「模塊化」的以太坊時代：PoS 、分片以及Rollups
編輯：南風
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現在我們處於這個階段，即很明顯以太坊正在開發模塊化的設計架構。那些使區塊鏈之所以成為「區塊鏈」的屬性正在呈現差異化趨勢，以使每條鏈都實現自身最優化的願景。
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臭名昭著的01.區塊鏈的「三難困境」臭名昭著的
可擴展性：去中心化：
去中心化：安全性：
安全性：圖片描述
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上圖：區塊鏈的不可能三角：此三角形的每一邊都只能實現兩個屬性為什麼會這樣呢？為什麼區塊鏈不能一次性同時實現足夠的去中心化、安全性和可擴展性？這是因為傳統區塊鍊是單片式的。
(monolithic)。區塊鏈總是試圖在主鏈(L1) 上實現所有這三個目標。然而，
當我們將這些組件進行模塊化時，區塊鏈三難困境的局限性就蕩然無存了區塊鏈的三個組件一級標題
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一級標題區塊鏈的底層組件。執行：共識：
共識：執行：
執行：數據可用性：
數據可用性：數據可用性：
數據可用性：
由區塊鏈L1 (主鏈) 保證可以被引用的數據。構成了區塊N 的所有數據。
在深入解釋之前，讓我們用一個類比來熟悉這些術語。假設這是一個週三的早晨，你正前往當地的一家富國銀行分行，想要存入一張100 美元的支票。
你的賬戶狀態是你的銀行餘額，裡面目前存有69,420 美元。
現在，這個“N+1”的新狀態(也即69,520 美元) 反映在了你的富國銀行手機App、Web 端以及其他分行機構上。之所以有這樣的共識，是因為所有的更新都發生在一個中心化的數據庫中，只有持有憑證的人才能訪問該數據庫。
共識
共識
共識
在共識的類別中，主要包括了PoW(工作量證明) 和PoS(權益證明) 兩類共識。這些共識機制決定了將新區塊添加進區塊鏈中的方式，以及共識參與者對於區塊的正確性達成一致的方式。
執行
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區塊N 包含了一些特定的狀態，這些狀態代表了數據(如狀態餘額、合約代碼等) 是如何從區塊N-1 轉變而來的。然後驗證者從區塊鏈的內存池(mempool，也稱交易池)中抓取一些新的交易，並通過生產區塊N+1 來對區塊N 中的狀態進行更新，也就是獲取區塊N 的狀態，然後根據從內存池中抓取的這些交易來更改這一狀態。區塊鏈的內存池(mempool) 中包含了所有等待被礦工/驗證者打包確認的交易，就像銀行中一群等待獲取銀行服務的客戶一樣。
數據可用性
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數據可用性
這也使得這些數據非常重要和昂貴。這些可用的數據量非常有限(我們稱之為稀缺的區塊空間)。當你向區塊鏈增加一些數據(比如發送一筆交易或者部署一份合約) 時，你實際上是在將該數據添加到運行這條區塊鏈節點的所有計算機(節點)中，而且是永久性地添加。我們知道，區塊鏈上的記錄是不可篡改的，這意味著系統中存儲的數據可以說是人類創造的最有價值的數據。
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02. 單片式區塊鏈
單片式區塊鏈(Monolithic Blockchains) 是指試圖在L1 (主鏈) 上同時完成共識、執行和數據可用性這三件事的區塊鏈。基本上來說，截至目前的大多數區塊鏈，包括當前的PoW 以太坊鏈，都是單片式區塊鏈。
單片式區塊鏈的問題在於，它們受到了「區塊鏈三難困境」的束縛。由於同一個區塊鏈的L1 層要負責提供使區塊鏈之所以成為「區塊鏈」的三個底層組件(即共識、執行和數據可用性)，優化其中一個屬性就會對其他兩個屬性帶來約束：
想要擁有更快的出塊時間和更大的區塊大小，從而提供更多的區塊空間？那麼可以減少能夠與區塊鏈保持同步的節點數量。這樣一來，世界上的那些緩慢的計算機就不會拖累區塊鏈的速度了。
想要更快地確認交易？可以減少節點數量，這樣需要進行計算的計算機(節點) 總數量就更少了。這樣一來，我們就不會有一堆冗餘的計算機來進行相同的計算工作；但也意味著，我們只能信任少數的幾個節點，相信這幾個進行繁重計算工作的節點不會對網絡撒謊。
單片式區塊鏈的時代即將結束。
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一級標題03. 模塊化的區塊鏈
模塊化的區塊鏈(Modular Blockchains) 採用了目前單片式區塊鏈L1 的三大組件(共識、執行和數據可用性)，並將它們進行了劃分。就想勞動分工一樣，
將這三個組件進行拆分後，使我們能夠優化每個組件，並生產出更好的產品，使得整體大於部分之和。(1) 通過Rollups 實現模塊化執行Rollups 處理交易的速度要比L1 主鏈快幾個數量級！
通過創建一個獨立於以太坊L1 的鏈下交易執行環境，並在處理完交易之後更新L1 的狀態，
Rollups 無須承擔共識和數據可用性的責任。
Rollups 鏈不需要像高度去中心化的L1 鏈那樣關注共識和數據可用性；相反，Rollups 鏈可以自由地在共識和數據可用性方面做出任何犧牲，因為Rollups 鏈以加密的方式與以太坊L1 緊密關聯。換句話說，Rollup 是基於一組規則通過在以太坊L1 上發起一筆交易而創建的，Rollup 承諾遵守這一組規則。從Rollup 鏈初始化的那一刻起，它就向以太坊L1 做出了一個加密承諾，即它將遵守這些規則。Rollups 的“最初承諾”為其自身設定了交易管理方式的限制(也即，Rollups 承諾提交有關所有交易都是合法的數學證明)，以及以太坊L1 的安全性如何橋接至Rollups 上，同時不會將L1 緩慢的共識和受限的數據可用性移植到Rollups 中。
在這筆初始化Rollup 的交易中，給予了任何用戶都可以將自己的資金從Rollup 中撤出來的能力，這被稱為「逃生艙」，意味著當某個Rollup 網絡崩潰或者變得懷有惡意時，用戶可以通過一筆L1 交易來跳出逃生艙。
一個崩潰的Rollup 網絡就像是一個壞掉的電梯，只是此時的電梯變成了步行梯。
無論Rollup 是否在線並正常運行，Rollup 與以太坊L1 之間都存在一座「橋樑」，該橋樑允許以太坊L1 的結算保證延伸到Rollups 上面。
該橋樑將以太坊L1 的安全性和去中心化連接到了Rollups 的交易執行環境中。有了這座橋樑，以太坊的每個模塊相互補充；安全性模塊(PoS) 被添加到可擴展性模塊(Rollups) 中。一個模塊的屬性融入到另一個模塊的屬性中，這就是Rollups 如何在不妥協的情況下同時實現規模化和去中心化。
Rollups 的維護成本幾乎為零，而且Rollups 網絡在任何給定時間都僅需很少數量的節點處於活躍狀態，同時這些節點也不需要為了保證安全性而承擔昂貴的共識機制。
以太坊L1 提供了安全性，並維護去中心化，因此Rollups 無需如此。
某些類型的Rollups 甚至可以擁有與中心化服務器一樣高的性能。實際上，對Rollups 的進一步創新將可以使它們擁有比中心化數據庫更高的性能。(2) 通過PoS 驗證者實現模塊化安全PoS 共識機制創造了一個負責為系統提供安全性的無形對象，也即
被質押在PoS 網絡上虛擬貨幣
。這種使用區塊鏈原生貨幣來驗證區塊鏈的方式，解耦了物理(挖礦) 硬件與網絡安全性之間的聯繫。
通過PoS 機制，不再需要特定的計算機來負責網絡安全，現在所有計算機都可以用於負責網絡安全。由於ETH 可以在任何联網的計算機上進行質押，這體現了為資產本身提供安全性的價值。
在PoS 共識中，以前維護PoW 網絡的物理(挖礦) 資金成本轉變成了購買PoS 代幣的成本，從而提高了資產的資本效率。與物理挖礦硬件不同，PoS 資產不會隨著時間的推移而退化，因此PoS 驗證者基本上不需要通過售出資產來支付運營成本。
就以太坊PoS 信標鏈而言，將運行一個驗證節點的經濟成本降低至32 ETH和一台計算機，這增加了區塊鏈驗證者的潛在總數量。雖然32 ETH 的成本依舊昂貴(撰文時價值約128,000 美元)，但這已經比最小可行的PoW 挖礦作業(數千萬美元) 低了一個數量級。此外，像Lido 和Rocketpool 這樣的去中心化質押池允許用戶將任意數量的ETH 聚集起來進行質押，使得32 ETH 的限制不再成為硬性限制。
PoS 網絡消除了驗證網絡的硬件要求，使普通消費級設備也能夠足夠強大地參與區塊鏈的驗證。這就優化了區塊鍊網絡與硬件之間的聯繫。通過最小化硬件設備的作用，可以最大限度地提高區塊鏈的可及性，並為最大數量的人參與區塊鏈驗證提供了可能性。 PoS 將參與網絡驗證的資本要求降到了最低。
自以太坊PoS 信標鏈上線以來，以太坊現在有了兩個同質池，當新舊兩條鏈合併時，這兩個池就變成了一個模塊化的網絡安全池，也即所謂的「驗證者池」，這將是以太坊獲得其安全性的來源。
以太坊的開發者們表示希望看到有1000 萬枚ETH 被質押進來才算“安全”：質押1000 萬枚ETH，每名驗證者質押32 ETH，這就相當於網絡中需要312,500 名驗證者。
將以太坊的安全性顆粒化為單個驗證者實例，允許信標鏈將這些驗證者實例導向任何需要這些資源的地方，從而給予了以太坊在如何分配其安全性資源方面最大的選擇。
由於擁有一個可用的模塊化安全資源池(也即驗證者池)，這使得以太坊能夠通過分片(sharding)來實現數據存儲能力的模塊化。
(3) 數據可用性的最大化：分片
分片將使L1 中可用的區塊空間最大化！所有區塊鏈都有其可獲取的安全性供應。比特幣的安全性是全世界(礦工) 可以生成的SHA256 哈希值的供應；PoS 以太坊的安全性是驗證者池中存在的以太坊驗證者的供應。PoS 以太坊有一個由所有驗證者組成的
「驗證者池」
，該池中的所有驗證者會被隨機選中來驗證以太坊區塊。當更多的驗證者上線並向以太坊網絡提供他們的安全性(也即質押32 ETH 並承諾遵守驗證規則)時，這將使以太坊網絡更加安全。
當網絡中添加分片鏈(shards) 時，也能夠讓以太坊更具可擴展性。分片技術(sharding) 允許在更多的分片鏈上進行“安全性再分配”，而不是將整個系統的安全性完全集中在一條鏈上。
讓30,000 名驗證者(每名驗證者質押32 ETH)來保護一條單片式區塊鏈，這是一種過剩的安全，也是一種低效的資源配置。而如果將這些驗證者分配至多條分片鏈中(最初將上線64條分片鏈)，以太坊L1 可以通過在每條分片鏈上分配約4,500 名驗證者，從而創造出64 個以太坊的規模。
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一級標題04. 優化模塊之間的協同作用模塊化設計的美妙之處在於，
每個模塊的優化都會放大其他模塊的優化。有三個協同作用：。
隨著更多的驗證者上線，模塊化的PoS 安全性能夠在更多的分片鏈上重新分配驗證者，並能夠安全地支持更多的數據。更大的規模➡️ 更快的執行。
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更大的規模，更快的執行
通過將以太坊分片成64 個不同的數據可用性層，我們為Rollups 創造了更多的空間來部署成千上萬的交易批次。對L1 進行分片將會對L2 上的Rollups 的可擴展性產生了巨大的影響。由於Rollups 將交易壓縮成簡潔的數據包，L1 上的任何數據增加都會在L2 上創造多出好幾個數量級的空間。
這正是以太坊能夠實現微小交易成本的時候。實施分片的以太坊將為所有的Rollups 打開閘門：可用的區塊空間的增加，可以大幅降低分片之上的Rollups 的費用。
分片與Rollups 的結合將允許計算資源成為網絡的資產，而不是負債。更多的計算機，不管其計算能力如何，都總是能夠將其資源貢獻給網絡，並使這些資源得到有效利用，而不管該計算機能夠提供多少資源。一台計算機可以是一名Rollup 驗證者，並幫助將Rollup 的數據壓縮和發送至L1 上，或者也可以將其資源貢獻給L1 的驗證者池，並幫助啟動更多的分片鏈。
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經濟可持續性
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經濟可持續性
模塊化的以太坊是一個在經濟上具有可持續性的以太坊。這是加密經濟學的領域，除了密碼學之外，我們還需要讓其經濟學走上正軌。
比特幣支持者(Bitcoiners)對比特幣非常興奮，因為比特幣是第一種承諾通過硬性發行上限(總共只有2100萬枚BTC)來保持其購買力的加密貨幣。隨著圍繞比特幣的經濟的發展，比特幣有望變得更加稀缺。相同的BTC 供應量，但在一個更大的經濟體中，這就相當於BTC 更加稀缺。
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二級標題交易費= 貨幣溢價
網絡需要收集的交易費，要比通過增發新幣的形式支付給驗證者的費用更多。
也即，加密經濟網絡通過使用交易費和增發新幣來支付給網絡的安全性提供者(也即礦工或驗證者)。區塊鍊網絡能夠收集的交易費越多，它需要增發的新幣數量就越少。。
這就是單片式區塊鏈的可擴展性問題所在。許多區塊鏈承諾了低廉的交易費和較高的吞吐量。但通過這樣做，這些區塊鏈同時也承諾了永遠不會創造一個有意義的費用市場。這是因為，如果你想要區塊空間更便宜，那麼你一定不能依賴交易量來支付網絡的安全性；因此，你必須依賴於增發新幣，使用格雷欣定律的術語來說就是，這將使其成為一種「劣幣」。
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節選：
我們不妨對比一下Polygon PoS 和Solana。
Polygon PoS 網絡每天收集約5 萬美元的交易費，也即每年1800 萬美元。與此同時，Polygon 正在分配超過4 億美元的年通脹獎勵。這導致了其令人難以置信的95%的淨年損失。
至於Solana ，它在很長一段時間裡每天收集的交易費只有1 萬美元，但隨著投機狂潮的興起，該網絡的交易費收入已經顯著增加到每天10 萬美元，也即每年3650 萬美元。但Solana 正在發放更令人震驚的40 億美元年通脹獎勵，導致其淨虧損99.2%.
Solana 在當前交易費用下需要達到154000 TPS 才能實現收支平衡，而考慮到當前的硬件和帶寬，這是完全不可能的。
然而，更大的問題是，這些額外的交易量的增長並不是沒有代價的——它們增加了更大的帶寬需求，更大的狀態膨脹，總的來說是更高的系統要求。
經濟可持續性的關鍵特徵就是，它帶來的影響是雙向複合的。
一個受約束的L1 (比如當前的以太坊網絡) 會建立起一個強大的費用市場。通過對可用的區塊空間進行限制，可以增加區塊鏈的去中心化(通過降低參與節點的硬件需求)和費用收入(通過限制可用的區塊空間的供應)。
就以太坊而言，稀缺的區塊空間能夠為區塊鏈創造出較高的費用收入，進而帶來更高的ETH 銷毀率，從而使得ETH 更加稀缺，使其更有價值。
某種貨幣越有價值，為了獲得相同的安全性而需要增發的新幣就越少。因此，當這種貨幣的價值很高時，實際上需要為網絡安全性支出的成本就越低廉。在低廉的安全性支出成本的範式中，區塊鍊網絡會進一步降低新的淨發行量，因為你只需要發行更少的新幣。這將進一步增加該資產的稀缺性和價值。
相比之下，那些號稱提供廉價費用環境的區塊鍊網絡，無法收集任何有意義的費用收入。如果網絡無法收集足夠的費用收入，則必須通過增發新幣來支付安全性費用(也即通過增發新幣向保護網絡的礦工/驗證者支付獎勵)。如果網絡通過增發新幣來確保安全性，那麼這種貨幣會隨著時間的推移而通脹和貶值。
隨著時間的推移，通貨膨脹會增加這種貨幣的供應量，並降低其價值。貶值意味著網絡必鬚髮行更多的新幣來支付安全成本。如此一來，進一步的增發將導致供應的進一步增長，並導致該貨幣的進一步貶值，這正是惡性通脹循環的開始。
如果你提高了區塊鏈的吞吐量，你就增加了資產的通脹。不幸的是，當你增加了區塊鏈的吞吐量時，你也降低了普通人成為驗證者的能力。
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05. 將一切串聯起來
以太坊有著一個受到約束的L1，但有著強大的去中心化和高效的安全性。當前以太坊網絡有限的區塊空間束縛著L1，創造出了一個昂給的費用市場，為ETH 添加量貨幣溢價。
而分片(sharding) 將為以太坊增加可用的L1 區塊空間，同時增加網絡的安全性。隨著以太坊的驗證者池的擴大(也即驗證者數量的增加)，可行的分片鏈數量也將增加，使得以太坊在增加其去中心化的同時，網絡變得更加可擴展。
與此同時，Rollups創造了不受約束的執行環境，將交易打包並壓縮到盡可能小的數據包中。這解鎖了新的經濟活動類型，並允許一個充滿活力的廉價經濟體蓬勃發展，進而增加了在L1 上結算的淨經濟活動量。隨著更多的經濟活動在Rollups 上發展，Rollups 上的費用將會下降，因為這些費用將在更廣泛的參與者之間攤銷。隨著以太坊上添加更多的分片鏈，並且隨著這些分片鏈的容量變得越來越大，根據摩爾定律，Rollups 上的費用將會進一步下降。
模塊化設計的美妙之處在於，每個模塊的優化都會放大其他模塊的優化：
通過PoS 增加了網絡的去中心化，進而增加了添加到以太坊上的分片鏈的數量；
向L1 支付更多的總體費用將激勵更多的人成為驗證者，使得以太坊L1 的驗證者池更加龐大，進而允許網絡創建更多的分片鏈。
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優化執行的單片式區塊鏈
每一個牛市，都會有一批新的區塊鏈選擇犧牲去中心化來優化區塊鏈的執行屬性。這些區塊鏈增加區塊大小，限制更多節點的加入，從而為繁榮的牛市提供一個費用低廉的網絡。在牛市期間，以太坊和比特幣網絡會變得極其擁堵，因為它們在去中心化方面進行了優化，這就為那些優化交易執行的單片式區塊鏈提供了契機。
但正如上文所述，對交易執行進行優化的單片式區塊鏈存在一些缺陷：
從貨幣供應計劃中消除通脹，將對其原生資產的長期供應產生巨大的影響。
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合理的結論
加密貨幣世界充斥著部落主義和政治。一個人的陳述往往會受到其所在的部落的影響，激勵和動機是由已有的信念和偏見驅動的。
值得慶幸的是，代碼和數學不受這些因素的影響。我們可以在不使用“以太坊”這個詞的情況下重寫上面整篇文章，使之成為一條模塊化區塊鏈的未知路線圖。
事實上，這種架構(即模塊化的架構) 並不僅僅是由以太坊獨有。 Rollups 並不僅僅是專屬以太坊的東西。比如，Tezos 也正在擁抱一條以Rollup 為中心的路線圖；NEAR 也正在對數據可用性分片進行設計；Celestia 也正在為Rollups 專門搭建一個安全性& 數據可用性層。
隨著時間的推移，我們將看到所有L1s 區塊鏈要么演變成模塊化的設計結構(也即限制L1 的區塊空間，將執行推向Rollups，並增加節點數量)，並在全球非主權貨幣的世界中競爭，要么它們將拋棄共識和數據的包袱，並簡單地將它們的執行環境轉移到另一條更加去中心化的區塊鏈上(也即成為另一條區塊鏈的L2 網絡) 。
如果你擁抱去中心化，那麼你可以擁有任何東西。
如果你擁抱去中心化，那麼你可以擁有任何東西。
