模塊化區塊鏈：重新定義區塊鏈的可擴展性與安全性
模塊化區塊鏈是一種新型的區塊鏈架構，它通過將關鍵功能分離到不同層來提升可擴展性、安全性和靈活性。這種設計解決了傳統一體化區塊鏈在處理大規模交易時遇到的性能瓶頸，同時也讓系統更具定制性。

什麼是模塊化區塊鏈？

傳統的一體化區塊鏈系統（如以太坊和比特幣）通常在單一鏈上處理所有任務，包括交易的執行、共識（交易驗證）、數據存儲以及結算。這種方法雖有益於整體安全性和去中心化，但在應對高並發、快速驗證和大規模應用時，常面臨性能瓶頸。模塊化區塊鏈通過多層架構，將這些功能劃分到不同模塊上，每個模塊專注於完成特定任務，實現更高效的資源分配與性能優化。

關鍵功能

模塊化區塊鏈通常包含四大功能模塊：

1. 共識（Consensus）：決定交易的順序及新區塊的創建，確保交易的真實性。共識層保證網路節點對同一版本的帳本達成一致。
2. 執行（Execution）：處理交易，更新區塊鏈的狀態，類似一個運行智能合約的計算引擎。
3. 數據可用性（Data Availability）：存儲交易數據，確保數據可以隨時供節點下載和驗證，是區塊鏈透明性和安全性的基礎。
4. 結算（Settlement）：爲交易提供最終性，保證交易一經確認便不可篡改，充當鏈間爭議的仲裁層。

模塊化區塊鏈如何運作

模塊化區塊鏈的核心理念在於將區塊鏈的各項職能分解爲不同的模塊，並由不同的鏈分別處理這些職能模塊。傳統的單體區塊鏈架構通常在單一鏈上處理所有任務：執行、共識、結算和數據可用性。這種結構在設計上簡單，但其缺點在於隨着鏈上活動的增加，可擴展性和性能會變得低下。模塊化區塊鏈則通過將這些職能模塊化，使得不同區塊鏈可以專注於特定任務，從而實現了可擴展性、去中心化和效率的平衡。以下是模塊化區塊鏈運作的詳細過程：

1. 執行（Execution）層
   執行層負責處理和驗證所有交易，管理區塊鏈的狀態變更。不同的鏈可以在執行層上採用不同的架構和優化方式，例如 Rollup 技術、分片機制等，以提高交易執行的速度和效率。這使得執行層可以更靈活地根據具體需求進行擴展，如優化執行時間和降低交易費用。
2. 共識（Consensus）層
   共識層主要負責網路中節點之間的溝通與協調，從而達成交易順序的一致。這一層的去中心化和安全性決定了整個區塊鏈系統的穩健性。例如，PoS（權益證明）可以爲共識層提供高效的共識機制，從而在確保安全的前提下實現更高的吞吐量。通過與其他模塊化層分離，共識層可以獨立地擴展和優化。
3. 結算（Settlement）層
   結算層用於驗證交易的有效性，管理各執行層之間的資產橋接與流通，並確保跨鏈交互的安全性。該層通常依托於一個更爲穩健和安全的基礎區塊鏈（如以太坊），並以智能合約的方式完成驗證和結算，確保跨鏈交易的最終性。
4. 數據可用性（Data Availability）層
   數據可用性層確保所有交易數據可供驗證節點獲取。這一層的獨立性爲模塊化區塊鏈提供了高效的數據管理機制，通過數據分片和抽樣等技術降低存儲需求，允許輕節點參與數據驗證。例如，Celestia的“數據可用性抽樣”技術允許節點通過少量數據抽樣來判斷整個數據的可用性，從而實現高效的鏈上數據驗證。
   模塊化區塊鏈的運作方式使得每一層都可以根據需求進行優化，彼此獨立發展。由於各層不再必須在同一鏈上運行，開發者可以使用適合的鏈來完成不同的任務，進而解決可擴展性、安全性和效率之間的矛盾。

主要類型

模塊化區塊鏈通過靈活組合執行、共識、結算和數據可用性層，形成了多種結構設計，滿足不同的鏈上需求。根據各模塊的組合方式，模塊化區塊鏈的主要類型包括以下幾種：

1. Layer 1 和 Layer 架構
   最基礎的模塊化區塊鏈架構是 Layer 1 和 Layer 的分層設計。Layer 1 是作爲底層的基礎鏈，主要負責共識和結算，而 Layer 則是一個用於處理執行的鏈，通過 Rollup 技術提高處理能力。Celestia 就採用了這種方式，支持多個 Layer（如 Arbitrum 和 Optimism）使用它作爲數據可用性層，從而提高了可擴展性。
2. 執行、結算和 DA 層架構
   在這種架構中，執行、結算和數據可用性層被進一步解耦。執行層專注於交易的打包和處理；結算層驗證並存儲執行的最終狀態；數據可用性層負責確保數據的訪問性和存儲安全。各模塊的獨立性更強。Validium 就是這樣架構的運用，Validium 是另一種形式的 Rollup，會在鏈下處理交易之後再將數據提交至L1，數據可用層分離。
3. 主權 Rollup 架構
   主權 Rollup 既是執行層又是結算層，數據區塊直接發布到 Rollup 上。主權 Rollup 與智能合約 Rollup 的不同在於，它們自身擁有驗證節點，交易的有效性和排序由 Rollup 的節點管理，而不是依賴於智能合約層的驗證。主權 Rollup 自主控制執行和結算過程，數據可用性則由 DA 層保證。

優勢與挑戰

優勢：

• 增強可擴展性：不同模塊專注處理特定任務，在不犧牲去中心化的情況下顯著提升區塊鏈的吞吐量。
• 靈活性與互操作性：模塊化區塊鏈的設計使不同Layer 1和Layer鏈之間的協作更簡單，開發者可以根據實際需求自由選擇虛擬機和技術堆棧。
• 支持多功能應用：模塊化結構讓開發者輕鬆創建高效且安全的去中心化應用（DApp），爲多樣化的用例打開了更多可能性。
  挑戰：
• 開發復雜性：模塊化區塊鏈的多層設計增加了開發難度，對用戶和開發人員的技術要求更高，可能延緩普及速度。
• 缺乏成熟測試：與傳統一體化鏈相比，模塊化區塊鏈在實際應用中的測試和驗證有限，成熟的鏈經過了大量測試驗證，而模塊化網路尚無法比擬。

項目實例

Celestia：作爲模塊化區塊鏈賽道的龍頭，Celestia是一個專注數據可用性的模塊化區塊鏈，通過數據可用性採樣保證交易數據的可訪問性。它允許Rollup等Layer網路利用其數據存儲功能，同時減少主鏈負擔。
Dymension：Dymension提供了快速部署的模塊化區塊鏈“RollApps”，並將網路結構分爲前端和後端，類似傳統應用的全棧架構。Dymension確保RollApps之間的高效通信，並利用數據可用性網路來存儲和提供數據。

結語

模塊化區塊鏈爲區塊鏈領域提供了一種新路徑，通過將關鍵功能模塊化，它提高了區塊鏈系統的可擴展性和靈活性，爲DeFi和其他去中心化應用的進一步發展奠定了技術基礎。雖然還處於發展階段，但模塊化區塊鏈在未來有望克服目前的技術難題，爲分布式網路帶來更高的性能和安全性。