從模塊化的角度看區塊鏈技術的進步

2024-07-22 16:07:32

一：概述

自從中本聰於2008年發明了比特幣，區塊鏈技術已經成為了當今世界最為熱門的話題之一。作為一種去中心化、安全可信以及數據不可篡改的分布式账本技術，它在金融、物聯網、供應鏈管理等領域都得到了廣泛應用。然而，與此同時，隨着區塊鏈技術的逐漸發展，人們也开始陸續關注起了它的局限性和不足之處。對於傳統的區塊鏈技術而言，一些問題如擴容性、性能瓶頸、協議更新等已經成為了制約它進一步發展的瓶頸。為了克服這些困難，相應的解決方案也在不斷湧現。其中，模塊化區塊鏈技術應運而生，並且受到了越來越多的關注。那么，究竟什么是模塊化區塊鏈？與傳統的區塊鏈技術相比，它有哪些獨特的優勢呢？下文將會探討這一問題，並深入分析模塊化區塊鏈和普通區塊鏈的異同點。

二：單體區塊鏈二：單體區塊鏈的運行原理

**1.共識層：**整體區塊鏈需要達成共識才能進行下一步操作。共識層主要解決的問題是如何保證所有節點對交易的處理結果無異議，並將新的區塊添加到鏈上。不同的共識機制採用了不同的方法來實現共識，包括工作量證明（PoW）、權益證明（PoS）等。例如，在 PoW 共識機制中，所有的節點都參與一個難題計算的過程，第一個完成計算的節點便有權將新的區塊添加到區塊鏈上，並獲得相應的獎勵。2.數據可用性：整體區塊鏈通過去中心化的存儲方式，解決了單點故障、惡意攻擊等問題。在數據可用性方面，區塊鏈採用了類似復制的方式，將每個節點的本地存儲設為一個完整的副本。這樣在發生節點宕機或網絡分區等情況時，其他節點可以繼續訪問數據、讀取歷史記錄，從而保證數據的可用性。**3.執行層：**整體區塊鏈的執行層主要處理交易的執行過程。在整體區塊鏈中，交易支持智能合約功能，可以通過代碼自動執行與轉移資產等各種操作。每個節點都會對交易進行驗證和執行，並且確保在執行過程中符合預設的規則和條件。所以，整體區塊鏈就是將共識層、數據可用性、結算，和執行，組合成一條單鏈。（類似於我們玩成語接龍的遊戲。所有的數據都要經過從區塊頭到區塊尾的一步步銜接）這嚴重阻礙了其速度。大多數Layer都會犧牲其公鏈的擴展性，來換取其公鏈的去中心化和安全性。其所有職責集都在一個層上處理，無需使用第三方服務。

三：模塊化區塊鏈運行原理

模塊化區塊鏈是一種將不同的功能模塊分離开來，形成更加靈活和可擴展的區塊鏈架構。在模塊化區塊鏈中，主要包含共識層、結算層和共識數據三個方面，以下是它們的運行原理：**1.共識層：**與整體區塊鏈類似，模塊化區塊鏈的共識層也是確保所有節點對交易的處理結果無異議，並將新的區塊添加到鏈上。共識層可以採用不同的共識機制（如 PoW、PoS等），也可以根據應用場景定制化共識機制。共識層一般由共識節點組成，這些節點在區塊鏈網絡中具有特殊的角色和權限，能夠參與共識過程並獲得相應的收益。**2.結算層：**結算層主要解決的是資產交易和結算的問題。結算層通過智能合約實現資產的自動轉移和自動結算，從而實現高效、快速、可靠的交易。結算層可以支持各種類型的資產交易，包括數字貨幣、證券、商品等多種資產。在模塊化區塊鏈中，結算層一般與共識層分離，這樣可以降低共識層的負擔，提高整個區塊鏈網絡的性能。**3.共識數據可用性：**共識數據是指區塊鏈中存儲的交易信息和狀態數據。在模塊化區塊鏈中，共識數據一般與共識層分離，形成一個獨立的數據層。共識數據可以採用不同的存儲方式（如分布式存儲、數據庫等），也可以根據具體應用場景進行定制化。共識數據還可以採用隱私保護技術（如零知識證明、同態加密等）來保護用戶的隱私。總之，模塊化區塊鏈的運行原理是基於共識層、結算層和共識數據三個方面的協同作用。不同的模塊可以相互協作，形成不同的應用場景，從而實現更加靈活和可擴展的區塊鏈架構

整體化區塊鏈與模塊化區塊鏈的運行原理

1.模塊化區塊鏈相比於傳統的單一區塊鏈架構，有以下幾個優點：

**1.更高的靈活性：**首先，模塊化區塊鏈採用了分離共識層、數據層和應用層等多個層次的設計，使得不同的區塊鏈模塊可以自由組合，形成適用於各種特定場景的區塊鏈架構。這樣的靈活性可以更好地適應市場需求的變化。2.更高的可擴展性：模塊化區塊鏈具有更高的可擴展性。傳統的單一區塊鏈架構隨着節點數量增加，網絡負載和交易處理時間也會加重。而在模塊化區塊鏈中，不同的區塊鏈模塊可以以不同的速率和規模縮放，從而實現高度可擴展的區塊鏈網絡。**3.更高效的交易：**模塊化區塊鏈能夠通過分離結算層來提高交易效率和降低延遲，同時採用先進的共識算法和控制共識節點數量的方法來提高網絡的響應速度。**4.更高的安全性：**模塊化區塊鏈通過將數據層和共識層分離，進一步提升了區塊鏈的安全性和可靠性，同時共識層的節點數量受到控制並避免了網絡攻擊的威脅模塊化區塊鏈具有更靈活、更高效、更安全等優點，可以為不同的應用場景提供更加適合的解決方案，並且可以實現高可擴展性和良好的適應性，未來有望成為區塊鏈領域的重要發展趨勢。

2.單體區塊鏈的缺點

**1.共識層效率低下：**共識算法是保證區塊鏈安全的核心所在，然而，目前大多數公鏈採用的共識算法都是基於工作量證明（PoW）或權益證明（PoS）等機制，這些算法既耗費大量的電力、時間和計算資源，也限制了交易速度和吞吐量。**2.數據可用性問題：**區塊鏈中所有的節點都需要存儲整個區塊鏈的數據，這導致數據量非常大，而且不斷增長。此外，由於區塊鏈的去中心化特點，節點之間的信息同步存在一定的延遲，因此數據在某些情況下可能無法實時可用。**3.難以升級：**區塊鏈本質上是一個分布式系統，由於協議的不斷升級會影響整個區塊鏈網絡的穩定性和兼容性，因此對於區塊鏈協議的升級需要經過各方面的權衡和謹慎考慮。**4.可拓展性：**傳統的區塊鏈系統在處理一些高密度數據交易、提高吞吐量時效率上非常低，隨着參與者的數量不斷增加，網絡擁堵、延遲也會越來越嚴重。尤其是在企業級應用場景中，需求量級巨大，需要支持海量的數據交易和處理

3.模塊化區塊鏈的缺點

模塊化區塊鏈旨在提高區塊鏈的可擴展性和靈活性，使得各種應用場景可以更加方便地實現。但是，模塊化區塊鏈也存在着一些缺點：**1.代碼復雜度高：**由於模塊化區塊鏈中需要提供若幹個不同的模塊，例如欺詐證明和有效證明，且這些模塊需要能夠相互獨立或協作，因此代碼復雜度很高，开發成本也很大**2.安全性：**因為單體區塊鏈所有的的職責集都在一個層上處理，無需使用第三方服務，而模塊化區塊鏈因為其復雜的計算任務，可能會依賴於第三方計算服務而導致安全風險。**3.數據管理復雜：**模塊化區塊鏈中會存在多個自治的子鏈，在協作時需要共享數據的情況下，需要進行復雜的數據管理工作，這可能會導致安全性和穩定性的問題**4.Token：**由於在上面的dapps可能會注重別的層級，那么另外幾個層級會被忽略，從而會有一些token得不到應用。

4.模塊化區塊鏈與單體化區塊的定義：

單體化區塊鏈：單體化區塊鏈是在一個協議連做所有的事情，無需外界幫助，但是效率低下

單體化區塊鏈

模塊化區塊鏈：模塊化區塊鏈是每一個層級只做協議中的一部分工作，因此需要外界幫助，必須與另一條鏈協作才能發揮其作用。

模塊化區塊鏈

結論：

模塊化區塊鏈與單體區塊鏈的應用取決於开發者需要側重於哪方面，總體來說，模塊化區塊鏈和單體區塊鏈是區塊鏈技術的不同應用形式。模塊化區塊鏈具有更好的可擴展性、適用於多領域應用場景、大規模商業集成、跨鏈環境和一些安全性要求高的場景，但其开發復雜度高、數據管理問題突出、安全隱患較多；而單體區塊鏈开發和管理相對簡單，適用於小型應用場景、少量節點的場景、公共數據存儲場景、以及高可靠性要求的場景。因此，選擇使用哪種類型的區塊鏈需考慮具體情況。例如：DeFi 應用程序的安全性至關重要，畢竟涉及資產和交易，而單體區塊鏈可以提供更高的安全性。然而，如果同一個應用程序更注重吞吐量和執行速度，模塊化設計則可能是更好的選擇。因為模塊化設計可以通過分擔數據負載和在不同子鏈之間平衡負載來提供更好的擴展性，並且可以更好地適應快速發展的市場需求，從而提高整體性能。同時，模塊化設計也可以提供更多的功能以滿足不同用戶的需求，例如跨鏈交互等。總之，區塊鏈應用的設計需要考慮多種因素，包括安全性、可擴展性、吞吐量和執行速度等，從而為用戶提供最佳的體驗。

感謝全球首家一站式AI交易平臺3EX對本研究的贊助以及對技術探索的持續支持。本文由聽風的蠶撰寫，我希望能為相關領域的研究者和從業者提供有價值的參考與洞見。

再次感謝每一位支持和關注本研究的讀者。