一文详解模块化公链及市场竞争格局

原文《模块化执行层能的通用之路》

乘着Layer2的东风，模块化公链叙事热度兴起，其中尤以模块化公链执行层项目最为值得关注。本期Bing Ventures行业研究报告将简要介绍什么是模块化公链以及当前模块化公链执行层领域的基本格局。

模块化公链正逐渐成为大家讨论最多的话题，而所谓模块化，就是把区块链的共识层、数据可用性层（DA）、结算层、交易执行层等分工给不同的链，而不是一条链处理所有模块。执行层可以作为自己的区块链存在，也可以利用底层区块链来保证有效性和数据可用性。

区块链技术的“不可能三角”一直是困扰开发者和用户的问题，Layer2等解决方案就是为了解决这个核心问题而设计的。具体来说，Layer2的方法是将数据的计算和处理移到以太坊的第二层网络，而第一层网络主要负责安全性，也就是共识。值得注意的是，模块化公链主要是针对以太坊升级提出的解决方案，其叙事逻辑围绕以太坊展开。但是，目前也有其他链上的项目参考此进行性能改进。

Source: celestia

以太坊生态系统通过 Layer 2 和 Rollup 等技术实现了执行层与底层区块链的分离，从而提高了可扩展性、安全性和互操作性。目前模块化公链执行层有一些专注于提供数据可用性层的项目，例如 Celestia、LazyLedger 和 DataShards；有一些专注于提供执行层的项目，例如 Optimism、Arbitrum 和 zkSync3；还有一些专注于提供跨链桥接和协议聚合的项目，例如 Polygon、Connext 和 Hop Protocol。

Source: Volt

模块化区块链架构可以将区块链的功能分解为不同的层级，例如执行层、安全层和数据可用性层，这可以提高区块链的效率、灵活性和互操作性。并行交易类产品可以利用并行处理的方式执行交易，并通过不同的验证机制来保证金交易的有效性，这可以提高区块链的处理能力、吞吐量和确认速度。它们可以支持更多代币和智能合约，并让用户在不同的区块链之间转移资产，这可以拓展区块链的应用场景，例如DeFi、NFT和Web3。

但是，并行处理需要严格的状态访问列表来确保交易不会互相干扰。同时，模块化区块链需要依赖其他层级来提供安全性、共识和数据可用性，这可能会增加复杂度和成本。此外，并行处理可能会降低交易的确认速度，因为需要等待所有并行分支都完成才能确认整个区块。面对这些问题，Fuel作为一个基于UTXO模型的执行层协议，它可以在不同的区块链上运行。

Source: vitalik.ca

Fuel是最早部署在以太坊主网上的Optimistic Rollup，在2020年年底在以太坊上线V1版本。它通过使用与EVM不同的执行模型来提供可扩展性，即基于UTXO的高度可并行化的最小执行系统，支持ETH和所有ERC-20代币。然而因为Fuel V1的用户过少以及不支持智能合约，在上线后一直没有受到用户的欢迎。于是在Fuel V1启动后不久，Fuel的开发团队Fuel Labs就将全部开发重心转移到V2版本，并将其定位为模块化执行层，即为模块化区块链堆栈设计的可验证计算系统。

FuelV2的技术堆栈有三个核心支柱，分别为：

FuelVM旨在减少传统区块链虚拟机架构的浪费处理情况，同时增加开发人员的潜在设计空间。Fuel采用UTXO数据模型，与比特币类似，整个状态以UTXO集的形式表示。不同之处在于，Fuel V2中的一些UTXO是代币UTXO，而另一些是合约UTXO。与代币UTXO不同，合约UTXO除了余额和支出条件外，还具有代码、存储和唯一的合约ID。

Fuel的优点是采用UTXO模型使得Fuel区块链可以更快速、高效地进行交易。而它的劣势则在于UTXO模型的实现需要一定的技术难度，且相对于账户模型的实现需要更多的代码量。此外，由于UTXO模型不太适用于智能合约，因此使用合约UTXO时需要遵循新的有效性规则，需要一定的技术知识和经验。但是，Fuel仍然在不断发展和完善，未来有望实现更多的功能和应用场景。

Fuel 使用UTXO模型形式的严格状态访问列表，因此具有并行执行交易的能力，在计算、状态访问和事务吞吐量方面较具优势）。Fuel是一种基于UTXO模型的区块链，其最大的优势在于其可并行执行交易，这是其它许多区块链所没有的。该技术的核心是通过访问列表(access lists)确定交易将修改的状态部分，从而实现并行执行。

开发者体验

与EVM不同的是，FuelVM的用户不直接调用合约，而是运行脚本来调用多个合约。脚本的美妙之处在于它们是可剪枝的，一旦脚本被执行，就会被完全剪枝，不会对状态造成任何影响。谓词类似于脚本，但在执行期间不会读取合约存储，完全是无状态的。脚本和谓词的主要目的是将FuelVM变成半无状态执行。在FuelVM中，应用程序可以根据应用程序的功能和资源价格，更倾向于状态或执行。此外，Fuel还支持多种复杂应用，如多个本地资产支持、单笔交易中的授权和转移、混币器和隐私应用等，具有很大的灵活性。

Source: Fuel

现今的Rollups的主要价值在于扩展以太坊，并在可能的情况下扩展其功能。Rollups通过以下两种方式扩展以太坊：1.将状态（和执行）转移到链下，即从L1到L2移动它；2.并行计算，即多个Rollups可以同时在以太坊上运行。Rollups通过将部分状态转移到链下来减轻以太坊状态增长的问题，但这并不会奇迹般地消除维护状态的需求。尽管以太坊节点不需要维护它，但Rollup节点必须维护它。

但我们没有考虑到的是，成本将在模块化时代发生巨大变化。随着基础层开始大量提供数据（归功于数据可用性采样技术），Rollups很快将享受到数量级更便宜的数据。同时，由于对状态增长的关注较少，状态大小将迅速成为模块化世界中的主要瓶颈。任何区块链，无论是Rollup还是L1，对于增加状态的操作都会对网络产生永久性成本。这些操作不仅消耗当前节点的资源，也消耗未来所有节点的资源。

Source: Bing Ventures

从我们的评价尺度来看，Fuel的安全性是由主网以太坊提供的，这意味着Fuel不需要自己的验证器或共识机制，也不会受到攻击或分叉的风险。 但是，这也意味着Fuel需要依赖以太坊的安全性和稳定性，如果以太坊出现故障或升级，可能会影响Fuel的运行。Fuel的可扩展性是由其高效的交易格式和低延迟的确认时间实现的，这使得Fuel可以在每秒处理数千笔交易，并在几秒内完成交易确认。 但是，这也意味着Fuel需要与其他rollup链竞争资源和用户，如果其他rollup链提供了更高的吞吐量或更低的延迟，可能会影响Fuel的吸引力。

未来，Fuel可以支持各种类型的交易和计算，包括转账、支付、智能合约、预言机等。 这使得Fuel可以适应不同的用例和需求，并提供高效和灵活的服务。同时，加快与各种模块化区块链网络进行集成和互操作，包括以太坊2.0、Celestia等。 这将使得Fuel可以利用这些网络的数据可用性和共识安全性，并提供跨链转移和互通功能。Fuel可以通过增加创新和优化其技术方案来进一步提高其执行效率和性能，包括Merkle Patricia Trie、Zero-Knowledge Proofs等。这些举措有望在未来扩大它作为模块化执行层的通用性。