Ethereum — одна из самых успешных историй блокчейна, используемая миллионами, вмещающая тысячи децентрализованных приложений и управляющая миллиардами долларов. Впечатляет то, что этот успех был достигнут, несмотря на некоторые серьезные проблемы с его монолитной архитектурой, которая вызывает большие проблемы с масштабируемостью, из-за которых его сеть часто оказывается парализованной из-за перегруженного трафика и заоблачных комиссий.

Успех Ethereum поднимает вопрос: что бы произошло, если бы мы действительно смогли построить блокчейн без этих проблем с масштабируемостью? Как далеко бы зашла криптоиндустрия, если бы ее не сдерживали? Это вопрос, на который индустрия надеется вскоре ответить с появлением модульных блокчейнов.

В настоящее время основная часть основных задач, таких как обработка транзакций, консенсус и доступность данных, выполняется в самой цепочке Ethereum. В результате ее узлы регулярно перегружаются. Они задействуются в работе, проверяя транзакции, предоставляя данные и поддерживая всю историю блоков, и эти требования крайне негативно сказываются на ее эффективности.

Модульные блокчейны призваны решить эту проблему путем разделения основных функций на несколько отдельных уровней блокчейна, что снижает нагрузку на каждый из них и делает их более эффективными.

Что такое модульные блокчейны?

Основная концепция модульных архитектур блокчейнов заключается в распределении различных задач, которые выполняют блокчейны, по отдельным слоям — так что будет одна цепочка для выполнения, одна для консенсуса, другая для доступности данных и т. д. Такая модульная структура закладывает основу для большей масштабируемости, поскольку каждый компонент блокчейна должен обрабатывать только одну конкретную задачу независимо от других.

Снижение нагрузки не только помогает, но и означает, что каждый слой может быть лучше оптимизирован для конкретной задачи, которую он должен выполнять.

Это не похоже на монолитные блокчейны, которые навязывают все основные функции блокчейна одним и тем же узлам. Вместо этого он распределяет все задачи, которые должны быть выполнены, по оптимизированным слоям узлов, чтобы они могли сосредоточиться конкретно на функции и делать это быстрее, чем раньше.

Ключевым преимуществом этого подхода является то, что разработчики могут создавать очень специфические комбинации слоев блокчейна, которые соответствуют конкретным потребностям их децентрализованных приложений. Это можно сравнить со сборкой блокчейна из кубиков Lego. Например, разработчик может объединить наиболее подходящий, оптимизированный слой доступности данных, такой как 0G, с высокоэффективным слоем выполнения, таким как FuelVM, и безопасным слоем проверки, таким как EigenLayer, который наследует сильную безопасность Ethereum через ликвидный повторный стейкинг.

Смешивая и сопоставляя таким образом модульные слои блокчейна, разработчики могут создать более гибкую архитектуру, которая обеспечивает максимально возможную пропускную способность для конкретного варианта использования, а также получить выгоду от большей эффективности и масштабируемости, чем может обеспечить любой монолитный блокчейн.

Модульный подход является мощной альтернативой созданию настраиваемого блокчейна с нуля, что сделали некоторые более амбициозные разработчики, что позволяет разработчикам извлекать выгоду из высокооптимизированных уровней производительности, разделяя при этом безопасность более устоявшихся сетей.

Модульные компоненты блокчейна

Хотя существуют всевозможные возможности для смешивания и сопоставления различных слоев, модульный блокчейн почти всегда будет включать в себя объединение четырех основных компонентов. Эта концепция представляет собой архитектурную революцию, которая, по мнению многих, превзойдет традиционную модель «один размер подходит всем» для децентрализованных сетей.

Четыре основных компонента включают уровень выполнения, который является основным или основополагающим уровнем, где транзакции пользователей отправляются и где они взаимодействуют с dApps через смарт-контракты. Эти взаимодействия являются тем, что запускает «переходы состояний», такие как обновление балансов и счетов в цепочке.

Отделив уровень исполнения от таких задач, как достижение консенсуса, транзакции и взаимодействия можно выполнять вне блокчейна, используя такие методы, как ZK-Rollups или Optimistic Rollups, что обеспечивает более эффективную (быструю и дешевую) обработку.

Вторым основным компонентом является уровень расчетов, который выполняет работу по расчету всех транзакций, которые были выгружены в эти накопители. Он делает это, обрабатывая их доказательства транзакций. Эта задача включает в себя проверку состояний транзакций, управление доказательствами мошенничества и разрешение любых споров, которые могут возникнуть, особенно в случае оптимистичных накопителей.

Третий уровень — это уровень консенсуса, который может быть боковой цепью на основе свертки или какой-либо другой архитектурой и отвечает за обеспечение того, чтобы требуемое большинство узлов согласилось с состоянием блокчейна. Он выполняет работу по объединению нескольких транзакций вместе для расчета как одной и должен гарантировать, что каждая из них является действительной. Он также должен согласовать порядок, в котором эти транзакции обрабатываются.

Одним из преимуществ наличия уровня консенсуса является то, что он предоставляет разработчикам большую гибкость в отношении того, насколько децентрализованными должны быть их dApps, поскольку они могут настраивать количество задействованных валидаторов.

Наконец, каждому виду dApp нужен уровень доступности данных, который гарантирует, что все данные, необходимые для проверки транзакций и обработки взаимодействия смарт-контрактов, будут доступны каждому другому участнику сети. Таким образом, это позволяет быстро проверить все необходимые данные в цепочке любому, кто использует или участвует в сети. Уровни доступности данных стали особенно популярны в dApps, которые стремятся повысить свою эффективность, устраняя необходимость полагаться на сам Ethereum для обеспечения доступности данных.

Что дает модульная архитектура?

Легко понять, почему разделение этих задач на отдельные уровни может повысить общую эффективность dApps. Модульные блокчейны быстро становятся убедительным решением проблем масштабируемости в Ethereum и других децентрализованных сетях. В случае Ethereum это означает, что сильно перегруженная основная сеть может сосредоточиться исключительно на выполнении транзакций и создании блоков, а также на поддержании консенсуса, при этом урегулирование, консенсус и доступность данных выполняются в другом месте. Это похоже на то, как если бы нанимали отдельных людей для выполнения различных задач на кухне, таких как подготовка ингредиентов, их приготовление и мытье посуды, вместо того, чтобы нанимать одного сотрудника, который будет делать все.

Помимо ускорения обработки задач, это также означает снижение затрат, поскольку свертки могут получать доступ к проверенным данным без дорогостоящих вызовов в основную сеть Ethereum. Более того, обновления и улучшения, ориентированные на доступность данных, могут быть инициированы отдельно, не вызывая никаких сбоев в основной сети.

Например, разработчик, желающий создать высокопроизводительную децентрализованную платформу обмена, может использовать ZK-rollups в качестве уровня выполнения для эффективной обработки транзакций вне цепочки и использовать Ethereum для консенсуса и расчетов, чтобы извлечь выгоду из его безопасности. Наконец, они могут использовать специализированный уровень доступности данных, такой как EigenDA или 0G, для более экономичного и быстрого доступа к хранилищу данных вне цепочки.

Исправление доступности данных для высокоскоростного доступа

Модульные блокчейны подвергались некоторой критике из-за сложностей с безопасностью и возросших допущений о доверии, возникающих из-за более фрагментированной сетевой архитектуры. Но ничто из этого не помешало достижению значительных успехов.

Действительно, общее мнение таково, что преимущества модульного подхода перевешивают риски. За последние 12 месяцев идея модульных блокчейнов действительно завоевала популярность, и существует множество проектов, воплощающих мечту о большей масштабируемости в реальность.

В области доступности данных одной из самых многообещающих инициатив является сеть 0G, которая ориентирована на предоставление высокоскоростного и высокозащищенного доступа к данным для децентрализованных сетей. Она нацелена на предоставление быстрой пропускной способности до 50 Гбит/с, что значительно превосходит скорость Ethereum в 1,5 Мбит/с при использовании в качестве уровня доступности данных.

0G создает свой уровень доступности данных для поддержки нового поколения игр на основе блокчейна и приложений искусственного интеллекта, которым требуется чрезвычайно быстрый и надежный конвейер данных. Если такие приложения не будут иметь быстрой и эффективной пропускной способности, они не смогут сравниться с производительностью своих аналогов Web2 и увидят, что их транзакционные издержки значительно превысят то, что многие пользователи готовы заплатить.

Основатель Майкл Хайнрих рассказал TechCrunch, что в конечном итоге 0G намерен достичь «бесконечной емкости». Так же, как AWS позволяет разработчикам разворачивать столько серверов, сколько им нужно, чтобы обеспечить молниеносную производительность приложений, 0G сможет разворачивать столько сетей консенсуса, сколько им нужно.

Импульс в модульных блокчейнах

Между тем, появились многообещающие разработки по всему модульному стеку блокчейнов. Fuel Labs является пионером концепции распараллеленных виртуальных машин на уровне исполнения, в то время как Optimism добился значительных прорывов в таких областях, как шардинг, децентрализованное секвенирование и стимулированная верификация.

Ethereum сам по себе также вносит вклад в модульность блокчейна. В рамках своей дорожной карты развития после слияния он работает над созданием отдельных, но унифицированных слоев расчетов и доступности данных. Одной из его самых многообещающих идей является концепция «danksharding», которая работает над тем, чтобы превратить сегменты данных L1 Ethereum и пространство блоков в отдельный «движок доступности данных», прокладывая путь для сверток Layer-2 для реализации недорогих и высокопроизводительных транзакций.

Еще один интересный проект — Celestia, реализация уровня выполнения которого также может использоваться в качестве уровня доступности данных. Он закладывает основу для альтернатив виртуальным машинам на основе EVM, таким как WASM, Starknet и виртуальные машины на основе FuelVM. Разделяя доступность данных с различными уровнями выполнения, Celestia позволяет разработчикам создавать мосты с минимальным доверием между кластерами, которые открывают межэкосистемную и кросс-цепочечную компоновку и взаимодействие.

Проект Volitions от Starkware представляет убедительное решение дилеммы доступности данных в цепочке и вне ее. С его помощью разработчики и пользователи dApp смогут выбирать, хотят ли они отправлять данные своих транзакций вне цепочки, где они могут быть обработаны быстрее, или хранить их в цепочке, где они более безопасны.

Даже Bitcoin, вероятно, выиграет от модуляризации. Проект Babylon работает над протоколом, который позволит делать ставки BTC для повышения безопасности appchains в экосистеме Cosmos, а затем распространить это на другие блокчейны proof-of-stake.

Перспективы модульных блокчейнов

Хотя многие из вышеупомянутых проектов все еще находятся на начальной стадии развития, впечатляющая скорость, с которой они развиваются, позволяет предположить, что будущее блокчейна, скорее всего, будет модульным, а не монолитным.

Однако модульные блокчейны не лишены проблем. Склеивание множества различных компонентов, как конструктора Lego, может создать разработчикам головную боль. В модульных блокчейнах безопасность в конечном итоге зависит от базового уровня расчетов, но разработчикам нужно будет позаботиться о том, чтобы не создавать ситуации, когда сбой одного уровня вызывает проблемы на других уровнях.

Вторая проблема может включать затраты. Оптимизация каждого слоя обеспечивает лучший опыт для пользователей, но это обходится ценой большей сложности, поскольку необходимость создания механизмов для управления мошенничеством и доказательствами действительности оказывается существенной проблемой.

Если модульные блокчейны хотят добиться успеха, разработчикам придется позаботиться о том, чтобы все было бесшовно соединено вместе, чтобы их dApps просто «работали».