“模块化区块链”的想法正在成为围绕可扩展性和区块链基础设施的类别定义叙述。

?这个论点很简单：通过分解第 1 层区块链的核心组件，我们可以对各个层进行 100 倍的改进，从而形成一个更具可扩展性、可组合性和去中心化的系统。在我们详细讨论模块化区块链之前，我们必须了解现有的区块链架构以及区块链在当前实现中面临的限制。 

资料来源：以太坊基金会

什么是区块链？

让我们简要回顾一下区块链的基础知识。区块链中的区块由两部分组成：区块头和与其关联的交易数据。区块通过“完整节点”进行验证，这些节点解析和计算整个区块数据，以确保交易有效，并且用户发送的 ETH 不会超过他们的账户余额。

让我们还简要概述组成区块链的功能“层”。

• 执行

交易和状态更改最初在此处处理。用户通常还通过该层通过签署交易、部署智能合约和转移资产与区块链进行交互。

• 结算

结算层是验证 Rollup 执行和解决争议的地方。该层不存在于单体区块链中，是模块化堆栈的可选部分。与美国法院系统类比，将结算层视为美国最高法院，为争议提供最终仲裁。

• 共识

区块链的共识层通过全节点网络提供排序和最终确定性，下载和执行区块的内容，并就状态转换的有效性达成共识。?

• ?数据可用性

验证状态转换是否有效所需的数据应发布并存储在该层上。如果发生恶意区块生产者扣留交易数据的攻击，这应该很容易验证。数据可用性层是区块链可扩展性三难困境的主要瓶颈，我们稍后会探讨原因。

例如，以太坊是单体的，这意味着基础层处理上述所有组件。 ?

资料来源：ResearchGate

区块链目前面临一个称为“区块链可扩展性三难困境”的问题。与分布式系统的 Brewer 定理类似，区块链架构通常会在去中心化、安全性或可扩展性中的一个方面做出妥协，以便为其他两者提供强有力的保证。

?安全性是指网络在受到攻击时保持运行的能力。这个原则是区块链的核心原则，永远不应该妥协，所以真正的权衡通常是在可扩展性和去中心化之间。

让我们在区块链系统的背景下定义去中心化：为了让区块链去中心化，硬件要求不能成为参与的限制，验证网络的资源要求应该很低。

可扩展性是指区块链的吞吐量除以其验证成本：区块链处理越来越多的交易同时保持较低的验证资源需求的能力。增加吞吐量的主要方法有两种。首先，您可以增加区块大小，从而增加可以包含在区块中的交易容量。不幸的是，更大的区块大小会导致网络中心化，因为运行完整节点的硬件要求会随着对更高计算输出的需求而增加。特别是单体区块链遇到了这个问题，因为吞吐量的增加与验证链的成本增加相关，从而导致去中心化程度降低。其次，您可以将执行转移到链下，将计算负担从主网络上的节点转移，同时利用允许验证链上计算的证明。

?借助模块化架构，区块链可以通过关注点分离的原则开始解决区块链可扩展性的三难困境。通过模块化执行和数据可用性层，区块链能够扩展吞吐量，同时通过打破计算和验证成本之间的相关性来保持使网络去信任和去中心化的特性。让我们通过引入故障证明、Rollup 以及它们与数据可用性问题的关系来探索这是如何实现的。

?故障证明和 Optimistic Rollup

Vitalik 在《终局游戏》一文中指出，中心化和去中心化之间可能的妥协是，出于可扩展性目的，区块生产的未来中心化于矿池和专业生产者，而区块验证（保持生产者诚实）应该重要地保持去中心化。这可以通过将区块链节点拆分为完整节点和轻客户端来实现。该模型存在两个相关问题：区块验证（验证计算是否正确）和区块可用性（验证所有数据是否已发布）。让我们首先探索它在区块验证中的应用。

?全节点下载、计算和验证区块中的每笔交易，而轻客户端仅下载区块头并假设交易有效。然后，轻客户端依赖全节点生成的故障证明来进行交易验证。这反过来又允许轻客户端自主识别无效交易，使它们能够在与全节点几乎相同的安全保证下运行。默认情况下，轻客户端假定状态转换是有效的，并且可以通过接收故障证明来质疑状态的有效性。当一个节点的状态受到故障证明的挑战时，通过一个全节点重新执行相关交易来达成共识，导致不诚实节点的权益被削减。

?来源：https://ethereum.org/en/developers/docs/scaling/optimistic-rollups/

轻客户端和故障证明模型在诚实少数假设下是安全的，其中至少存在一个诚实的全节点，具有提交故障证明的链的完整状态。该模型与分片区块链（例如合并后的以太坊架构）特别相关，因为验证者可以选择在一个分片上运行完整节点，在其余分片上运行轻客户端，同时在所有分片上保持 N 中的 1 个安全保证。

?Optimistic Rollups 利用此模型将区块链执行层安全地抽象为排序器，即捆绑和执行多个事务并定期将压缩数据发布回父链的强大计算机。将此计算转移到链外（相对于父链）可以使交易吞吐量增加 10-100 倍。我们如何才能相信这些链下测序仪保持良性？我们引入了债券，运营商必须质押以运行测序仪的代币。由于定序器将交易数据发布回父链，因此我们可以使用验证器（观察父链与其汇总之间的状态不匹配的节点）来发布故障证明并随后削减恶意定序器的赌注。由于乐观汇总使用故障证明，因此假设网络中存在一个诚实的验证者，它们是安全的。故障证明的这种使用是乐观汇总的名称来源 - 假设状态转换是有效的，直到在争议期间证明其他情况，在结算层处理。