比較以太坊2.0 與Near、Polkadot，解讀模組化區塊鏈的未來

「模組化區塊鏈和單體區塊鏈的關係是互補而非對抗。」

原文標題：《Co-exist Future of Smart Contract Platforms》

撰寫：FF，LBank Labs 研究團隊

編譯：Sharon，BlockBeats

編按：

模組化區塊鏈，已成為包括a16z 等投資機構在內的加密社群成員認定的2024 發展趨勢之一。同時，以太坊坎昆升級在即，社群內對於模組化區塊鏈和單片區塊鏈技術的討論眾說紛紜。 LBank 近日發文對此給出了自己的看法，透過將以太坊2.0 與Near、Polkadot 的底層技術架構進行對比分析後，LBank 認為不應該將模組化區塊鏈和單體區塊鏈視為對抗性的，而應該視為互補的，模組化鏈可以作為單體鏈的中間件，而單體鏈可以作為模組化鏈的特定層。它們互相學習彼此的優勢和劣勢，共同發展。 BlockBeats 將原文編譯如下：

TL； DR

本文是我們先前研究的續篇，標題為《模組化敘事中的機會》。在那篇文章中，我們深入探討了由以太坊和Celestia 推動的模組化浪潮，並找出了各種機會。

然而，值得注意的是，模块化叙事不应该限制我们的视角。在过去的几年里，区块链技术取得了显著的进步，出现了单片（monolithic）和模块化（modular）区块链架构。

在本文中，我們將首先分析這兩種架構方法，並將以太坊與前一個週期的其他以太坊競爭對手進行比較。令人驚訝的是，它們之間的相似之處比人們想像的更多。

接下來，我們將探討與這兩種架構方法相關的挑戰和具體考慮因素，同時展望智能合約平台共生的未來。過去，區塊鏈生態系統主要由單片區塊鏈主導，每個新的L1 區塊鏈都獨立運作，導致市場上出現了激烈的競爭和有限的合作；然而，我們現在處於一個鏈與鏈之間的連接和互通性比以往任何時候都更發達的階段。因此，我們更傾向於開放平台，無論其是模組化還是單片化。

所有區塊鏈架構都會導向擴展

本節詳細比較了以太坊和其他單片區塊鏈之間的差異和相似之處，突顯了它們在架構設計上的差異。同時，文章討論了模組化設計與單片架構之間的區別，以及實現真正可擴展性所涉及的挑戰。

儘管以太坊本身採用了模組化設計，但它也採用了分片作為實現可擴展性的手段。分片允許在多個分片之間並行處理交易和數據，從而提高吞吐量和容量。

然而，分片的實施也帶來了一系列挑戰，例如確保資料的可用性、交易的最終性以及促進跨Rollup 交易。克服這些挑戰需要仔細考慮和創新解決方案，以成功地將分片整合到單片區塊鏈中。分片的範例包括以太坊、Near 和Polkadot。

ETH 2.0 與Near

Nightshade 設計的過去

對比以太坊2.0（ETH2.0）和Near Protocol 主要集中在它們方法的關鍵差異。以太坊的方法涉及以Rollup 為中心的分片，其中執行層和資料可用性層被解耦。這利用了底層的L1 來提供安全性，並透過Rollup 實現可擴展性。

而Near 則決定從一開始就建立一個分片網絡，充分考慮資料分片和執行分片在其內建架構中的存在。這是第一個關鍵差異。以太坊的Rollup 中心方法設計相對簡單，但仍需要資料可用性分片（Danksharding），以使L2 能夠有效運作。

下面清楚地解釋了第二個關鍵差異。與常見的信標鏈（beacon chain）和中繼鏈（relayer chain）相比，Near 選擇了不同的分片解決方案。 Near 本身分為不同的分片，每個分片負責作為區塊的一部分產生和儲存區塊。

所謂的「Nightshade」設計使得在分片之間實現無縫的智慧合約讀寫成為可能，儘管這對開發人員提出了更高的門檻。對於用戶來說，他們甚至不會意識到他們與之互動的分片。

在上一篇文章的模組化敘事中，我們討論了可組合性和互通性問題的解決方案。然而，對於Near 來說，這不是問題，因為其內建分片本質上允許跨分片交易，類似於L2 中的跨Rollup 交易。

Nightshade 的路線圖包括以下階段：

• 第0 階段：簡單的Nightshade，只有一個分片；
• 第1 階段：Chunk-only 生產者（編者註：指全權負責在一個分片（網路上的一個分區）中產生區塊）的生產者）；
• 第2 階段：完整的Nightshade，其中沒有驗證器追蹤所有分片；
• 第3 階段：根據負載動態調整分片數量。

在進展方面，Near 目前處於第1 階段和第2 階段之間。去年引入的Chunk-only 生產者只能追蹤一個分片的狀態。然而，仍然有全節點驗證器負責維護全域狀態。

進行中的Starsight：以ZK 為中心的分片

雖然Near 在分片設計方面處於領先地位，但它也從以太坊的革命中吸取了許多經驗。為了實現第2 階段的目標，任何驗證者都不應追蹤所有分片。相反，“fisherman（漁夫）”充當安全衛士，監控狀態並在挑戰中產生欺詐證據。其核心設計與Optimistic Rollup 非常相似，但要完全實現它是複雜的。

這就是為什麼許多協議正在放棄這種解決方案。例如，Optimism 已經轉向zk 解決方案，Arbitrum 不允許提交未經許可的詐欺證明。顯然，zkRollups 是以太坊的未來。我們也可以在Near 的新分片設計中看到zkRollups 的影響。

無狀態驗證

如果有更好的解決方案來消除遊戲背後的挑戰呢？這就是Near 引入無狀態驗證的地方。無狀態驗證產生狀態驗證，無需將狀態交給其他分片。有了狀態見證人，就不再需要「fisherman」或詐欺證明了。

在無狀態驗證的設定中，有兩種類型的驗證器。之前的全節點驗證器現在被更改為無狀態驗證器，而區塊提議者保持不變。區塊提議者負責產生區塊和狀態見證人，他們需要在本地維護分片的狀態。

另一方面，無狀態驗證器接收狀態見證人，以驗證每個區塊的狀態轉換。透過引入驗證器輪換，幾乎不可能讓驗證器損壞一個分片。

引入无状态验证带来了许多好处。运行无状态验证器的成本比以前低得多，可以让更多的验证器加入共识。这提高了整个网络的去中心化程度。对于块提议者来说，随着添加更多的分片，每个分片的状态将会更小。由于区块链的瓶颈主要是状态读写，如果状态完全保存在内存中，单个分片的性能可以得到显著提高。

零知識證明的魔力

在零知识证明（ZKP）出现之前，状态见证人传统上在 MPT 中被使用。然而，随着 ZKP 的成熟和最新发展，包括 Near 在内的许多协议已经积极接受了这一过渡。ZKP 以其提供的简洁性和隐私特性脱颖而出，显著降低了状态转换验证的成本。除了其压缩数据外，ZKP 体积小且易于验证。通过利用递归证明，可以集体验证所有分片的状态。

分片的状态转换证明包括三个基本要素：确保块哈希的正确性，确认执行过程中使用的状态的准确性，以及验证运行时执行。目前，仍存在一个挑战——尽管过去一年取得了显著进展，但生成证明的时间仍超出预期。

隨著對證明系統和工程能力的持續增強，預計這種情況將進一步發展。這也是為什麼Near 與Polygon 合作共同建構zkWASM 的原因。

為了維持目前的快速確定性而不影響使用者體驗，Near 進行了模組化調整。 Starsight 已將共識和執行解耦，使共識能夠獨立運行，決定哪些交易將包含在一個區塊中。遠端過程呼叫（RPC）提供了樂觀的終結性。一旦特定狀態轉換的證明產生完成，它就會提交到一個區塊中，隨後驗證者驗證證明的有效性。

該證明充當新狀態根和新的傳出收據根的確認。在這種情況下，零知識證明的功能類似於狀態見證人。然而，ZKP 只能由共識來確認或拒絕，消除了驗證器輪換的需要。 ZKP 透過數學確保正確性和安全性，其運作方式與繼承以太坊安全特性的Rollup 非常相似。

模組化設計在單體鏈中可以提供額外的好處。 Starsight 的靈活性在於它不僅適用於現有的Near WASM 運行時，還適用於任何可以為狀態轉換產生zk 證明的運行時，例如EVM 和Move。

ETH 2.0 與Polkadot

相同的設計哲學

以太坊2.0 和Polkadot 之間的相似之處超出了最初的預期，Gavin Wood 實施的共同性強調了這一證實。有人甚至提出Polkadot 代表了ETH 2.0 的最終目標，儘管這並不完全準確，但這個類比捕捉到了一個基本的真相。

從我們的角度來看，Polkadot 在工程實現上展現出更高水準的成熟度。在沒有零知識證明之前，以太坊以Rollup 為中心的架構與Polkadot 的設計緊密結合。直接的術語比較可以顯示出它們在最終目標上的驚人相似之處。

信標鏈與中繼鏈

信標鏈作為協調層，強調以rollup 為中心的方式中的數據可用性；中繼鏈負責訊息中繼和維護平行鏈的數據，共享安全性源自中繼鏈，以太坊定位自己是在繼承安全性性。

Rollup 與平行鏈

平行鏈負責執行交易，在中繼鏈上發布數據，並自訂自己的狀態轉換；Rollup 在L1 之外執行交易，然後將數據發佈到L1 並達成共識的實現。

一致的設計理念顯而易見：保持基礎層簡單、維護資料可用性、協調訊息，並利用上層來充分增強功能和可擴展性。

不同的策略和週期導致不同的結果

儘管共享相同的設計理念並朝著共同的目標邁進，但這兩個區塊鏈的當前狀態差異巨大。根據Etherscan 和Subscan 的統計數據，以太坊的每日交易量超過100 萬，而Polkadot 最近幾天僅有12,000。至於每日活躍帳戶，我們在以太坊上看到的資料是395,000，而在Polkadot 上則是8,000。

它們當前狀態的差異主要歸因於它們各自的策略。 Polkadot 追求實現終極架構，故意放棄了智慧合約功能。開發者需要建立“pallets”，即應用鏈模組，這對許多人來說是一個沉重的負擔。激進的策略與卡槽拍賣（slot auction）的高門檻相結合，導致生態系統缺乏足夠的活力來抵消這些挑戰。

與之相對的是，以太坊優先考慮市場，旨在迎合市場需求。它相應地調整其路線圖，採取循序漸進的方式前進。

雖然我們不會深入探討以太坊繁榮和Polkadot 衰退的具體原因，但ETH 2.0 與Polkadot 之間的比較為我們提供了有關區塊鏈架構未來以及開放、協作生態系統潛力的有價值的見解。

卓越的抽象概念和標準

儘管它目前面臨挑戰，但Polkadot 擁有許多值得探索和借鑒的先進設計。

來自Polkadot 生態系統的傑出貢獻是子狀態框架（substate framework），為應用鏈提供了卓越的抽象概念。該框架使專案方能夠輕鬆啟動自己的鏈。在Polkadot 生態系統之外，我們觀察到在Substrate 上建造的許多活躍鏈，包括Polygon Avail 和Starknet Madara 等項目，更不用說眾多的獨立鏈。

雖然對智慧合約開發者來說，「pallets」可能構成技術負擔，但它們為協議開發者提供了強大的抽象工具。這些「pallets」可以在所有Substrate 鏈上重複使用，有助於促進社區共識和標準化工作。這個特性允許為特定應用進行專業化和最佳化。

目前，資源即服務(RaaS) 的趨勢，如OP stack 和Polygon CDK，展示了一定程度的抽象。然而，與Substrate 相比，這些類似開源儲存庫的倡議仍然不夠全面。隨著RaaS 的發展，我們可以預期在客製化和鏈模組的可用性方面會有更大的提升。

Polkadot 的第二个显著特征是 Cross-Consensus Message Passing (XCMP，跨共识消息传递 )，这是一种消息协议，使得平行链能够在不通过中继链的情况下交换任意消息。这意味着智能合约可以在同一平行链内以及不同平行链之间无缝调用彼此。

相比之下，在与以太坊上的不同 Rollups 进行交互时，需要进行资产桥接和网络切换。这个过程带来了流动性分散和互操作性破坏等挑战。为解决这些问题，我们主张以太坊基金会在标准制定中发挥领导作用，并积极推广这些标准在各个 Rollup 中的应用。这种做法，将对以太坊及其相关生态系统未来更加无缝和互操作的发展产生显著贡献。

Polkadot 的最後一個重要進展是實現了一個鏈上治理模組，有效地將Polkadot 轉變為真正的元協定。該模組賦予利益相關者直接在鏈上投票的權力，決定鏈升級的命運。一旦達到預定的門檻，鏈將自主執行運行時升級。這代表了與當今以太坊主要的社會共識機制相當大的改變。

需要解決的挑戰

上述比較表明，雖然存在細微差別，但智慧合約平台的本質仍然基本一致。因此，單體區塊鏈和模組化區塊鏈都面臨某些挑戰。

在本節中，我們將探討整個智慧合約平檯面臨的兩個常見挑戰，然後再深入研究與模組化鏈相關的具體問題。

關鍵創新困境

智慧合約平檯面臨的主要挑戰之一，是建立一個競爭且創新的環境。 EVM 相容的L1 解決方案的普及已經變得有些單調，即使Vitalik Buterin 也根據其相容性對它們進行了分類。

在承認突破性的EVM 和Solidity 的歷史意義的同時，認識到技術隨著時間的推移而發展也至關重要。堅持EVM 的合法性和傳統性質可能會限制進步，特別是面對以太坊的區塊限制。

對不同架構、虛擬機器（VM）和智慧合約語言的興奮感源於擺脫EVM 限制的願望。在這些方面的多樣性吸引了喜歡使用不同程式語言和智慧合約功能的開發人員和使用者。例如，在初級市場上，Move VM（Aptos、Sui）和Cario VM（Starknet）由於帶來創新和可能性的期望而獲得了高估值。

在押注下一個創新平台時，必須承認EVM 市場份額的主導地位。但隨著市場的成熟，它往往會陷入雙頭壟斷的格局，如Android & iOS 和Windows & Mac 等例子。

WASM 是EVM 的強大競爭對手，其中Solana 是最大的參與者。儘管受到批評，但Solana 的關鍵創新，例如歷史證明(POH) 時鐘、Optimistic 並發控制(OCC) 和無內存池交易轉發協議，都使其與其他協議區分開來，並打破了傳統的區塊設計限制。

如何建立廣泛共識

這裡提到的共識超越了狹隘的技術層面，涉及廣泛的社會共識領域。

從共識的角度來看，許多L1 和L2 選擇EVM 相容性是可以理解的。這種選擇為它們提供了最簡單的連接以太坊生態系統的途徑。然而，隨著EVM 鍊和Rollup 數量的增加，遞減的邊際效用往往會吸引短暫且不忠實的開發人員和用戶，他們可能在收到空投後迅速離開。

除了EVM 相容性之外，透過重新抵押建立共識，還提供了另一種吸引現有社區參與的引人注目的敘事。從零開始建構變得越來越複雜，強調了選擇正確的重新抵押資產的重要性。一個微妙但關鍵的一點是，假設所有模組化層都使用L1 安全衍生品（LSD）來確保安全性，單體區塊鏈和模組化區塊區塊鏈之間的差異就會減少。

此外，一些協議將其影響擴展到更廣泛的Web2 用戶群體，特別是在遊戲領域。儘管這種方法是有效的，但它需要強大的業務拓展工作。許多傳統參與者喜歡擴大用戶群，以此作為在不斷變化的環境中達成共識的手段。

模組化鏈的具體問題

儘管模組化區塊鏈在連接的鏈或模組之間有效地分配工作負載，但解決特定挑戰對於實現真正的可擴展性至關重要。模組化鏈的關鍵關切包括碎片化、脆弱性、跨Rollup 執行和中心化。

1. 片段化：片段化源自於不同層之間的激烈競爭。儘管當前的競爭對手可能不會立即合作，但全能協議和帳戶抽象的演進，預計將為用戶提供在各種產品之間無縫體驗；

2. 脆弱性：脆弱性源自於不同層之間不同的安全性假設。在模組化區塊鏈中，每個模組都是獨立運作的，引入了潛在的脆弱性。當特定層遇到問題時，它可能會影響其他整合的層——這是朝向模組化的過程中固有的權衡；

3. 跨Rollup 執行：在模組化區塊鏈中，跨Rollup 執行對於實現模組化區塊鏈互通性至關重要。標準化協議的缺乏阻礙了不同模組之間的無縫整合。此外，非同步執行（asynchronous ution）問題，即在分片中固有的問題必須解決，以實現模組化區塊鏈的真正可擴展性；

4. 中心化：儘管Rollup 的去中心化可能不像L1 的去中心化那樣關鍵，但它仍然是一個重要的安全問題。去中心化對於確保活力、抗審查和避免壟斷優勢是必要的。協議正在積極致力於透過分片排序器、抽象樣板程式碼以及僅向鏈開發人員公開業務邏輯等解決方案來解決這些問題。採用這些解決方案可能有助於解決跨Rollup 執行問題。

合作與包容的未來

透過審視上述兩個部分，清楚地看出模組化和單體化區塊鏈代表了不同時代的產物，在不可能三角中體現了權衡，並反映了不同的哲學選擇。

多年來，加密領域一直陷入單體化區塊鏈的循環中，每個新的L1 都在建立一個封閉系統，促使激烈的零和競爭。這種環境通常導致極端主義，因為各平台都在爭奪其生態系統中的使用者。

模組化區塊鏈的出現引入了一種合作與包容的方法，強調不同鏈之間的協作和互連——這對整個行業來說都是一種積極的發展。合作方法允許模組無縫地協同工作，增強整體功能和使用者體驗。

此外，模組化區塊鏈的合作性質促進了創新和專業模組的發展。不同鏈之間的協作和資源共享使開發人員能夠專注於特定領域的專業知識，從而產生量身定制的高品質模組，適用於特定的用例。此外，單體鏈的突破可以解耦並依序合併到模組化層。

至關重要的是，不要將模組化區塊鏈和單體區塊鏈視為對抗性的，而應該視為互補的。它們互相學習彼此的優勢和劣勢，共同發展。它們之間的界限可能並不明顯，因為模組化鏈可以作為單體鏈的中間件，而單體鏈可以作為模組化鏈的特定層。

與其專注於範疇上的區別，重點應該轉向培育一個開放的網絡，接納關鍵創新，並建立廣泛的共識。

附錄：

跨共識訊息格式（XCM）介紹·Polkadot Wiki

Polkadot：新互聯網的基礎 |作者：傑克普拉茲 |波卡網路 |中等的

底層——Web3技術棧

OP 棧格局 | ON 堆疊文檔

OpenGov：什麼是 Polkadot Gov2 |月光網絡

NEARCON 2023 |第 2 層階段 — 第 2 天 — YouTube

以太坊路線圖 |以太坊網站

有狀態 vs 無狀態架構：為什麼無狀態獲勝 |維塔桑特

NEAR——區塊鏈營運 | NEAR 文件

Polygon CDK 實作提供者

OP 棧格局