьома характеристиками. Наприклад, серед численних публічних блокчейнів, Біткойн та Ефір відзначаються своєю широкою розподілом вузлів та достатньою кількістю вузлів, що забезпечує високу децентралізацію та безпеку.

Однак вони жертвують певною мірою масштабованістю, що призводить до повільної швидкості транзакцій та високих комісій: час створення блоку для Біткоїна становить приблизно 10 хвилин, а TPS для Ефіру приблизно 13, під час різкого зростання обсягу транзакцій комісії за транзакції в Ефірі можуть досягати кількох сотень доларів.

Саме на такому фоні виникла технологія модульного блокчейну, яка вирішує проблеми традиційних публічних блокчейн-мереж у питаннях масштабованості та вартості транзакцій, розподіляючи різні функції між спеціалізованими модулями. Наприклад, мережа Lightning для Bitcoin та технологія Rollup для Ethereum є проявом модульного підходу.

Переваги модульного блокчейну полягають у його багаторівневій архітектурі, яка дозволяє кожному рівню оптимізуватися під специфічні вимоги. Рівень даних може зосередитися на зберіганні та верифікації даних, тоді як виконавчий рівень може обробляти логіку смарт-контрактів. Це розділення не лише підвищує продуктивність та ефективність, але й сприяє взаємодії між різними блокчейнами, забезпечуючи основу для створення відкритої та взаємопов'язаної екосистеми.

Отже, модульний блокчейн забезпечує новий спосіб вирішення обмежень традиційних публічних блокчейнів. Він досягає більшої масштабованості та нижчих витрат на транзакції, зберігаючи децентралізацію та безпеку, що має глибоке значення для широкого застосування технології блокчейн та її довгострокового розвитку.

Основні типи модульного блокчейна

модульний блокчейн залежно від його архітектурних особливостей може бути поділений на різні типи. Серед цих типів, рівні доступності даних і консенсусу через їх тісну взаємозалежність часто проектуються як єдине ціле. Це пов'язано з тим, що коли вузли отримують дані про транзакції, зазвичай також водночас визначається порядок транзакцій, що є основою безпеки та незмінності Блокчейн.

Виходячи з цих принципів дизайну, ми можемо з трьох аспектів зрозуміти різні проекти модульного блокчейну: з боку виконання, рівня доступності даних та рівня консенсусу, а також рівня розрахунків.

Виконавчий шар: технології Рівня 2

Технологія Layer 2, як розширення виконавчого рівня в архітектурі блокчейну, є втіленням концепції модульного блокчейну. Вона прагне підвищити масштабованість основного ланцюга шляхом створення мереж, систем або технологій поза ланцюгом, які будуються на основі базового блокчейну.

Рішення Layer 2 дозволяють швидшу та економічнішу обробку транзакцій, зберігаючи при цьому безпеку та децентралізовані характеристики основного Блокчейн. Згідно з інформаційною панеллю, можна побачити, що в екосистемі Ethereum частка gas, витрачена на верифікацію та розрахунки Layer 2, в середньому становить менше 10%, що значно економить витрати користувачів на транзакції.

Технологія Rollup є найпоширенішим рішенням Layer 2, її основна концепція – "виконання поза ланцюгом, верифікація в ланцюгу", виконуючи обчислення та інші роботи поза ланцюгом, а потім завантажуючи дані calldata назад в основну мережу.

виконання поза ланцюгом:

У моделі Rollup транзакції виконуються поза ланцюгом, тоді як основний Блокчейн відповідає лише за перевірку доказів транзакцій у смарт-контрактах та зберігання оригінальних даних транзакцій. Цей дизайн значно знижує обчислювальне навантаження на основний ланцюг, зменшуючи потреби в зберіганні, що дозволяє більш ефективну обробку транзакцій.

Щоб додатково знизити витрати, Rollup використовує технологію упаковки транзакцій. Це можна порівняти з контейнеризацією вантажів у логістиці: окреме відправлення кожного вантажу призводить до високих витрат на перевезення. Технологія Rollup, об'єднуючи кілька транзакцій в один пакет, вимагає лише одного "транспортування", що значно знижує вартість кожної транзакції.

Перевірка в ланцюгу:

Онлайн-перевірка є ключем до безпеки мережі Layer 2. Мережі Layer 2 повинні надавати криптографічні докази, щоб вирішити потенційні розбіжності на базовому блокчейні. На даний момент, дві основні механізми доказу - це доказ помилки та доказ дійсності, які відповідно підтримують Optimistic Rollups та ZK Rollups.

Помилка доказу оптимістичних роллапів:

Оптимістичні роллапи використовують оптимістичне припущення, що всі транзакції за замовчуванням є дійсними, якщо немає чітких доказів наявності помилки. Ця модель покладається на докази помилки під час періоду виклику, будь-який учасник мережі може подати докази, щоб оскаржити стан смарт-контракту, що забезпечує справедливість і прозорість мережі.

Наразі існує 16 Layer 2, які використовують механізм Optimistic Rollups, такі як: Arbitrum, OP, Base, Blast тощо.

Докази ефективності ZK Rollups:

На відміну від Optimistic Rollups, ZK Rollups використовують більш обережний підхід, який вимагає, щоб всі угоди проходили перевірку на дійсність перед їх прийняттям. Цей механізм перевірки подібний до процесу верифікації, що забезпечує точність кожної угоди та обчислення в мережі Layer 2.

Коротко кажучи, доказательство ефективності є основою ZK-Rollups, яке вимагає, щоб кожна партія транзакцій супроводжувалася відповідним доказом, що забезпечує можливість верифікації та затвердження змін стану смарт-контрактами на базовому Блокчейн. Для верифікаційних вузлів ZK Rollups забезпечують механізм розрахунку без помилок, оскільки кожна транзакція повинна проходити сувору перевірку ефективності.

Наразі існує 11 Layer 2, що використовують механізм ZK Rollups, таких як: Linea, Starknet, zkSync тощо.

Шар доступності даних та шар консенсусу: Celestia, EigenDA, Avail

Селестія

Celestia як піонер у сфері модульних блокчейнів, по суті, є рівнем доступності даних, який забезпечує надійну основу для розробки dApps та Rollup. Завдяки розгортанню на рівні доступності даних і рівні консенсусу Celestia, розробники застосунків можуть зосередитися на оптимізації логіки виконання, передаючи складність доступності даних і механізму консенсусу на обробку Celestia.

Архітектурний дизайн Celestia забезпечує різноманітні рішення для модульного розширення, а її структура в основному складається з трьох типів:

• Суверенний Rollup: Celestia забезпечує доступність даних