Consensus:详解区块链分层结构:不同开发框架的核心特征与价值

区块链分层结构作为一种新的范式,让我们可以在不妥协/尽可能少的妥协情况下实现对区块链的扩容。

前言

区块链分层结构=DisaggregatedBlockchainLayers=DBL

当前的市场中,关于DBL的叙事,不仅有Celestia,更有Danksharding,而后者标志着Ethereum正式进入模块化时代。

TL,DR;

相较于MonolithicBlockchain,DBL是一种更优秀的范式,也是当前区块链底层架构的主流趋势;

虽然都是DBL,但Danksharding和Celestia的设计理念存在着本质的区别:Danksharding最大程度的延续了以太坊的「安全性」V.S.Celestia用一定的安全性交换到了一些极为重要的「自由度」;

众所周知,基于DBL搭建的链通常在扩容和可定制两方面具备显著的优势,但这里还想强调「Sovereignty」,这个特性对那些大社区型项目很重要;

不同的DBL设计在扩容性/安全性/主权性/工程量方面有不同的表现;

Celestia的架构更适合大项目&大社区,他们有能力支撑Sovereignty;以太坊的各种架构对于新&工具类项目来说是最好的选择,因为有最强的安全支撑和大量的用户流量。

什么是区块链分层结构?

区块链分层结构意味着将计算/存储/共识这区块产生的三大基本步骤拆分成相对独立的三层,当前主流区块链架构为非分层结构,即计算/存储/共识三部分均有同一批节点来执行。

计算层:负责执行用户提交的交易,理论上这一层可支持任意的执行架构;

共识层:负责对运行了一段时间后区块链的状态进行确认;

存储层:确保相关数据的可用性&正确性。

区块链分层结构价值何在?

《绝地求生》开发商将推出Cosmos生态链Settlus以进行USDC支付结算:9月6日消息,《绝地求生》开发商 Krafton 将推出 Cosmos 生态链 Settlus 以进行 USDC 支付结算。Settlus 测试网将于 2024 年初启动,该网络上的 Gas 费将使用 USDC 支付。元宇宙平台 Project Migaloo 负责人 Bryan Song 表示,Migaloo 将与 Settlus 区块链协同开发,为内容创作者提供一个「create-to-earn」系统,该系统自动生成创作者制作的数字资产的 NFT,并会分配在平台上销售产生的版税。[2023/9/6 13:21:49]

扩容能力YYDS!

如果不想在不可能三角上做出任何妥协,但又要提升MonolithicBlockchain的性能,那只能寄希望于更好的硬件支持。

不幸的是,现在的硬件好像还无法支持这样的要求

CelestiaCo-FounderMustafaAlBassam对扩容性极其深刻的解释

而DBL,作为一种新的范式,让我们可以在不妥协/尽可能少的妥协情况下实现对区块链的扩容,其背后的逻辑如下:

DBL结构下的节点只需要专注于存储/计算/共识三项中的一部分,工作量大幅下降,所以更多的硬件设备可以支持节点运行,即在面临更大的区块容量时,仍能保证网络的安全性。

可定制能力也很重要,甚至比扩容能力更有价值!

zkVM、uVM,我们已经看到在以太坊L2这个层面,有项目突破了EVM限制并进行了各自的定制!

而Celestia无疑在可定制化这条路上走的更远:节点可以通过单方面分叉的方式来升级他们的版本,并用他们自认为合理的方式来解读底层交易数据。

Solana联创Yakovenko质疑以太坊L2的可持续性:金色财经报道,Solana联合创始人之一Anatoly Yakovenko对目前集成在以太坊生态系统中的第2层解决方案的长期可持续性表示担忧。Yakovenko表示,由于高昂的Gas费用,这些解决方案并未按规模构建,这使得dApp难以高效运行。他进一步表示,尽管Polygon和Arbitrum等Layer-2扩展解决方案最近获得了巨大的关注,但从长远来看,它们仍然不可持续。Yakovenko发表此番言论之际,以太坊正面临拥堵、高额费用和交易时间缓慢的问题,这些问题导致一些开发人员迁移到Solana等替代网络。[2023/8/17 18:05:59]

DBL汇总与比较

图1,1~5分的评分越高代表着该方案在此项的表现越好

考虑到Celestia进一步细化了分层架构,这里将以太坊的共识层进一步拆分:

TxsSequenceConsensus:这一层负责对整个P2P网络中所有已支付GasFee的交易进行先后排序;

GlobalStateConsensus:这一层负责对执行所有有效交易后的链的状态进行共识;

这两部分在以太坊中是在一层内完成的,被称为ConsensusLayer。

在这样的一套分析框架之上,我们对每一个开发框架的核心特征与价值进行了一些阐述:

Ethereum系列

目前主流的Rollup模式

代表项目:Optimism,Arbitrum,StarkNet,Zk-Sync,Scroll,Fuel

俄央行正开发数字卢布与其他CBDC之间的互动模式:4月23日消息,俄罗斯央行表示,支撑俄罗斯央行数字货币(CBDC)发行和流通的系统可能会与其他国家的数字法定货币很好地合作。在与俄罗斯立法者交谈时,央行官员表示,这个问题仍需要解决,但强调目前正在开发数字卢布与其他CBDC之间的各种互动模式。替代方案包括与其他每个CBDC平台建立双向集成,或启动一个国际数字平台,以促进多个发行者的数字货币之间的同时互动。不过,俄罗斯央行仍然反对该国去中心化加密货币的自由流通,也不打算创建一个全国性的加密货币交易所。此前消息,俄罗斯央行拟允许对外结算在“实验”环境中使用加密货币。[2023/4/23 14:22:02]

此类方案可以称之为是分层扩容的开端:外置一个ExecutionLayer,并将这ExecutionLayer最终的共识交付给Ethereum一层来完成;

设计的好处:通过分摊固定成本以及一些压缩技术,来降低存储交易数据的成本。

目前的Validium

代表项目:Anytrust(byOffchain-labs),ZkPorter(byMatterLabs)

作为Rollup的一种变体,Validium方案的DA层不再交由Ethereum负责,而是通过一些链下的结构来提供DA支持。

较Rollup,Validium拥有更高的扩容性,但同时也舍弃了一定的安全性;

目前市面上的Validium在DA层的选择上有不少方案,均不同程度上的削弱了安全性,但整体上的安全性较Rollup是显著削弱。

Danksharding

数据:NFT相关商标申请数量在2022年3月后连续10个月下降:金色财经报道,根据商标代理律师Mike Kondoudis编制的美国专利商标局(USPTO)数据,与NFT相关的商标申请数量在2022年3月后连续10个月下跌。去年3月份向美国专利商标局(USPTO)提交的商标申请数量最多,为1,089件。但到12月,申请数量已经下降到341份,比最高点下降了69%。

尽管商标申请量稳步下降,但2022年提交的NFT相关商标数量是2021年提交的两倍多。去年提交NFT相关商标申请的品牌包括Kanye West的Yeezus和Sony Music,Adele背后的唱片公司和其他顶级音乐艺术家。[2023/1/6 10:24:39]

代表项目:难度太大,目前只此一家,别无分号

作为目前ETH2.0最新的设计方案,Danksharding在「DBL」这条路上走的比Rollup和Validium更远:

将DA独立成一层,但又仍在Ethereum的安全范围内;

TxsSequenceConsensus和GlobalStateConsensus已分拆成先后两步骤来进行,从而大幅降低了GlobalStateConsensus的门槛;

设计的好处:能够在不降低整个区块链网络安全性的情况下推行大区块。其逻辑在于让验证节点能够只验证所有交易中的一部分

如果对Danksharding的细节感兴趣,可以参阅DelphiDigital的阐述

Celestia系列

作为彻底带火DBL概念的设计,Celestia的基础理念极为新颖:Celestia只负责DA层和TxsSequenceConsensus

SovereignChain

美联储7月加息100个基点的概率降至20.1%:7月25日消息,据CME“美联储观察”:美联储到7月份加息75个基点的概率为79.9%,加息100个基点的概率为20.1%;到9月份累计加息75、100个基点的概率均为0%,累计加息125个基点的概率为52.7%,累计加息150个基点的概率为40.4%,加息175个基点的概率为6.8%。(金十)[2022/7/25 2:34:57]

代表项目:暂无

这是Celestia最原始的架构,即Celestia只管DA和TxsSequenceConsensus,而再往上的两层GlobalStateConsensus和Execution则可自由发挥。

之所以称之为「SovereignChain」,源于链的运行者能够在GlobalStateConsensus上自由发挥,即网络在某个时刻的最终状态由链的运行方独立说了算:我们把这种对链的最终状态拥有独立决定权的情形称为拥有主权,Sovereign。

当然,你需要注意到主权链的最终安全性其实不完全享受Celestia的保护,例如这样的情形:

当SovereignChain的运行方只执行了被Celestia记录交易中一部分的时候,Celestia是无法强制要求主权链进行修正的;

即便SovereignChain能够通过欺诈证明/有效性证明来尽可能避免链运行者的作恶行为,但这样的设计依然完全依赖于SovereignChain这一层的执行者来实现,即安全性很大程度上取决于SovereignChain自身,无法完全依赖于Celestia,更不会像Ethereum框架下的Rollup能够沿袭Ethereum极强的安全性。

但我依然很推崇这样的架构,即便是与其他Celestia系列的架构相比:

链的节点可以自由地选择以不同的方式来解析底层数据,包括在不分叉的情况下升级他们的客户端,例如:如果一个链的社区中两个团体对区块大小有不同的想法,这两个团体完全可以独立更新成不同的客户端到以达到独特的需求,但这两个团体仍可以得到唯一正确的结果;

更重要的是链的社区能够对链的情况拥有绝对的话语权,作为对比,Ethereum框架下的Rollup的行为受制于EthereumL1社区的共识。

ExecutionRollup

代表项目:Cevmos,dYmension,Eclipse

ExecutionRollup的设计是在Celestia的基础之上搭建了一个通用的GlobalStateConsensus层,而开发者可以以这个StateConsensusHub作为基础来搭建多个Rollup;

这套设计某种意义上和以太坊现在的Rollup框架有些类似:

Rollup绑定Ethereum来实现TxsSequenceConsensus&GlobalStateConsensus;

相较于前面的一些方案,这套进一步降低了开发&运营一个Rollup的工作量:

比SovereignChain少开发&运营一个GlobalConsensusLayer;

比CurrnetRollup少支付一个费用高昂的DA层;

但需要注意的是这个方案相较于SovereignChain缺失了很大一部分可定制化能力,即基于此框架打造的Rollup通常只能选择其下层的StateConsensusHub给定的几个开发框架,且主权性并不具有。

这样一套有些「中间」味道的设计,某种意义上给区块链领域补充了一种选项,就让我们拭目以待。

Celestium

代表项目:暂无

Celestia和Ethereum的梦幻联动:Celestia作为EthereumValidium的DA层,比DataAvailabilityCommittes以及Guardians等方案更为安全。

如果想要了解不同DA层选项的详细解析,可以查看这里

EthereumV.S.Celestia——不同的DBL设计理念

你可能已经发现了:Danksharding都是让EthereumBeconChain(也可以说是L1结构)来负责GlobalStateConsensus,而Celestia系列的任意框架中并不会由Celestia自身来负责这部分。

以下是我个人归纳的一些可能的原因:

Danksharding:作为最去中心化的区块链,Ethereum拥有全网最棒的安全性&鲁棒性,所以我们看到Danksharding在尽快的延续这部分价值。

Celestia:考虑到现在已几乎不可能再有网络能够积攒到与Ethereum匹敌的去中心化节点数量,且市场也并不需要第二个Ethereum,Celestia选在在安全性上作出了一定的妥协,以换取了更多的自定义能力以及主权性。

Ethereum&Celestia之外的DBL方案

Nervos系列

作为DBL方向比Rollup更早的先行者,Nervos在2018年便发布了分层架构宣言:

TheNervosNetworkhasalayeredarchitecture,withasingleLayer1blockchain,theNervosCommonKnowledgeBase(CKB),andmanyLayer2systems.Layer1isfocusedonprovidingsecurityanddecentralization,whiledeveloperscanconstructlayer2systems(focusedonfunctionalityandperformance)thataresecurelyrootedinandinteroperablewiththeLayer1CKB.

虽然从图上来看与CurrentRollup极为相像,但Nervos在L1层面选择了UTXO:

众所周知在UTXO之上开发智能合约十分困难,这也的确拖慢了整个生态的发展进程,但好在近期Nervos推出了第一个支持EVM兼容智能合约的L2;

也不是只有缺点,UTXO在并行计算层面相较账户模型有显著优势:以UTXO为基础的L2--Fuel对外展现了不错的可能性;

Arweave系列

代表项目:SmartWeave,Ever.Finance

P.S.这里的DA比较特别:Arweave不仅会存储交易信息,同时也会存储应用最新版本的代码

这个设计利用了Arweave来作为源生的DA层,从而带来了一个很特别的点:永久存储的存储链上面搭DA=一直存在的DA!

但此方案也存在着明显的缺失:

Arweave作为存储链,只会确保信息能够正确存储,而不会查验被存储信息的真实与否,而这意味着Arweave并不会提供TxsSequenceConsensus,即基于Arweave搭建的智能合约链需要自己负责TxsSequenceConsensus,GlobalStateConsensus以及Execution这三部分。

SmartWeave作为Arweave官方推出的智能合约开发框架,让开发者可以进行智能合约级别的开发;

而Ever.Finance则是SmartWeave的抗DDoS优化版本。

Polygon系列

代表项目:暂无

Polygon也在DBL方向提出了Avail,作为一种对Polygon生态开发者的可选项的补充:

架构与ExecutionRollup类似,Avail提供Celestia的功能,而StateConsensusHub则由Polygon来承担,开发者可在其上建立自己的ExecutionRollup。

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地球链

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