模块化区块链 ​

区块链架构的演进 ​

传统的单体区块链 (如早期的以太坊和比特币) 在一个统一的网络中处理所有核心功能：执行交易、达成共识、确保数据可用性以及完成结算。这种设计虽在早期简单有效，但随着应用规模扩大，其性能瓶颈日益凸显。

单体区块链的局限性催生了模块化区块链的理念。其核心思想是将区块链的四大核心功能——执行、结算、共识和数据可用性——分离成独立的、专业化的层次。这种专业化分工旨在破解区块链的“不可能三角”，即在保持安全性和去中心化的同时，显著提升可扩展性。

架构对比示意图：

单体区块链：
[ 执行 | 结算 | 共识 | 数据 ] -> 单一链处理所有任务

模块化区块链：
[ 执行层 ]  - 专注于交易处理和智能合约执行
[ 结算层 ]  - 专注于验证状态转换和交易最终性
[ 共识层 ]  - 专注于就交易顺序达成一致
[ 数据可用性层 ] - 专注于确保数据可获取与验证

这种解耦使得每个层级可以独立优化和升级，如同乐高积木一样自由组合，创造出灵活且高效的解决方案。

模块化区块链的核心层次 ​

执行层 ​

执行层专门负责处理交易和执行智能合约的逻辑。它是用户与区块链应用直接交互的界面。在此架构中，执行层通常以 Rollup 的形式实现，例如基于零知识证明的 ZK-Rollup 或基于欺诈证明的 Optimistic Rollup。它们将交易处理移至链下，仅将压缩后的数据或执行证明提交回其他层级，从而大幅提升网络吞吐量。

执行层工作流程示意：

用户交易 -> 执行层处理 (Rollup) -> 生成状态变更或证明 -> 传递至结算层

结算层 ​

结算层充当执行层和共识层之间的“信任桥梁”。它主要负责验证执行层提交的状态转换是否正确，并确保交易的最终性。对于 ZK-Rollup，结算层会验证其零知识证明；对于 Optimistic Rollup，则托管欺诈证明挑战机制。一些设计，如 Cevmos，还专门为 EVM 兼容的 Rollup 提供结算服务。

共识层 ​

共识层通过特定的协议 (如权益证明 PoS) 就交易的有效性和顺序达成全网一致，并负责保护网络安全。在模块化架构中，共识层有时会与数据可用性层紧密结合。

数据可用性层 ​

数据可用性层确保交易相关的数据被正确存储并且可供网络中的所有参与者验证和下载。这是防止恶意区块生产者隐瞒数据的关键。Celestia 是该领域的先驱，它引入了数据可用性采样技术，使轻节点无需下载整个区块就能以高概率确信所有数据已发布。另一个例子是 EigenDA，它利用以太坊的质押者来提供去中心化的数据可用性服务。

数据可用性采样示意：

轻节点 -> 随机请求区块数据小样本 -> 多个样本均有效 -> 高概率确信整个区块数据可用

模块化区块链的关键特性 ​

可扩展性提升 ​

通过将资源密集型的交易执行任务从共识和数据维护中分离出来，模块化架构允许每个层级独立地进行水平扩展。例如，专门的执行层 (Rollup) 可以并行处理大量交易，而底层则专注于共识和数据可用性，从而整体上显著提高了网络吞吐量。

灵活性与可定制性 ​

模块化区块链为开发者提供了乐高积木式的构建体验。开发者可以根据应用的具体需求，自由组合不同的执行环境、结算保证和数据可用性解决方案。这种灵活性使得创建针对特定行业或应用场景优化的区块链 (如游戏或金融) 成为可能。

增强的互操作性 ​

模块化设计通过定义清晰的层级接口，天然促进了不同区块链网络之间的通信与协作。例如，基于 Cosmos SDK 构建的 Dymension，其 RollApps 可以通过 IBC 协议实现互联。像 Avail 这样的项目，其 Avail Nexus 组件也旨在成为跨链消息传递的协调层。

技术升级的便捷性 ​

在单体链中，升级核心协议 (如共识算法或虚拟机) 通常风险高且需要硬分叉。而在模块化架构中，单个层级可以独立进行升级或替换，而无需扰动整个生态系统。这大大降低了技术迭代的复杂性和风险。

主要的模块化区块链项目 ​

Celestia ​

作为模块化区块链的先驱，Celestia 全球首个专注于数据可用性的模块化网络。它通过数据可用性采样和命名空间默克尔树两项核心技术，使轻节点能够高效验证数据可用性，且应用程序只需下载与其相关的交易数据。Celestia 为 Rollup 和 Layer2 网络提供了高效且安全的数据层服务。

Dymension ​

Dymension 是一个用于部署称为“RollApps”的专用链的模块化区块链生态系统。其架构类似于全栈 Web 应用：RollApps 作为前端与用户交互，Dymension Hub 作为后端协调层，而数据可用性网络则充当数据库层。这种设计极大地简化了应用链的部署过程。

Mantle Network ​

Mantle Network 是一个基于 Optimistic Rollup 技术的 EVM 兼容二层扩展方案。它采用了模块化设计，特别之处在于使用了去中心化的数据可用性层——Mantle DA，旨在为用户提供高吞吐量、低费用和快速确认的服务，同时保持以太坊级别的安全性。

比特币生态的模块化探索 ​

比特币网络也在探索模块化路径。例如，B² Network 在比特币上实现了 ZK-Rollup，其模块化设计包括 ZK-Rollup 执行层、B² Hub 数据可用性层等组件，最终结算在比特币主网。Merlin Chain 也是一个比特币 Layer2 网络，支持多神原生比特币资产并兼容 EVM。

模块化区块链的挑战 ​

实施复杂性 ​

模块化架构在带来灵活性的同时，也引入了更高的技术复杂性。开发者需要理解和集成多个独立的层级，这带来了更陡峭的学习曲线，并可能增加开发和维护的难度。

安全模型尚待检验 ​

虽然模块化区块链理论上可以继承底层 (如以太坊) 的安全性，但跨层级通信和新兴的数据可用性层其长期稳定性和安全性仍需在真实、高价值的环境中经受更多考验。与比特币和以太坊这类经过多年实战检验的单体网络相比，模块化网络仍处于早期阶段。

跨层通信的延迟 ​

在单体链中，交易执行和结算在同一层级发生，延迟较低。而在模块化设计中，执行层和结算层之间的通信可能需要更长时间，尤其是在需要等待挑战期 (如 Optimistic Rollup) 或生成零知识证明时。

跨层通信延迟示意：

Optimistic Rollup: 交易执行 -> 挑战期（通常7天）-> 最终结算
ZK-Rollup: 交易执行 -> 生成有效性证明 -> 验证证明 -> 最终结算 (速度更快)

未来展望 ​

模块化区块链理念正在重塑区块链的技术栈，推动其从“一体机”向“组装机”演进。未来，我们可能会看到更多可插拔的模块和标准化的接口，进一步降低开发门槛。

随着零知识证明等密码学技术的发展，以及去中心化排序器等机制的成熟，模块化区块链在性能和安全性方面仍有巨大的提升潜力。从以太坊到比特币，模块化技术正在各个赛道展现其潜力，致力于构建一个更加开放、灵活和安全的数字世界。