Эволюция архитектуры блокчейн
Этот модуль представляет основные различия между монолитным и модульным дизайном блокчейна. Он объясняет, почему архитектура блокчейна имеет значение, ограничения монолитных систем, таких как Ethereum и Bitcoin, а также как модульные системы разбивают выполнение, консенсус и доступность данных на независимые слои. Этот раздел задает основы для понимания того, почему модульность критична для масштабирования блокчейнов при сохранении децентрализации.
Почему важна архитектура блокчейна
Архитектура блокчейн-сети определяет, как она обрабатывает данные, достигает консенсуса, управляет смарт-контрактами и обеспечивает доступность. В то время как блокчейн часто обсуждается с точки зрения децентрализации или криптографической безопасности, лежащий в его основе архитектурный дизайн определяет, может ли блокчейн масштабироваться, поддерживать новые приложения или оставаться по-настоящему децентрализованным по мере роста использования. Важность архитектуры блокчейна становится очевидной, когда сети сталкиваются с перегрузками, высокими комиссиями за транзакции или рисками централизации — проблемами, которые напрямую связаны с тем, как структурированы и взаимодействуют уровни блокчейна.
На ранних этапах внедрения блокчейна такие сети, как Bitcoin и Ethereum, работали с тем, что сейчас называется монолитной архитектурой. Это означает, что один блокчейн выполнял все три основные функции — выполнение транзакций и смарт-контрактов, достижение консенсуса по порядку событий и предоставление данных о транзакциях участникам сети. Хотя эта модель проще и эффективна для ранних сценариев использования, она становится узким местом по мере увеличения спроса. По мере того, как все больше пользователей совершают транзакции в блокчейне или взаимодействуют с децентрализованными приложениями (dApps), монолитная структура может привести к снижению пропускной способности, увеличению платы за газ и увеличению требований к аппаратному обеспечению валидаторов и узлов. Эти технические ограничения ограничивают доступность как для пользователей, так и для разработчиков, что в конечном итоге влияет на децентрализацию.
Проблемы производительности и стоимости блокчейна не являются изолированными проблемами — они являются системными последствиями того, как устроена сеть. Например, рост популярности Ethereum также выявил ограничения его монолитного дизайна. Во время пиковой активности пользователи часто сталкиваются с экстремальными комиссиями и задержками подтверждений. Эти проблемы вызваны не плохим кодом или плохим поведением пользователей, а архитектурным решением объединить выполнение, консенсус и доступность данных в одной системе. Такие обновления, как дорожная карта свертывания Ethereum и внедрение уровня 2, являются прямыми попытками разгрузить часть этой рабочей нагрузки и перейти к более модульному дизайну без полной замены базовой цепочки.
Архитектура блокчейна также влияет на гибкость. Тесно связанная система оставляет мало места для инноваций на уровне протокола. Разработчики, работающие над децентрализованными приложениями, ограничены исполнительной средой и пропускной способностью хост-блокчейна. В отличие от этого, архитектура, позволяющая модульную композицию — где различные компоненты, такие как исполнение или доступность данных, могут быть выбраны независимо — предоставляет разработчикам большую автономию. Это может привести к созданию более специализированных цепочек, адаптированных для конкретных случаев использования, таких как игры, финансы или социальные сети.
Кроме того, архитектурное проектирование имеет долгосрочные последствия для децентрализации. Если запуск полной ноды требует мощного оборудования из-за увеличения требований к данным, то меньше людей смогут участвовать, что приведет к централизации валидаторов. Блокчейн, который остается доступным для легких нод, не жертвуя доверительными предположениями, скорее всего сохранит разнообразную и устойчивую сеть.
В общем, архитектура блокчейна не является технической деталью, которую можно игнорировать или абстрагировать. Это фундаментальный выбор дизайна, который напрямую влияет на масштабируемость, экономичность, опыт разработчика и безопасность сети. Поскольку блокчейны развиваются для поддержки более сложных и глобальных приложений, переход от монолитной к модульной архитектуре становится центральной точкой инноваций, и Celestia является одним из первых проектов, воплощающих этот сдвиг на уровне базового протокола.
Что такое монолитные блокчейны?
Монолитные блокчейны - это сети, в которых все основные функции - выполнение транзакций, консенсус и доступность данных - обрабатываются в рамках единой, вертикально интегрированной системы. Эти сети обрабатывают каждую часть жизненного цикла блокчейна в одном месте. Вместо разделения обязанностей на модульные слои, одна и та же группа узлов или валидаторов осуществляет все операции.
Биткоин и ранний Эфириум - самые известные примеры монолитных блокчейнов. В этих системах майнеры или валидаторы отвечают за проверку транзакций, достижение консенсуса и предоставление данных о транзакциях остальной сети. Эфириум также запускает смарт-контракты и децентрализованные приложения (dApps) непосредственно на своей основной цепи, что увеличивает вычислительную нагрузку каждого полного узла.
Преимущества монолитных систем
Одним из преимуществ монолитной архитектуры является ее простота. Один протокольный слой обеспечивает полную среду для развертывания приложений. Безопасность централизована под одним набором валидаторов, который одинаково защищает все слои. Разработчики и пользователи взаимодействуют с согласованным стеком, не нужно понимать, как различные слои общаются или координируются.
Ограничения масштабируемости и риски централизации
Однако монолитные конструкции сталкиваются с серьезными проблемами производительности и децентрализации. Каждый полный узел в сети должен обрабатывать каждую транзакцию, хранить всю историческую информацию и выполнять каждый смарт-контракт. При увеличении активности это создает растущую вычислительную и хранилищную нагрузку на узлы. Со временем только хорошо финансируемые участники могут запускать полные узлы, что приводит к централизации инфраструктуры и управления.
Масштабируемость также ограничена. Чтобы сохранить децентрализацию, размеры блоков и газовые лимиты должны оставаться относительно низкими. Но это ограничивает пропускную способность транзакций, вызывая перегрузку и высокие комиссии. Загруженность сети Ethereum в периоды повышенного использования хорошо задокументирована как результат этих компромиссов.
Ограниченная гибкость для разработчиков
Еще одним недостатком монолитных блокчейнов является ограниченная гибкость, которую они предлагают разработчикам. Среда выполнения, виртуальная машина, логика транзакций и модель комиссий определяются базовым цепочкой. Разработчики не могут легко вводить новые функции, модели выполнения или оптимизации производительности. Любое обновление протокола требует широкого согласия и часто жесткого форка, что может быть длительным и политически сложным процессом.
Отход от монолитных ограничений
Для решения этих проблем Эфириум и другие блокчейны постепенно принимают модульные элементы. Например, дорожная карта сосредоточенная на роллапах Эфириума делегирует выполнение внешним роллапам, в то время как базовая цепь поддерживает консенсус и доступность данных. Это представляет собой частичное отступление от монолитной модели и подчеркивает растущий интерес к более гибким, масштабируемым архитектурам блокчейна.
Модульный дизайн блокчейна
Модульное проектирование блокчейна представляет собой отход от всё-в-одном архитектуры монолитных систем. Вместо того, чтобы иметь одну цепочку, обрабатывающую все обязанности, модульное проектирование разделяет функции блокчейна на отдельные слои или модули. Каждый модуль отвечает за определенную роль—например, выполнение транзакций, достижение консенсуса, хранение данных или завершение транзакций—и может быть оптимизирован независимо. Это разделение обязанностей позволяет сетям масштабироваться более эффективно, оставаясь гибкими и децентрализованными.
Основные компоненты модульного блокчейн-стека
В модульной архитектуре стека блокчейна обычно делится на четыре функциональных уровня: выполнение, расчет, консенсус и доступность данных.
Слой выполнения
Слой выполнения обрабатывает обработку транзакций и логику смарт-контрактов. Здесь запускаются децентрализованные приложения, и здесь применяется бизнес-логика. Разработчики могут выбирать или создавать среды выполнения, адаптированные к конкретным случаям использования, будь то универсальная виртуальная машина или настраиваемая среда выполнения.
Уровень расчетов
Слой расчетов действует как окончательный арбитр вопросов о допустимости транзакции. Он проверяет доказательства, представленные слоями исполнения, и обеспечивает согласованность переходов состояний. Слой расчетов также может предоставлять механизмы урегулирования споров в случае мошенничества или недопустимых транзакций.
Слой согласования
Слой консенсуса отвечает за упорядочение транзакций и создание блоков. Этот слой определяет каноническую цепь и обеспечивает согласие всех участвующих узлов относительно последовательности блоков.
Слой доступности данных
Уровень доступности данных гарантирует, что полное содержимое каждого блока доступно всем участникам сети. Это предотвращает злонамеренных участников от скрытия или удерживания данных, необходимых для проверки транзакций. Безопасный и масштабируемый уровень доступности данных крайне важен для поддержки внешних сред выполнения, таких как rollups.
Преимущества модульного проектирования блокчейна
Модульная архитектура вводит несколько ключевых преимуществ перед монолитными системами. Во-первых, она обеспечивает масштабируемость по дизайну. Каждый модуль может масштабироваться независимо в соответствии со своими собственными требованиями. Например, слой доступности данных может оптимизироваться для пропускной способности и хранения, в то время как слой выполнения может сосредотачиваться на вычислительной производительности.
Во-вторых, модульные системы поддерживают большую децентрализацию. Легкие клиенты могут взаимодействовать с отдельными модулями без запуска полных узлов. Например, благодаря инновациям, таким как Сэмплирование доступности данных (DAS), пользователи могут проверить, что данные блока доступны без скачивания всего блока. Это снижает барьер для участия и поддерживает более широкое распространение узлов валидации.
Третье, модульный дизайн обеспечивает гибкость и инновации. Разработчики больше не ограничены ограничениями одной базовой цепи. Они могут комбинировать среды выполнения, подключаться к различным поставщикам доступности данных или настраивать логику расчетов. Это создает более разнообразную экосистему блокчейнов, каждый из которых адаптирован под конкретные потребности — от сетей быстрых игр до финансовых приложений, ориентированных на конфиденциальность.
Урок 1:Эволюция архитектуры блокчейн
Урок 2:Понимание роли Celestia в модульном дизайне
Урок 3:Архитектура Celestia
Урок 4:Celestia in Action — Ecosystem and Use Cases
Урок 5:Перспективы, вызовы & конкурентная среда
Эволюция архитектуры блокчейн
Этот модуль представляет основные различия между монолитным и модульным дизайном блокчейна. Он объясняет, почему архитектура блокчейна имеет значение, ограничения монолитных систем, таких как Ethereum и Bitcoin, а также как модульные системы разбивают выполнение, консенсус и доступность данных на независимые слои. Этот раздел задает основы для понимания того, почему модульность критична для масштабирования блокчейнов при сохранении децентрализации.
Почему важна архитектура блокчейна
Архитектура блокчейн-сети определяет, как она обрабатывает данные, достигает консенсуса, управляет смарт-контрактами и обеспечивает доступность. В то время как блокчейн часто обсуждается с точки зрения децентрализации или криптографической безопасности, лежащий в его основе архитектурный дизайн определяет, может ли блокчейн масштабироваться, поддерживать новые приложения или оставаться по-настоящему децентрализованным по мере роста использования. Важность архитектуры блокчейна становится очевидной, когда сети сталкиваются с перегрузками, высокими комиссиями за транзакции или рисками централизации — проблемами, которые напрямую связаны с тем, как структурированы и взаимодействуют уровни блокчейна.
На ранних этапах внедрения блокчейна такие сети, как Bitcoin и Ethereum, работали с тем, что сейчас называется монолитной архитектурой. Это означает, что один блокчейн выполнял все три основные функции — выполнение транзакций и смарт-контрактов, достижение консенсуса по порядку событий и предоставление данных о транзакциях участникам сети. Хотя эта модель проще и эффективна для ранних сценариев использования, она становится узким местом по мере увеличения спроса. По мере того, как все больше пользователей совершают транзакции в блокчейне или взаимодействуют с децентрализованными приложениями (dApps), монолитная структура может привести к снижению пропускной способности, увеличению платы за газ и увеличению требований к аппаратному обеспечению валидаторов и узлов. Эти технические ограничения ограничивают доступность как для пользователей, так и для разработчиков, что в конечном итоге влияет на децентрализацию.
Проблемы производительности и стоимости блокчейна не являются изолированными проблемами — они являются системными последствиями того, как устроена сеть. Например, рост популярности Ethereum также выявил ограничения его монолитного дизайна. Во время пиковой активности пользователи часто сталкиваются с экстремальными комиссиями и задержками подтверждений. Эти проблемы вызваны не плохим кодом или плохим поведением пользователей, а архитектурным решением объединить выполнение, консенсус и доступность данных в одной системе. Такие обновления, как дорожная карта свертывания Ethereum и внедрение уровня 2, являются прямыми попытками разгрузить часть этой рабочей нагрузки и перейти к более модульному дизайну без полной замены базовой цепочки.
Архитектура блокчейна также влияет на гибкость. Тесно связанная система оставляет мало места для инноваций на уровне протокола. Разработчики, работающие над децентрализованными приложениями, ограничены исполнительной средой и пропускной способностью хост-блокчейна. В отличие от этого, архитектура, позволяющая модульную композицию — где различные компоненты, такие как исполнение или доступность данных, могут быть выбраны независимо — предоставляет разработчикам большую автономию. Это может привести к созданию более специализированных цепочек, адаптированных для конкретных случаев использования, таких как игры, финансы или социальные сети.
Кроме того, архитектурное проектирование имеет долгосрочные последствия для децентрализации. Если запуск полной ноды требует мощного оборудования из-за увеличения требований к данным, то меньше людей смогут участвовать, что приведет к централизации валидаторов. Блокчейн, который остается доступным для легких нод, не жертвуя доверительными предположениями, скорее всего сохранит разнообразную и устойчивую сеть.
В общем, архитектура блокчейна не является технической деталью, которую можно игнорировать или абстрагировать. Это фундаментальный выбор дизайна, который напрямую влияет на масштабируемость, экономичность, опыт разработчика и безопасность сети. Поскольку блокчейны развиваются для поддержки более сложных и глобальных приложений, переход от монолитной к модульной архитектуре становится центральной точкой инноваций, и Celestia является одним из первых проектов, воплощающих этот сдвиг на уровне базового протокола.
Что такое монолитные блокчейны?
Монолитные блокчейны - это сети, в которых все основные функции - выполнение транзакций, консенсус и доступность данных - обрабатываются в рамках единой, вертикально интегрированной системы. Эти сети обрабатывают каждую часть жизненного цикла блокчейна в одном месте. Вместо разделения обязанностей на модульные слои, одна и та же группа узлов или валидаторов осуществляет все операции.
Биткоин и ранний Эфириум - самые известные примеры монолитных блокчейнов. В этих системах майнеры или валидаторы отвечают за проверку транзакций, достижение консенсуса и предоставление данных о транзакциях остальной сети. Эфириум также запускает смарт-контракты и децентрализованные приложения (dApps) непосредственно на своей основной цепи, что увеличивает вычислительную нагрузку каждого полного узла.
Преимущества монолитных систем
Одним из преимуществ монолитной архитектуры является ее простота. Один протокольный слой обеспечивает полную среду для развертывания приложений. Безопасность централизована под одним набором валидаторов, который одинаково защищает все слои. Разработчики и пользователи взаимодействуют с согласованным стеком, не нужно понимать, как различные слои общаются или координируются.
Ограничения масштабируемости и риски централизации
Однако монолитные конструкции сталкиваются с серьезными проблемами производительности и децентрализации. Каждый полный узел в сети должен обрабатывать каждую транзакцию, хранить всю историческую информацию и выполнять каждый смарт-контракт. При увеличении активности это создает растущую вычислительную и хранилищную нагрузку на узлы. Со временем только хорошо финансируемые участники могут запускать полные узлы, что приводит к централизации инфраструктуры и управления.
Масштабируемость также ограничена. Чтобы сохранить децентрализацию, размеры блоков и газовые лимиты должны оставаться относительно низкими. Но это ограничивает пропускную способность транзакций, вызывая перегрузку и высокие комиссии. Загруженность сети Ethereum в периоды повышенного использования хорошо задокументирована как результат этих компромиссов.
Ограниченная гибкость для разработчиков
Еще одним недостатком монолитных блокчейнов является ограниченная гибкость, которую они предлагают разработчикам. Среда выполнения, виртуальная машина, логика транзакций и модель комиссий определяются базовым цепочкой. Разработчики не могут легко вводить новые функции, модели выполнения или оптимизации производительности. Любое обновление протокола требует широкого согласия и часто жесткого форка, что может быть длительным и политически сложным процессом.
Отход от монолитных ограничений
Для решения этих проблем Эфириум и другие блокчейны постепенно принимают модульные элементы. Например, дорожная карта сосредоточенная на роллапах Эфириума делегирует выполнение внешним роллапам, в то время как базовая цепь поддерживает консенсус и доступность данных. Это представляет собой частичное отступление от монолитной модели и подчеркивает растущий интерес к более гибким, масштабируемым архитектурам блокчейна.
Модульный дизайн блокчейна
Модульное проектирование блокчейна представляет собой отход от всё-в-одном архитектуры монолитных систем. Вместо того, чтобы иметь одну цепочку, обрабатывающую все обязанности, модульное проектирование разделяет функции блокчейна на отдельные слои или модули. Каждый модуль отвечает за определенную роль—например, выполнение транзакций, достижение консенсуса, хранение данных или завершение транзакций—и может быть оптимизирован независимо. Это разделение обязанностей позволяет сетям масштабироваться более эффективно, оставаясь гибкими и децентрализованными.
Основные компоненты модульного блокчейн-стека
В модульной архитектуре стека блокчейна обычно делится на четыре функциональных уровня: выполнение, расчет, консенсус и доступность данных.
Слой выполнения
Слой выполнения обрабатывает обработку транзакций и логику смарт-контрактов. Здесь запускаются децентрализованные приложения, и здесь применяется бизнес-логика. Разработчики могут выбирать или создавать среды выполнения, адаптированные к конкретным случаям использования, будь то универсальная виртуальная машина или настраиваемая среда выполнения.
Уровень расчетов
Слой расчетов действует как окончательный арбитр вопросов о допустимости транзакции. Он проверяет доказательства, представленные слоями исполнения, и обеспечивает согласованность переходов состояний. Слой расчетов также может предоставлять механизмы урегулирования споров в случае мошенничества или недопустимых транзакций.
Слой согласования
Слой консенсуса отвечает за упорядочение транзакций и создание блоков. Этот слой определяет каноническую цепь и обеспечивает согласие всех участвующих узлов относительно последовательности блоков.
Слой доступности данных
Уровень доступности данных гарантирует, что полное содержимое каждого блока доступно всем участникам сети. Это предотвращает злонамеренных участников от скрытия или удерживания данных, необходимых для проверки транзакций. Безопасный и масштабируемый уровень доступности данных крайне важен для поддержки внешних сред выполнения, таких как rollups.
Преимущества модульного проектирования блокчейна
Модульная архитектура вводит несколько ключевых преимуществ перед монолитными системами. Во-первых, она обеспечивает масштабируемость по дизайну. Каждый модуль может масштабироваться независимо в соответствии со своими собственными требованиями. Например, слой доступности данных может оптимизироваться для пропускной способности и хранения, в то время как слой выполнения может сосредотачиваться на вычислительной производительности.
Во-вторых, модульные системы поддерживают большую децентрализацию. Легкие клиенты могут взаимодействовать с отдельными модулями без запуска полных узлов. Например, благодаря инновациям, таким как Сэмплирование доступности данных (DAS), пользователи могут проверить, что данные блока доступны без скачивания всего блока. Это снижает барьер для участия и поддерживает более широкое распространение узлов валидации.
Третье, модульный дизайн обеспечивает гибкость и инновации. Разработчики больше не ограничены ограничениями одной базовой цепи. Они могут комбинировать среды выполнения, подключаться к различным поставщикам доступности данных или настраивать логику расчетов. Это создает более разнообразную экосистему блокчейнов, каждый из которых адаптирован под конкретные потребности — от сетей быстрых игр до финансовых приложений, ориентированных на конфиденциальность.