什么是单体化和模块化区块链？

构建区块链的第一种方式是单体化设计，即一个单一的区块链负责处理所有事务。然而，单体化方法存在多个问题。模块化区块链是摆脱单体化方法的一种新思路，模块化区块链优化了未来的协作、灵活性和主权，力求遵循首先赋予人们和社区权力的原则。

单体化区块链

单体化区块链是在一个层上运行的区块链网络，在同一架构框架内执行所有的关键职责（交易执行、数据可用性和共识），为区块链开发人员提供了一套简单的方法。

加密货币生态系统中的大多数区块链都是单一的。，例如比特币、Solana，下面一以比特币协议为例，解释单体化区块链的运行原理：

1. 比特币节点接收来自另一个网络参与者的交易，验证签名，并确保数据符合共识规则。
2. 如果交易有效，节点会将其添加到内存矿池（或拒绝它）。
3. 矿工从内存矿池“获取”交易并将其添加到候选块中。
4. 如果矿工设法找到候选块的随机数值（根据工作量证明规则的要求），则可以将该块广播到其他网络节点。后者还检查交易，如果一切匹配，则向链中添加一个新块。

优点

• 简单： 单体化区块链通过单层设计可以直接实现区块链网络，让开发人员更容易构建和维护系统。这种简单性还可以使新用户更容易理解其技术和功能。
• 已经过验证： 比特币等单体化区块链自诞生以来就已经证明了其安全可靠的运行能力。它们的成功为这些单体化区块链网络奠定了坚实的信任和信誉基础。

缺点

单体化方法尝试做所有事情，因此单体化链面临着一系列问题。

• 高硬件要求：单体化链可以增加其处理的交易数量，但这是有代价的。这个代价是节点需要更高的硬件要求来验证链。
• 引导验证者：部署新的单体化区块链需要额外的开销，需要引导一个安全的验证者集合并维护一个共识网络。
• 控制有限：应用程序必须遵循他们部署到的链的预定规则。这包括编程模型、分叉能力、社区文化等。

高硬件要求是一个关键问题，因为用户能够运行节点是区块链的基本组成部分。更昂贵的硬件意味着更少的用户可以运行节点来抵御攻击并验证链的正常运行。

部署新的单体化区块链的开销很大。更糟糕的是，安全性会因为每条链都要构建自己的验证者集合而受到影响。如果我们希望构建一个区块链的互联网，每个区块链都自行引导其安全是不可行的。

将应用程序部署到共享的单体化链会限制社区对应用程序的控制。由于应用程序不拥有该链，它无法做出符合自身最佳利益的变更。失去主权意味着限制自治权。

模块化区块链

单体化区块链是构建区块链的第一种设计方法。其核心思想是一个区块链可以处理一切，包括处理交易、验证其正确性以及让节点达成共识。

然而，单体化方法在保持去中心化核心原则的同时，会导致一些固有的扩展性问题。

模块化区块链是构建区块链的一种根本性转变，与单体化方法大相径庭。与让一个区块链处理所有事务不同，我们可以构建专注于少数功能的区块链。

模块化区块链引入了将共识与交易执行解耦的概念。实践中，这意味着一个区块链负责执行，而另一个区块链则处理共识。

在模块化区块链中，基础层侧重于安全性、去中心化和互操作性，而其他层（Layer2 等）则提供可扩展性和可编程性。

这种分层设计与单片区块链形成了鲜明的对比，因为后者的交易执行、共识和数据可用性都发生在同一层上。

工作原理

模块化区块链的工作原理是模块化，模块化是指将系统分离成不同的组件，这些组件可以以各种方式组合以实现特定目标。模块化依赖于专业化：每个组件只能做几件事，但它必须做好它们。

因此，可以将模块化组件视为乐高积木，可以组合成不同的结构。

模块化链是更大的区块链“模块化堆栈”中的一个组件，可以组合以实现不同的目的。模块化区块链充当“可插拔模块”，可以根据用例相互交换或合并。

模块化区块链可以设计为处理以下一项或多项任务：

共识

共识是指节点就区块链上的哪些数据可以验证为真实和准确的达成协议的机制。共识协议决定了交易的排序方式以及如何将新区块添加到链中。

执行

执行是区块链上的节点处理交易以在状态之间转换区块链的方式。参与共识的节点必须在验证区块之前使用其区块链副本来执行交易。

数据可用性

区块链强制执行要求交易数据可用的规则。这意味着区块生产者必须发布每个区块的数据，供网络对等方下载和存储，这些数据必须应要求提供。

结算

最后，区块链提供了“最终性”：保证已提交到链历史的交易是不可逆的。要做到这一点，区块链必须确信交易的有效性。因此，结算功能需要链验证交易，验证证明和仲裁争议。

Rollups 是模块化区块链的一个例子。Rollups 总链处理事务（执行），但将共识、数据可用性和结算外包给父链。模块化链通常可以执行两个或多个功能，特别是当它们是相互依赖的时。

例如，数据可用性层还必须就数据的顺序达成共识，否则就不可能知道哪些数据表示正确的历史记录版本。

模块化区块链使用当前位于 Layer1 上的单片区块链的三个组件并将它们分开。就像分工一样，在分割每个组件之后，我们可以优化每个组件并生产出更好的产品，使整体大于部分的总和。这里有三个协同作用：

• 模块化 PoS 安全性可以在更多分片上重新分发验证器，因为更多的验证器在线并且可以安全地支持更多数据，更去中心化，更大规模。
• Layer1 上的其他分片对汇总的执行能力有放大的影响。在向 Layer1 分片添加数据之前，Rollup 可以压缩大量数据，因此分片中的任何额外空间都会对汇总的可用空间产生巨大影响。规模越大，执行速度越快。
• Rollup 上发生的网络事务活动越多，购买 Layer1 块空间所支付的总费用就越多。为区块空间支付的总费用越多，支付给 Layer1 验证者的收入就越多。支付给验证者的费用越多，增加验证者的动机就越大。在 Layer1 中添加更多验证器，增加计算资源，并创建更多分片。

模块化的好处

共享安全

每当一个新的单体化区块链启动时，过程的一个关键部分是它们必须引导自己的验证者集合。但很难找到足够大的验证者集合来确保安全。

不同链之间的差异导致了在单体化链生态系统中安全性不均衡的问题。少数链会有大型验证者集合的高安全性，而许多其他链则会有小型验证者集合的低安全性。

如果我们期望成千上万条链或更多的链构成多链生态系统，我们不能指望每一条链都有足够的安全性。

通过共享安全性，部署新的区块链，如 Rollups，不需要引导一个新的验证者集合。安全性由一个共同的来源提供给区块链，比如 Celestia。

一个新的区块链可以部署到 Celestia，并立即利用它已经建立的安全性。

由于在 Celestia 上部署的所有链都从其验证者集合获得均匀的安全性，因此不存在安全性碎片化的问题。

需要注意的是，共享安全性还有助于构建安全的桥梁。Celestia 提供数据可用性，因此区块链可以轻松检查其交易是否已发布。然后，连接的区块链可以使用证明来保护桥梁，确保交易正确。

正是共享安全性提供了一种可扩展且高效的方式来引导区块链生态系统，并实现安全桥梁连接。

可扩展性

模块化区块链的一个核心理念是将功能分散到多个链上。这个概念也带来了额外的可扩展性。像 Celestia 这样的模块化 Layer1 现在可以专注于数据可用性。在没有智能合约的情况下，Layer1可以将所有资源集中在为L2（如 Rollups）提供数据上。

专业化是关键，因为 Layer1 能提供的数据越多，Rollups 就能处理更多的交易。

至于交易，在单体化世界中，所有应用程序都存在于同一链上。不利之处在于，不同应用程序的用户都必须竞争来处理其交易。在模块化范式中，应用程序存在于单独的链上。

这意味着一个应用程序的用户不会与其他应用程序的用户竞争计算资源。因此，许多不同应用程序的交易可以同时处理。

主权

当应用程序建立在共享的单体化区块链上时，它受到预定规则的约束。这些规则可能涉及社会共识（何时可以硬分叉）或技术规则（可以使用哪些编程语言编写智能合约）。

模块化区块链通过主权赋予了对应用程序规则的控制权。开发人员可以在不需要外部应用程序许可的情况下对技术栈进行更改。

例如，他们可以创建一个性能更好的执行环境或更改事务处理方式：谁想要并行交易？

重要的是，主权赋予了独立性。开发人员和社区可以自由地为符合其应用程序和社区理念的主权链设置规则。正是主权将自治权重新置于社区手中。

模块化的缺点

• 复杂：开发和维护多层模块化区块链架构可能具有挑战性。 此类系统的复杂性对于刚刚开始了解新技术的行业新人来说是一个潜在的障碍；
• 与整体区块链相比，没有这么长的记录。 许多模块化系统尚未证明其可行性；
• 安全风险。 如果负责共识和数据可用性的层无效，模块化系统可能会失败；
• 由于应用有限，某些模块化区块链上对加密货币资产的需求可能较低。 例如，与执行层相比，负责共识和数据可用性的层在使用自己的实用代币方面可能不太活跃。

单体化的封闭式路径

如果未来完全由单体化链构成，会是什么样子呢？这仍然将是多链的，因为一个单体化链无法处理所有的区块链活动。少数几个单体化链将积累了大量的安全性和验证者，而更多的链将缺乏安全性 – 从零开始构建安全性仍然是困难的。

在这个过程中，每条单体化链都在继续建立自己的封闭生态系统。碎片化的技术使得开发人员在不同生态系统之间移动时感到摩擦，给用户带来笨拙的体验。

Layer1 循环继续，加剧了社区之间的最大主义。当争夺用户被视为零和博弈时，缺少合作。

开发人员和用户希望使用具有互操作技术和无缝跨链体验的区块链进行构建。单体化的路径已经尝试了足够长的时间。现在需要一个模块化区块链的未来。

单体化和模块化区块链

模块化区块链和单片区块链各有优缺点。单片区块链提供了一套更简单的解决方案，且经过了较长时间的检验，但在可扩展性和对新技术的适应性方面面临限制。相比之下，模块化区块链采用分层架构的方法，增强了可扩展性、灵活性和互操作性，但复杂性更高，历史较为短暂。

随着区块链行业的不断发展，在为特定用例选择区块链架构时，必须仔细权衡这些利弊。虽然单片区块链可能适合某些优先考虑简单性和经过时间验证的应用程序，但模块化区块链可能更适合需要广泛可扩展性和适应新兴技术发展的项目。

从长远来看，两种类型的区块链可能会共存，每种类型都迎合区块链应用多样化领域中的不同需求和偏好。

了解模块化区块链架构和单片区块链架构之间的核心差异后，开发人员、投资者和用户可以就他们参与和支持的区块链网络做出更明智的决策。