Блокчейны в своей самой базовой форме представляют собой просто блоки данных, хранящиеся в последовательности, где одна группа данных последовательно следует за другой. Блокчейн — это тип структуры данных, который позволяет людям договариваться и отслеживать, какие данные приходят в первую очередь. Блокчейн сам по себе не очень полезен, но сеть блокчейнов, такая как Ethereum, где каждый компьютер в сети имеет одну и ту же копию блокчейна, позволяет людям делать очень интересные вещи, например создавать новую финансовую систему.

Сеть Ethereum предоставляет множество услуг, таких как доступность данных, консенсус, расчет и исполнение, которые делают блокчейн более полезным, чем просто последовательность блоков данных. На заре существования Ethereum идея заключалась в том, чтобы масштабировать сеть с помощью шардинга для поддержки миллионов транзакций за считанные минуты и предоставить доступ к этой технологии миллиардам пользователей. Однако оказалось, что сегментирование и масштабирование децентрализованной сети чрезвычайно сложны, и поэтому команда Ethereum решила изменить свою дорожную карту и перейти на «Rollup-ориентированную» дорожную карту, где многие уровни 2 используют «модульный подход».

В этой статье мы тщательно проанализируем тезис модульного блокчейна, выделим варианты его использования и преимущества, сравним и противопоставим его монолитным конструкциям блокчейна, таким как Solana, и выясним, как уровни 3, такие как zkLink Nova, используют модульный подход для решения проблем, связанных с фрагментация ликвидности и сложность блокчейна.

Что такое модульный стек?

Идея модульного подхода состоит в том, чтобы разбить свойства современных сетей блокчейнов, таких как Ethereum, на их основные части и создать специализированные сети для каждой части, чтобы улучшить масштабируемость при сохранении безопасности и децентрализации. Это попытка улучшить работу блокчейна, одновременно продвигаясь к трилемме блокчейна. Это связано с тем, что подход монолитного блокчейна в случае с Ethereum достиг своих пределов.

Чтобы подробнее остановиться на модульных блокчейнах, основные компоненты, на которых мы сосредоточимся в этом разделе, включают консенсус , расчет , доступность данных (DA) и исполнение . Эти элементы имеют основополагающее значение для работы блокчейнов.

Консенсус

В основе технологии блокчейн лежит уровень консенсуса. Этот уровень имеет решающее значение для достижения согласия между распределенными узлами относительно текущего состояния сети. Механизм консенсуса гарантирует, что каждая транзакция действительна и что все копии распределенного реестра (блокчейна) в сети синхронизированы. Без консенсуса не было бы возможности узнать или договориться о том, какая транзакция произошла первой.

Существуют различные механизмы консенсуса, в том числе «Доказательство работы» (PoW), «Доказательство доли» (PoS) и «Делегированное доказательство доли» (DPoS), каждый из которых имеет свои сильные стороны и недостатки. PoW, используемый Биткойном, требует вычислительной работы для проверки транзакций и добавления новых блоков в цепочку, обеспечивая безопасность посредством энергоемких процессов. PoS, принятый в Ethereum, выбирает валидаторов пропорционально их активам, снижая потребление энергии и стремясь к масштабируемости и безопасности.

По сути, все эти механизмы консенсуса делают одно и то же: создают правила для вознаграждения честных участников и наказания плохих участников, которые могут пытаться взломать сеть.

Урегулирование

Уровень расчетов относится к способности блокчейна служить окончательным и безотзывным реестром транзакций. На этом уровне фиксируется передача активов, что обеспечивает неизменность и постоянство транзакций. В традиционных финансовых системах расчет предполагает передачу права собственности на активы, и этот процесс может занять несколько дней. Напротив, блокчейны могут способствовать практически мгновенным расчетам на основе используемой ими цепочки и алгоритма консенсуса.

В контексте модульного стека (или объединений) уровни исполнения могут использовать более децентрализованную и безопасную платформу, такую как Ethereum, для обеспечения окончательности транзакций. Эффективность этого уровня тесно связана с механизмом консенсуса, поскольку он опирается на согласие сети проверять и записывать транзакции.

Существует множество объединений (объединений для конкретных приложений) и модульных решений, таких как Eclipse, которые используют различные сервисы для разных частей стека блокчейна. Однако основной цепочкой расчетов для этих решений, как правило, является Ethereum из-за его децентрализации, гарантий безопасности и исторического успеха как наиболее успешного блокчейна на основе смарт-контрактов.

Доступность данных (DA)

Доступность данных обеспечивает доступность любого типа информации в блокчейне. DA важен, потому что важно гарантировать, что все участники сети могут проверять транзакции и состояние блокчейна. Этот уровень решает проблемы хранения больших объемов данных в цепочке и обеспечения легкого доступа к ним для целей проверки и аудита.

Можно думать о DA как о «страховке» урегулирования. Валидаторы могут просматривать исторические транзакции и убедиться, что все транзакции до текущего момента действительны. Однако хранить данные в цепочке дорого, особенно в Ethereum, из-за ограниченного размера блока. Примечательно, что более 90% затрат на объединение приходится на использование Ethereum в качестве уровня доступности данных.

DA имеет решающее значение для масштабируемости и безопасности — поэтому накопительные пакеты должны нести эту стоимость Ethereum. Тем не менее, Celestia недавно запустила свой уровень DA за небольшую часть стоимости Ethereum и обещает предоставить аналогичные гарантии безопасности и доступности данных с выборкой DA и стирающим кодированием.

Исполнение

Уровень исполнения — это место, где происходят смарт-контракты и обработка транзакций. Он отвечает за вычислительную логику, которая позволяет DApps работать на платформах блокчейна. Смарт-контракты — это самоисполняющиеся контракты, условия которых непосредственно записаны в коде. Уровень исполнения обрабатывает логику и вычисления, лежащие в основе этих контрактов, обеспечивая широкий спектр приложений: от децентрализованных финансов (DeFi) до невзаимозаменяемых токенов (NFT) и многого другого.

Существует множество сред выполнения, таких как виртуальная машина Ethereum (EVM), виртуальная машина Solana (SVM) и многие другие. В каждой виртуальной машине существует набор определенных инструкций и операций, которые вы используете в виде блоков Lego для создания любого типа пользовательской логики в блокчейне.

Подведение итогов модульного стека

Благодаря модульной архитектуре блокчейны могут начать решать трилемму масштабируемости блокчейна посредством принципа разделения задач . Благодаря модульному уровню выполнения и доступности данных блокчейны могут масштабировать пропускную способность, в то же время сохраняя свойства, которые делают сеть ненадежной и децентрализованной, разрушая корреляцию между затратами на вычисления и проверку.

Сравнение преимуществ и недостатков модульной и монолитной конструкции блокчейна

Модульные конструкции блокчейнов предлагают ряд преимуществ по сравнению с традиционными монолитными системами блокчейнов, что может привести к улучшению масштабируемости, безопасности и специализации функций.

Масштабируемость

Модульный дизайн . Путем разложения блокчейна на различные уровни, каждый из которых отвечает за определенный аспект (например, консенсус, DA и исполнение), модульные блокчейны могут масштабироваться более эффективно. Каждый уровень может масштабироваться независимо или использовать разные механизмы, соответствующие его функциям, что позволяет уменьшить узкие места.
Монолитный дизайн . В монолитных блокчейнах все операции (обработка транзакций, консенсус и хранение данных) выполняются всеми узлами вместе, что может привести к проблемам масштабируемости, поскольку каждый узел должен обрабатывать каждую транзакцию и поддерживать полную копию реестра.

Возможность обновления

Модульная конструкция : обновления могут быть реализованы в модульной системе с меньшими помехами. Каждый модуль (как и уровни доступности данных) можно обновить независимо, не затрагивая работу других модулей.
Монолитная конструкция . Обновления часто требуют значительной координации и консенсуса во всей сети, что иногда приводит к хард-форкам (разделениям сети), которые могут иметь разрушительные последствия.

Специализация

Модульная конструкция : различные уровни могут быть оптимизированы для конкретных задач, что позволяет использовать специализированные технологии, которые лучше всего подходят для функций каждого уровня. Например, использование высокоэффективного механизма консенсуса, оптимизированного только для достижения консенсуса без необходимости обработки выполнения транзакций.
Монолитная конструкция : все узлы в сети выполняют все задачи, что ограничивает возможность оптимизации для конкретных операций, поскольку каждый узел должен быть достаточно общим, чтобы справляться со всеми задачами.

Инновации

Модульный дизайн . Модульный подход позволяет проводить больше экспериментальных разработок на изолированных уровнях, не ставя под угрозу основные функции сети. Это может ускорить инновации в отдельных областях, таких как решения по масштабируемости или алгоритмы консенсуса.
Монолитная конструкция . Изменения и инновации должны быть тщательно сбалансированы со стабильностью и безопасностью сети, что часто приводит к замедлению внедрения новых технологий.

Эффективность

Модульная конструкция : модули можно адаптировать для более эффективного выполнения конкретных задач, потенциально используя меньше энергии и ресурсов, чем монолитная система, где каждый узел делает все.
Монолитная конструкция . Необходимость того, чтобы каждый узел выполнял каждую функцию, может привести к неэффективности, поскольку система должна быть спроектирована так, чтобы вместить наименее эффективную часть.

В заключение, модульные конструкции блокчейнов часто рассматриваются как будущее технологии блокчейнов, особенно в контекстах, где масштабируемость и настраиваемость имеют решающее значение. Они предлагают гибкую, обновляемую и инновационную среду, которая может лучше удовлетворить конкретные потребности, чем монолитные системы, которые проще, но могут иметь проблемы с масштабируемостью и гибкостью.

Модульная структура блокчейна третьего уровня zkLink Nova

Модульный стек zkLink Nova обеспечивает беспрецедентную масштабируемость для создания децентрализованных приложений на базе нашей экосистемы. Каждый модульный компонент zkLink Nova можно обновлять независимо, что дает нам возможность предоставить разработчикам и пользователям повышенную производительность блокчейна за счет гибкого сочетания лучших технологий. Модульная структура zkLink Nova состоит из четырех уровней:

Уровень последовательности : сбор и упорядочивание транзакций.
Уровень выполнения : обработка транзакций и обновление состояний.
Уровень расчетов : завершение транзакций в базовой цепочке и выполнение вывода средств.
Уровень доступности данных (DA) : убедитесь, что данные доступны.

Кроме того, стоит отметить, что инновационная многоцепочечная схема расчетов zkLink Nova делает нас первой объединенной сетью 3-го уровня, которая может подключаться к Ethereum и множеству агрегированных пакетов 2-го уровня Ethereum с безопасностью, эквивалентной Ethereum.

Слой секвенирования

Уровень секвенирования в первую очередь отвечает за мониторинг депозитов в цепочке, поддержание состояния уровня 3, упорядочивание транзакций и объединение транзакций в блоки и пакеты.

zkLink Nova предоставляет пользователям службы RPC для взаимодействия с сетью, отправляя транзакции непосредственно в секвенсор zkLink Nova. zkLink Nova также имеет операторский модуль, который отвечает за мониторинг транзакций в цепочке (т. е. приоритетных операций) на базовых уровнях (т. е. Ethereum и подключенных накопительных пакетах уровня 2) и передачу приоритетных операций секвенсору .

Секвенсор zkLink Nova составляет список входящих транзакций, проверяет, соответствует ли каждая транзакция ограничениям, требуемым системой проверки, и при необходимости отклоняет транзакции. Действительные транзакции помещаются в небольшие блоки каждые 2 секунды и выполняются в zkEVM стека ZK. Чтобы распределить затраты на взаимодействие с уровнями расчетов, транзакции из нескольких блоков будут упакованы в пакет, который служит основной единицей для генерации доказательств и расчетов в цепочке.

Как и большинство накопительных пакетов, zkLink Nova начинается с модели централизованного секвенсора. Хотя этот подход обеспечивает определенную эффективность разработки, он также создает проблемы и риски, такие как введение потенциальной единой точки отказа, цензура транзакций и проблемы, связанные с извлекаемой майнерами ценностью (MEV), влияющие на справедливость и прозрачность сети.

Чтобы решить эти проблемы, zkLink Nova готовится внедрить децентрализованные решения для секвенсоров. Эти решения, включая такие платформы, как Espresso, Astria и Fairblock, направлены на снижение рисков централизации за счет обработки и проверки транзакций в сети распределенных узлов. Эта стратегия не только повысит безопасность и прозрачность сети, но также будет стремиться предложить пользователям более безопасное, справедливое и эффективное решение для объединения.

Уровень исполнения

Уровень выполнения предполагает выполнение транзакций, которые правильно обновляют состояние. zkLink Nova использует zkEVM (виртуальную машину Ethereum с нулевым разглашением) ZK Stack для выполнения смарт-контрактов и доказательства правильности выполнения с использованием доказательств с нулевым разглашением. Как и EVM, zkEVM переходит между состояниями после выполнения вычислений над транзакциями. Разница в том, что zkEVM также создает доказательства с нулевым разглашением для проверки правильности каждого шага выполнения программы.

zkEVM позволяет zkLink Nova быть совместимой с существующей инфраструктурой Ethereum. Таким образом, zkLink Nova предоставляет разработчикам простой способ разветвлять различные приложения, которые уже развернуты на Ethereum и Ethereum Layer 2 Rollups, тем самым закладывая основу для быстрорастущей экосистемы.

Расчетный слой

Уровень расчетов включает в себя среду для завершения транзакций в базовой цепочке(ях). Классическая сеть ZK Rollup обычно выбирает Ethereum в качестве базовой цепочки для проверки доказательств и проведения транзакций. Напротив, zkLink Nova может безопасно агрегировать ликвидность и собственные активы в Ethereum и его уровнях 2, позволяя пользователям вносить средства из подключенных сетей. Для достижения этой цели zkLink Nova применяет новую парадигму расчетов (т. е. zkLink Nexus), которая позволяет рассчитываться в нескольких объединенных сетях Ethereum Layer 2.

Чтобы оптимизировать затраты на проверку цепочки, одна сеть уровня 2 назначается основной цепочкой, ответственной за проверку ZKP и проверку согласованности транзакций внутри цепочки. В настоящее время Linea служит основной цепочкой для zkLink Nova, поскольку она может выполнять проверки zk-SNARK и обеспечивает быструю завершенность расчетов в основной сети Ethereum.

В то время как другие цепочки будут действовать как вторичные цепочки, которым не нужно выполнять проверку ZKP — посредством синхронизации состояний нескольких цепочек через канонические сводные мосты, переход на Linea эквивалентен завершению проверки во всех цепочках.

Процесс урегулирования включает в себя четыре этапа:

Cовершить : секвенсор отправляет zk-proof и пакет транзакций контракту верификатора в первичной цепочке.
Проверка доказательства : контракт zkLink проверяет достоверность доказательства zk.
Синхронизация : хеши синхронизации транзакций вторичных цепочек пересылаются в первичную цепочку через канонические мосты сводных сообщений. Первичная цепочка проверяет, соответствуют ли хэши синхронизации транзакциям внутри цепочки, ранее переданным секвенсором. После проверки согласованности ZKP и внутрисетевой транзакции пакет транзакций может быть завершен, а корень пакета будет отправлен во вторичные цепочки.
Выполнение : после успешного завершения пакета транзакций и изменения состояния каждая цепочка может продолжить обработку запросов пользователей на вывод средств.

Подробно: синхронизация состояний нескольких цепочек

zkLink Nova работает на базе технологии zkLink Nexus для расчетов в нескольких цепочках. В Nexus от zkLink пользователи могут вносить и выводить активы во всех подключенных сетях (Ethereum и Ethereum Layer 2). Активы пользователей фиксируются в смарт-контрактах в подключенных сетях и попадают в сеть zkLink Nova через канонический накопительный мост. zkLink Nexus может похвастаться безопасностью уровня Ethereum, достигаемой за счет синхронизации состояний нескольких цепочек путем передачи синхронизирующих хешей внутрицепных транзакций через службу канонических сводных сообщений.

Подключенные сети zkLink Nova можно разделить на два типа и выполнять разные роли:

Первичная цепочка : ZK-доказательства и обязательства по данным для пакетов транзакций на уровне 3 zkLink Nova передаются в первичную цепочку (уровень 2 Linea). Первичная цепочка отвечает за проверку ZKP и проверку целостности данных в цепочке с помощью хэшей синхронизации.
Вторичная цепочка : Вторичные цепочки отправляют хэши синхронизации в первичную цепочку через службу канонических сводных сообщений. После успешной проверки в первичной цепочке подтвержденный корень пакета передается обратно во вторичные цепочки, и запросы на снятие средств во вторичных цепочках могут быть выполнены.

Уровень доступности данных

Уровень DA обеспечивает доступность данных о транзакциях и состоянии. zkLink Nova выбрала режим Validium для хранения данных. В классическом режиме объединения большая часть затрат на газ Ethereum уходит на доступность данных, а не на проверку доказательств. Это связано с тем, что хранение данных в Ethereum требует очень больших затрат газа. В режиме Validium данные Nova хранятся вне сети с помощью Комитета доступности данных (DAC). Этот комитет по доступности данных контролирует правильное обновление состояния и сохраняет копии обработанных данных. В скором времени zkLink Nova будет интегрироваться с внешними решениями DA, например, Celestia, EigenDA, Avail и т. д., чтобы данные можно было хранить более децентрализованно и устойчиво к цензуре.

Будущее модульных блокчейн-проектов для L3, таких как zkLink Nova

Разработка и внедрение модульных конструкций на уровне 3, таких как zkLink Nova, могут открыть новые горизонты для технологии блокчейн, сделав ее более доступной, универсальной и эффективной для широкого спектра приложений и отраслей. Этот подход может в конечном итоге привести к более широкому внедрению и более инновационному использованию технологии блокчейн, поскольку ее становится легче настраивать и оптимизировать для различных нужд.

Модульная конструкция zkLink Nova, в частности, имеет потенциал:

провести определенную оптимизацию приложения или UX,
обеспечить расширенные функции безопасности и дополнительные решения по масштабированию,
расширить границы возможностей смарт-контрактов и
Улучшите UX, сосредоточив внимание на модулях взаимодействия с пользователем, которые плавно интегрируют функции блокчейна в повседневные приложения, делая технологию блокчейна невидимой для конечных пользователей.

Заключение

Текущее состояние модульной технологии блокчейна знаменует собой значительную эволюцию в архитектуре систем распределенного реестра, устраняя присущие ограничениям традиционных монолитных блокчейнов путем повышения масштабируемости, безопасности и гибкости.

Поскольку ландшафт блокчейнов продолжает развиваться, будущее модульных конструкций кажется весьма многообещающим, особенно с развитием решений уровня 3, которые подчеркивают функции агрегирования ликвидности и упрощенные среды разработки. Эти достижения призваны обеспечить создание более сложных и адаптированных приложений блокчейна в различных отраслях, предлагая оптимизированную эффективность использования капитала, производительность децентрализованных приложений, расширенные функции безопасности и более дружелюбный пользовательский интерфейс.

Ожидается, что благодаря постоянным инновациям и более широкому распространению модульные блокчейны будут играть решающую роль в широкой интеграции технологии блокчейнов в основные приложения, что в конечном итоге сделает технологию более доступной и эффективной для более широкого спектра вариантов использования.