公链的乐高进击之路

比特币网络的诞生为区块链的发展拉开了序幕，受限于区块链的不可能三角，比特币以牺牲可扩展性为代价实现更高的安全性和去中心化程度。比特币网络让人诟病的性能激发公链开发者寻求更好的区块链解决方案，区块链的不可能三角成为公链进化和发展不可逾越的鸿沟。以太坊的诞生开创了智能合约型公链的先河，推动区块链向应用型公链演化发展，伴随着Defi盛夏和NFT热潮，以太坊链上交易量的激增导致网络不堪重负，交易费用高昂。以太坊网络可扩展性较差的劣势激发公链开发者寻求更高性能的替代方案，Solona, BNB, Fantom等高性能公链开始崛起，不断蚕食以太坊的市场份额，但高可扩展性是以牺牲安全性和去中心化为代价的。

无论是比特币、以太坊，还是诸如Solona, BNB, Fantom等高性能公链，本质上都属于单片式区块链，涉及的所有操作都在同一个单体内完成，因此需要在安全性、可扩展性和去中心化三者之间进行权衡。传统的单片式区块链，即包括共识、结算、执行和数据可用性都在同一个单体中进行，没有劳动分工，无法从根本上解决链上交易数量级提升带来的可扩展性瓶颈问题。面对区块链扩容客观条件的限制，开发者们摸索出一条行之有效的改革路径，能够在一定程度上解决区块链的不可能三角问题，传统的单片式区块链开始向模块化区块链的方向探索和发展。

以太坊+Rollup

以太坊二层扩容解决方案可以看作是最初的公链模块化形式。随着以太坊网络链上交易的增长，主网性能低下导致gas 费用高昂，以太坊二层扩容解决方案应运而生，包括状态通道、Plasma、Rollup、侧链等扩容方案。Rollup作为应用最广泛的以太坊二层扩容方案，通过将复杂计算转移到链下，链上验证的机制提高以太坊主网的可扩展性，能够在一定程度上降低gas 费用。Rollup的本质就是将执行功能从以太坊单片链中解耦出来，由二层来执行，数据可用性、共识和结算仍然在主网进行。Rollup作为公链模块化的最初尝试是成功的，涌现出一批明星项目，如Arbitrum、Optimism、Zksync等。据L2BEAT数据数据显示，截止至7月3日，Arbitrum的链上资金锁仓量达到19.4亿美元，位居Layer 2赛道的绝对龙头位置，Optimism、dYdX的TVL位列2-3名，分别为7.42亿美元和6.19亿美元。

但基于Rollup的以太坊扩容方案仍有其局限性。相较于二层扩容的链下数据可用性解决方案，如Plasma，将数据存储在链下的中心化机构或数据可用性委员会（DAC），Rollup具备链上数据可用性，能够获得更高的安全性。相对于以太坊主网的交易费用，二层Rollup的费用显著降低， 但由于Rollup方案将数据以Calldata的函数形式存储在以太坊主网，占用了主网区块空间，因此目前低廉的费用不能支撑二层交易量数量级的提升。如二层扩容方案Arbitrum近期大热的Odyssey活动，链上的交易激增导致gas费用持续飙升，一度超过了以太坊主网的gas费用。究其原因，Rollup面临数据存储成本和链上数据可用性的权衡问题，在当前的Rollup架构上，低成本和链上数据可用性是不可兼得的。

单片链/Rollup+Celestia/Avail

Celestia的构想进一步推动公链模块化的进程。Rollup将区块链的执行功能解耦，数据可用性、共识和结算仍然在同一单体内实现。那数据可用性能否从单体中分离出来，让以太坊主网只负责共识和结算呢？Celestia给出了肯定的答案，Celestia能够为所有Rollup方案提供单独的数据可用性层，进一步释放了以太坊链上区块的空间。Celestia与以太坊Rollup结合的方案被称为Celestium，Celestium相当于一个无需许可的DAC，通过经济处罚机制保证数据可用性。Celestia上的轻节点能通过数据可用性采样检测不可用的区块，如果存在恶意验证者集合，能有效识别出来。Celestium的安全性强于DAC弱于Rollup，费用会比DAC 高一些，但相对于Rollup显著降低。

除以太坊扩容方案Rollup 外，Celestia能够应用于所有的单片式区块链。在基于Celestia的Rollup架构上，Celestia作为数据可用性层和共识层，职能仅包括保证数据可用性和交易排序，并不验证交易的有效性。搭建在其上的Rollup作为结算层和执行层，负责交易的验证和执行。Celestia和Evmos合作构建的Cevmos架构让模块化更进一步，Evmos作为Cevmos专用的结算层分离出来，进一步提高了可扩展性。Evmos是基于Tendermint共识和Cosmos SDK搭建的EVM兼容智能合约型公链，Cevmos将Tendermint共识替换成Optimint共识，使开发人员能在其上部署模块化的新链Celestia，Evmos作为专用的结算层称为结算Rollup，在结算Rollup上部署Rollup的递归结构，即Cevmos是Rollup的Rollup。

与Celestia类似，Avail是Polygon推出的模块化数据可用性解决方案，提供一个通用的数据可用性层，基于Polygon SDK、Cosmos SDK和Substrate搭建的链都可以应用Avail的扩容解决方案。以上两种数据可用性解决方案在技术实现上并无本质差别，都是通过链上轻节点进行数据可用性抽样来保证数据可用性。Celestia和Avail分别于5月25日、6月29日上线测试网，预计今年都能上线主网。

Dapp困境和公链模块化

从最初的单片式区块链，到将执行层从单体分离出来的Layer 2扩容方案，再到将数据可用性层做进一步模块化的Celestia/Avail方案，公链经过了两轮模块化的升级迭代，本质原因是公链的可扩展性无法满足链上交易日益增长的需求。以太坊上热门的Dapp项目都在寻求转型以提高可扩展性，如Yuga Labs（CryptoPunks背后的团队）、去中心化衍生品交易平台dYdX等，NFT的白名单铸造、衍生品的高频交易都会引起链上交易费用的飙升，严重影响用户的体验。Yuga Labs和dYdX都选择构建主权链以提高可扩展性，值得一提的是dYdX已从以太坊迁移到二层Starkware，可扩展性仍然无法满足用户的需求。

但Dapp通过构建独立的应用链提高可扩展性可能并不是最优解，Dapp转型应用链存在以下几点问题：1）安全性问题。Dapp的安全性由底层的公链决定，而应用链的安全性由其自身链上的验证节点保证，安全性不如底层公链；2）可组合性问题。如原本构建在以太坊的Dapp转型成独立的应用链，会限制其与以太坊上其他Dapp的连接，丧失了可组合性。以太坊Rollup与Celestia的组合将很大程度地改善以太坊上Dapp所面临的可扩展性问题，阻断以太坊上这场热门Dapp的逃离潮。随着越来越多公链模块化方案的提出，公链的底层基础设施也将不断趋于完善，Dapp也将终止这场“实验性”的大迁移。

作者：yyy