模块化论文提出，我们将共同改变我们构建和利用区块链的方式。此外，模块化设计使得在我们进入炒作和活动高涨的牛市时，可扩容和安全的执行层变得可能！
那么什么是模块化区块链架构呢？
在整体网络中（例如 以太坊 和 Solana） 、执行、结算及共识/数据可用性（DA）都统一在一层：
- 数据可用性（DA）：所有网络参与者（至少在特定时间内）都可以访问和检索发布到网络的任何数据的概念。
- 执行：定义区块链上的节点如何处理交易，并在状态之间转换交易。
- 结算：确定性或概率性的最终性是确保交易被提交到区块链后不可逆转的保证。只有在区块链确信交易的有效性时才会发生这种情况。因此，结算意味着验证交易、验证证明和调解争议。
- 共识：节点如何达成一致，以验证区块链上的数据是否真实准确。
整体区块链架构（来源：Celestia)
虽然整体设计方法有其自身的一些优点（例如降低复杂性和提高可组合性），但它不一定能够很好地扩容。这就是为什么模块化设计将这些功能分开，让它们在单独的专用层上执行。
因此，模块化设计空间包括：
模块化区块链架构（来源：Celestia）
更广泛地说，模块化景观还包括：
- 测序解决方案，
- 证明解决方案，
- 互操作性解决方案，
- 专注于订单流抽象的项目
- 各种基础设施提供商 (汇总(rollup)框架、汇总即服务解决（rollup-as-a-service）方案和其他工具）
在这篇简短的介绍性文章中，重点在于我们如何获得基于汇总（也就是模块化）的扩容解决方案，然后我们在接下来的几周的新系列中深入探讨模块化区块链系统的细微差别。
战斗的号角
您认为您有能力进入城堡并为该领域的研究、社区倡议、尽职调查分析以及为项目提供建议/服务做出贡献吗？或者，也许您想提高技能并跟随已经作为实习生走上成功之路的社区成员？
扩容的历史
自区块链诞生以来，扩展区块链的吞吐量一直是该领域研究和开发的主要焦点。毫无疑问，要实现真正的“大规模采用”，区块链必须能够扩容。简单定义，可扩容性是网络快速、低成本处理大量交易的能力。因此，这意味着随着更多用例的出现和网络采用的加速，区块链的性能不会受到影响。根据这个定义，以太坊缺乏可扩容性。
随着网络使用量的增加，以太坊上的 Gas 价格飙升至不可持续的高水平，最终导致许多小用户完全无法与去中心化应用程序交互。例子包括BAYC land mint（导致gas费飙升至8000 gwei）或artblocks NFT下降（导致gas费飙升至超过1000 gwei） - 作为参考，gas位于<在撰写本文时，a i=1>6 gwei。诸如此类的实例为替代性的、更“可扩容”的 L1 区块链（即 Solana）提供了蚕食以太坊市场份额的机会。然而，这也刺激了围绕增加以太坊网络吞吐量的创新。
然而，这些 Alt-L1 所采取的扩容方法通常是以去中心化和安全性为代价的。例如，像 Solana 这样的 Alt-L1 链选择使用较小的验证器集，并提高了验证器的硬件要求。虽然这提高了网络验证链并保持其状态的能力，但它减少了可以自己验证链的人数，并增加了网络参与的进入壁垒。这种冲突也称为区块链三难困境（如下图所示）。该概念基于这样的想法：区块链无法同时达到任何区块链网络应努力具备的所有三个核心品质（可扩容性、安全性和去中心化）。
区块链三难困境（来源：SEBA Research）
当我们考虑上述硬件要求的增加时，这一点就变得很清楚。为了扩容吞吐量，Alt-L1 链必须利用更加中心化的网络结构，用户必须信任少量具有高规格机器的验证器。这牺牲了区块链三难的两个方面：去中心化和去中心化。安全性，可扩容性。此外，由于需要更强大的硬件，运行节点也变得更加昂贵（不仅是硬件本身，还包括带宽和存储）。这极大地损害了网络的去中心化，因为运行节点的进入壁垒急剧增加，因此可以参与验证网络的人越来越少。
由于去中心化和包容性是以太坊社区的两个核心价值观，因此用一小组高规格节点运行链并不是一条合适的前进道路也就不足为奇了。 Vitalik Buterin 甚至认为“让普通用户能够运行节点对于区块链去中心化至关重要”。因此，其他扩容方法受到了关注。
同质执行分片（Homogenous Execution Sharding）
以太坊社区已经尝试使用侧链、plasma和状态通道来解决可扩容性问题，所有这些都具有某些缺点，导致它们不是最佳解决方案。许多替代 L1 区块链选择采用的一种扩容方法就是所谓的同质执行分片。在相当长的一段时间里，这似乎也是以太坊最有前途的解决方案（在旧的 ETH 2.0 路线图的背景下）。
同类执行分片是一种扩容方法，旨在通过将事务处理工作负载划分为多个称为分片的较小单元（验证器子集）来提高区块链网络的吞吐量和容量。每个分片独立且并发地运行，处理自己的一组事务并维护单独的状态。目标是实现事务的并行执行，从而提高整体网络容量和速度。 Harmony 和以太坊 2.0（仅限旧路线图！）是扩容计划的两个示例，它们已采用或至少考虑将同构执行分片作为其扩容策略的一部分。
执行分片的简化可视图
Harmony 是一个替代性的 L1 区块链平台，旨在为去中心化应用程序 (dApp) 提供可扩容、安全且节能的基础设施。它使用基于分片的方法，将网络分为多个分片，每个分片都有自己的一组验证器，负责处理交易和维护本地状态。验证者被随机分配到分片，确保资源的公平和平衡分配。
跨分片通信是通过一种称为“收据”的机制来促进的。它允许分片将有关事务导致的状态更改的信息发送到其他分片。这使得驻留在不同分片上的 dApp 和智能合约之间能够无缝交互，而不会影响网络的安全性和完整性。
以太坊 2.0 是对以太坊网络的持续升级，旨在解决原始基于工作量证明 (PoW) 的以太坊版本所面临的可扩容性、安全性和可持续性问题。 旧版以太坊 2.0 路线图提出了多阶段部署，将网络过渡到权益证明 (PoS) 共识机制（我们最终看到了这一机制）去年秋天发生）并引入执行分片以提高可扩容性。根据这个最初的计划，以太坊 2.0 将由一条信标链和 64 条分片链组成。信标链旨在管理 PoS 协议、验证者注册和跨分片通信。
另一方面，分片链是单独的链，负责处理交易并同时维护单独的状态。验证者将被分配到一个分片，定期轮换以维护网络的安全性和去中心化。信标链将跟踪验证者分配并管理最终确定分片链数据的过程。计划通过一种称为“交叉链接”的机制来促进跨分片通信。它会定期将分片链数据捆绑到信标链中，从而允许状态更改在网络上传播。
但是，虽然同质执行分片承诺了巨大的可扩容性，但它确实以安全权衡为代价，因为验证器被分成更小的子集，因此网络去中心化受到损害。此外，在分片上提供加密经济安全性的风险价值也降低了。
然而，以太坊 2.0 路线图此后不断发展，执行分片已被一种称为数据分片的方法所取代，该方法旨在为称为汇总的更复杂的扩容技术提供可扩容的基础（稍后将详细介绍！）。
异构执行分片（Heterogenous Execution Sharding）
异构执行分片是一种扩容方法，它将具有不同共识机制、状态模型和功能的多个独立区块链连接到一个可互操作的网络中。这种方法允许每个连接的区块链保持其独特的特性，同时受益于整个生态系统的安全性和可扩容性。采用异构执行分片的两个著名项目示例是 Polkadot 和 Cosmos 。
Polkadot 是一个去中心化平台，旨在实现多个区块链之间的跨链通信和互操作性。其架构由中央中继链、多个平行链和桥接器组成。
Polkadot 网络架构的简化可视图（来源：Polkadot 文档）
中继链：Polkadot生态中的主链，负责提供安全、共识和跨链通信。中继链上的验证器负责验证交易并生成新块。
平行链：连接到中继链的独立区块链，可从其共享的安全性和共识机制中受益，并实现与网络中其他链的互操作性。每个平行链都可以有自己的状态模型、共识机制和针对特定用例定制的专用功能。
桥梁： 将 Polkadot 连接到外部区块链（如以太坊）并实现这些网络和 Polkadot 生态系统之间的通信和资产转移的组件。
Polkadot 使用称为提名权益证明 (NPoS) 的混合共识机制来保护其网络。中继链上的验证者由社区提名来验证交易并生成区块。相反，平行链可以根据其要求使用不同的共识机制。 Polkadot 网络架构的一个重要特点是，在设计上，所有平行链都与中继链共享安全性，从而继承了中继链的安全保证。
Cosmos 是另一个去中心化平台，旨在创建“区块链互联网”，促进不同区块链网络之间的无缝通信和互操作性。它的架构类似于 Polkadot 的架构，由一个中心 Hub、多个 Zone 和 Bridge 组成。
Cosmos 网络架构的简化可视图（来源：Cosmos Docs）
Hub： Cosmos 生态系统中的中央区块链，可实现跨链通信并很快实现链间安全（类似于 Polkadot 的共享安全）。 Cosmos Hub 使用称为 Tendermint 的权益证明 (PoS) 共识机制，可提供快速最终确定和高吞吐量。理论上，可以有多个集线器。然而，随着 ATOM 2.0 和链间安全性的出现，Cosmos Hub 很可能仍然是 Cosmos 支持的“区块链互联网”的中心。
区域： 连接到 Hub 的独立区块链，每个区块链都有自己的共识机制、状态模型、功能和验证器集（通常）。区域可以使用称为区块链间通信（IBC）的标准化协议通过集线器相互通信。
桥梁：将 Cosmos 生态系统连接到外部区块链的组件，允许 Cosmos 区域和其他网络之间进行资产转移和通信。
Polkadot 和 Cosmos 都是异构执行分片的例子，因为它们将具有不同功能、共识机制和状态模型的多个独立区块链连接到一个可互操作的生态系统中。这种方法允许每个连接的链保持其独特的特性，同时通过将特定于应用程序的执行层彼此分离来实现可扩容性，同时仍然受益于整个网络的跨链通信和安全功能。
Cosmos 和 Polkadot 方法之间的主要区别在于安全模型。 Cosmos 采用的方法是特定于应用程序的链（异构分片）必须启动并维护自己的验证器集，而 Polkadot 选择了共享安全模型。在这种共享安全模型下，应用程序链继承了位于生态系统中心的中继链的安全性。后者更接近以太坊希望采用的基于汇总的扩容方法来实现扩容。
使用我们的推荐系统来传播有关《纪事报》的信息！
通过汇总（Rollups）扩容以太坊
以汇总为中心的以太坊路线图并不是一个新现象，但它的吸收和采用速度正在加快。 Vitalik 早在 2020 年 10 月就首次撰写了有关此路线图支点的文章。
汇总将共享安全范式中的分片提升到了一个新的水平。这是一种扩容解决方案，其中交易在汇总执行环境中进行链外处理，并且顾名思义，将交易汇总成批次。排序器收集用户的交易，并将交易批次提交到以太坊 L1 上的智能合约，该合约在 L2 上强制执行正确的交易执行。随后，交易数据存储在 L1 上，这使得 Rollups 能够继承经过考验的以太坊基础层的安全性。
因此，现在旧的以太坊 2.0 路线图中本质上的分片已经与基础层完全解耦，开发人员有广阔的开放空间可以按照自己的意愿定制他们的 L2（类似于 Polkadot 的平行链或 Cosmos 的区域）。然而，得益于以太坊上的结算和 DA，rollups 仍然能够依赖 L1 安全保证。与侧链（例如 Polygon）相比，另一个关键优势是 Rollup 不需要自己的验证器集和共识机制。
Rollup 系统只需要有一组定序器（收集和排序事务），并且在任何给定时间只需要一个定序器处于活动状态。在这样的弱假设下，汇总实际上可以在一小组高规格服务器级计算机甚至单个定序器上运行，从而实现出色的可扩容性。然而，由于这是与去中心化的权衡，大多数汇总尝试将其系统设计得尽可能去中心化（包括排序器）。虽然 Rollup 并不明确需要共识机制（因为最终性来自 L1 共识），但 Rollup 可以具有带有轮换计划的协调机制来轮换排序器，甚至可以使用成熟的 PoS 机制，其中一组排序器就事务批处理/排序达成共识。这些方法可以提高安全性和改善去中心化。
一般来说，汇总系统可分成两种类型……
Optimistic 汇总
所谓的Optimistic汇总的特点是有一个排序器节点，用于收集 L2 上的交易数据，随后将该数据与新的 L2 状态根一起提交到以太坊基础层。为了确保提交给以太坊 L1 的新状态根是正确的，验证者节点会将其新状态根与排序器提交的状态根进行比较。如果存在差异，他们将开始所谓的欺诈证明流程。如果欺诈证明的状态根与排序器提交的状态根不同，则排序器的初始存款（又称债券）将被削减。从该交易之后的状态根将被擦除，序列器将不得不重新计算丢失的状态根。
Rollup机制（来源：Panther Academy）
有效性（零知识‘Zero-Knowledge’）汇总
另一方面，有效性汇总依赖于零知识证明（例如 SNARK 或 STARK）形式的有效性证明，而不是欺诈证明机制。与 Optmistic 汇总系统类似，排序器从用户收集交易，并负责向 L1 提交（有时还生成）零知识证明以及相应的交易数据。如果排序者进行恶意行为，他们的权益可能会被削减，这会激励他们发布有效的区块（或批次证明）。有效性汇总为系统引入了Optimisitc设置中不需要的新角色。证明者是生成不可伪造的交易执行 zk 证明的参与者，证明所提议的状态转换是有效的。
排序器随后将这些证明提交给以太坊主网上的验证者合约。从技术上讲，测序者和证明者的职责可以合并为一个角色。然而，由于证明生成和交易排序都需要高度专业的技能才能良好执行，因此划分这些职责可以防止汇总设计中不必要的集中化。排序器提交给 L1 的零知识证明仅报告 L2 状态的变化，并将这些数据以可验证哈希的形式提供给以太坊主网上的验证者智能合约。
zk-Rollup 的简化可视图（来源：Chainlink）
确定哪种方法更优越是一项具有挑战性的任务。然而，让我们简要探讨一些关键差异。首先，首先，由于有效性证明可以在数学上得到证明，以太坊网络可以无需信任地验证批量交易的合法性。这点与Optimistic 汇总不同，Optimistic 汇总时以太坊依赖验证节点来验证交易并在必要时执行欺诈证明。因此，有些人可能会认为 zk-rollups 更安全。此外，有效性证明（零知识证明）可以即时确认主链上的汇总交易。
因此，用户可以在 rollup 和基础区块链（以及其他 zk-rollups）之间无缝转移资金，而不会遇到摩擦或延迟。相比之下，Optimisitc 汇总（例如 Optimism 和 Arbitrum）在用户提取资金到 L1 之前需要等待一段时间（在 Optimism 和 Arbitrum 的情况下为 7 天），因为验证者需要能够验证交易并发起欺诈必要时证明机制。这限制了汇总的效率并降低了用户的价值。虽然有多种方法可以实现快速提款，但它通常不是原生功能。
然而，生成有效性证明的计算成本很高，而且链上验证的成本通常很高（取决于证明的大小）。通过抽象证明生成和验证，Optimistic 汇总在成本方面比有效性汇总具有优势。
在以太坊以汇总为中心的路线图背景下，Optimistic 汇总和有效性汇总都发挥着关键作用。将以太坊基础层转变为主要的数据可用性/结算层，以支持几乎无限数量的高度可扩容、基于汇总的执行层，将使整个以太坊网络及其汇总生态系统达到巨大的规模。
结论
正如我们所看到的，如我们所见，构建具有主权并不受基础层限制的去中心化应用程序是一项复杂的任务。它需要协调数百个节点运营商，这既困难又昂贵。此外，如果不在安全性和/或去中心化方面做出重大权衡，就很难扩容整体区块链。
虽然 Cosmos SDK 和 Polkadot 的 Substrate 等框架可以更轻松地抽象某些软件组件，但它们不允许从代码无缝过渡到 p2p 硬件的实际物理网络。此外，异构分片方法可能会破坏生态系统的安全性，这可能会带来额外的摩擦损失和风险。
Rollups是下一代扩展解决方案，提供了一个绝佳机会，不仅可以消除协调数百甚至数千个个体来运营一个去中心化网络的困难，而且还是将开发人员将其想法和概念转化为现实所需的成本和时间大幅减少的重要基石。模块化链的概念进一步简化了这一点。模块化区块链设计是一种广泛的方法，它将区块链的核心功能分成不同的、可互换的组件。在这些功能领域内，出现了专门的提供商，共同促进构建可扩容且安全的汇总执行层、广泛的应用程序设计灵活性以及对不断变化的技术需求的增强适应性。
尽管如此，基于汇总的扩容仍然是一项新兴技术。因此，仍有一些障碍需要克服。目前（基于以太坊的）汇总的主要可扩容性瓶颈是有限的数据可用性（DA）容量。然而，由模块化论文驱动的创新确实有一些方法可以解决这个问题。要了解更多关于DA问题和潜在解决方案的信息，请继续关注我们即将在下周发布的深度报告，我们将在本系列中继续探讨！
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- 数据可用性（DA）：所有网络参与者（至少在特定时间内）都可以访问和检索发布到网络的任何数据的概念。
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- 结算：确定性或概率性的最终性是确保交易被提交到区块链后不可逆转的保证。只有在区块链确信交易的有效性时才会发生这种情况。因此，结算意味着验证交易、验证证明和调解争议。
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虽然整体设计方法有其自身的一些优点（例如降低复杂性和提高可组合性），但它不一定能够很好地扩容。这就是为什么模块化设计将这些功能分开，让它们在单独的专用层上执行。
因此，模块化设计空间包括：
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- 互操作性解决方案，
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战斗的号角
您认为您有能力进入城堡并为该领域的研究、社区倡议、尽职调查分析以及为项目提供建议/服务做出贡献吗？或者，也许您想提高技能并跟随已经作为实习生走上成功之路的社区成员？
扩容的历史
自区块链诞生以来，扩展区块链的吞吐量一直是该领域研究和开发的主要焦点。毫无疑问，要实现真正的“大规模采用”，区块链必须能够扩容。简单定义，可扩容性是网络快速、低成本处理大量交易的能力。因此，这意味着随着更多用例的出现和网络采用的加速，区块链的性能不会受到影响。根据这个定义，以太坊缺乏可扩容性。
随着网络使用量的增加，以太坊上的 Gas 价格飙升至不可持续的高水平，最终导致许多小用户完全无法与去中心化应用程序交互。例子包括BAYC land mint（导致gas费飙升至8000 gwei）或artblocks NFT下降（导致gas费飙升至超过1000 gwei） - 作为参考，gas位于<在撰写本文时，a i=1>6 gwei。诸如此类的实例为替代性的、更“可扩容”的 L1 区块链（即 Solana）提供了蚕食以太坊市场份额的机会。然而，这也刺激了围绕增加以太坊网络吞吐量的创新。
然而，这些 Alt-L1 所采取的扩容方法通常是以去中心化和安全性为代价的。例如，像 Solana 这样的 Alt-L1 链选择使用较小的验证器集，并提高了验证器的硬件要求。虽然这提高了网络验证链并保持其状态的能力，但它减少了可以自己验证链的人数，并增加了网络参与的进入壁垒。这种冲突也称为区块链三难困境（如下图所示）。该概念基于这样的想法：区块链无法同时达到任何区块链网络应努力具备的所有三个核心品质（可扩容性、安全性和去中心化）。
区块链三难困境（来源：SEBA Research）
当我们考虑上述硬件要求的增加时，这一点就变得很清楚。为了扩容吞吐量，Alt-L1 链必须利用更加中心化的网络结构，用户必须信任少量具有高规格机器的验证器。这牺牲了区块链三难的两个方面：去中心化和去中心化。安全性，可扩容性。此外，由于需要更强大的硬件，运行节点也变得更加昂贵（不仅是硬件本身，还包括带宽和存储）。这极大地损害了网络的去中心化，因为运行节点的进入壁垒急剧增加，因此可以参与验证网络的人越来越少。
由于去中心化和包容性是以太坊社区的两个核心价值观，因此用一小组高规格节点运行链并不是一条合适的前进道路也就不足为奇了。 Vitalik Buterin 甚至认为“让普通用户能够运行节点对于区块链去中心化至关重要”。因此，其他扩容方法受到了关注。
同质执行分片（Homogenous Execution Sharding）
以太坊社区已经尝试使用侧链、plasma和状态通道来解决可扩容性问题，所有这些都具有某些缺点，导致它们不是最佳解决方案。许多替代 L1 区块链选择采用的一种扩容方法就是所谓的同质执行分片。在相当长的一段时间里，这似乎也是以太坊最有前途的解决方案（在旧的 ETH 2.0 路线图的背景下）。
同类执行分片是一种扩容方法，旨在通过将事务处理工作负载划分为多个称为分片的较小单元（验证器子集）来提高区块链网络的吞吐量和容量。每个分片独立且并发地运行，处理自己的一组事务并维护单独的状态。目标是实现事务的并行执行，从而提高整体网络容量和速度。 Harmony 和以太坊 2.0（仅限旧路线图！）是扩容计划的两个示例，它们已采用或至少考虑将同构执行分片作为其扩容策略的一部分。
执行分片的简化可视图
Harmony 是一个替代性的 L1 区块链平台，旨在为去中心化应用程序 (dApp) 提供可扩容、安全且节能的基础设施。它使用基于分片的方法，将网络分为多个分片，每个分片都有自己的一组验证器，负责处理交易和维护本地状态。验证者被随机分配到分片，确保资源的公平和平衡分配。
跨分片通信是通过一种称为“收据”的机制来促进的。它允许分片将有关事务导致的状态更改的信息发送到其他分片。这使得驻留在不同分片上的 dApp 和智能合约之间能够无缝交互，而不会影响网络的安全性和完整性。
以太坊 2.0 是对以太坊网络的持续升级，旨在解决原始基于工作量证明 (PoW) 的以太坊版本所面临的可扩容性、安全性和可持续性问题。 旧版以太坊 2.0 路线图提出了多阶段部署，将网络过渡到权益证明 (PoS) 共识机制（我们最终看到了这一机制）去年秋天发生）并引入执行分片以提高可扩容性。根据这个最初的计划，以太坊 2.0 将由一条信标链和 64 条分片链组成。信标链旨在管理 PoS 协议、验证者注册和跨分片通信。
另一方面，分片链是单独的链，负责处理交易并同时维护单独的状态。验证者将被分配到一个分片，定期轮换以维护网络的安全性和去中心化。信标链将跟踪验证者分配并管理最终确定分片链数据的过程。计划通过一种称为“交叉链接”的机制来促进跨分片通信。它会定期将分片链数据捆绑到信标链中，从而允许状态更改在网络上传播。
但是，虽然同质执行分片承诺了巨大的可扩容性，但它确实以安全权衡为代价，因为验证器被分成更小的子集，因此网络去中心化受到损害。此外，在分片上提供加密经济安全性的风险价值也降低了。
然而，以太坊 2.0 路线图此后不断发展，执行分片已被一种称为数据分片的方法所取代，该方法旨在为称为汇总的更复杂的扩容技术提供可扩容的基础（稍后将详细介绍！）。
异构执行分片（Heterogenous Execution Sharding）
异构执行分片是一种扩容方法，它将具有不同共识机制、状态模型和功能的多个独立区块链连接到一个可互操作的网络中。这种方法允许每个连接的区块链保持其独特的特性，同时受益于整个生态系统的安全性和可扩容性。采用异构执行分片的两个著名项目示例是 Polkadot 和 Cosmos 。
Polkadot 是一个去中心化平台，旨在实现多个区块链之间的跨链通信和互操作性。其架构由中央中继链、多个平行链和桥接器组成。
Polkadot 网络架构的简化可视图（来源：Polkadot 文档）
中继链：Polkadot生态中的主链，负责提供安全、共识和跨链通信。中继链上的验证器负责验证交易并生成新块。
平行链：连接到中继链的独立区块链，可从其共享的安全性和共识机制中受益，并实现与网络中其他链的互操作性。每个平行链都可以有自己的状态模型、共识机制和针对特定用例定制的专用功能。
桥梁： 将 Polkadot 连接到外部区块链（如以太坊）并实现这些网络和 Polkadot 生态系统之间的通信和资产转移的组件。
Polkadot 使用称为提名权益证明 (NPoS) 的混合共识机制来保护其网络。中继链上的验证者由社区提名来验证交易并生成区块。相反，平行链可以根据其要求使用不同的共识机制。 Polkadot 网络架构的一个重要特点是，在设计上，所有平行链都与中继链共享安全性，从而继承了中继链的安全保证。
Cosmos 是另一个去中心化平台，旨在创建“区块链互联网”，促进不同区块链网络之间的无缝通信和互操作性。它的架构类似于 Polkadot 的架构，由一个中心 Hub、多个 Zone 和 Bridge 组成。
Cosmos 网络架构的简化可视图（来源：Cosmos Docs）
Hub： Cosmos 生态系统中的中央区块链，可实现跨链通信并很快实现链间安全（类似于 Polkadot 的共享安全）。 Cosmos Hub 使用称为 Tendermint 的权益证明 (PoS) 共识机制，可提供快速最终确定和高吞吐量。理论上，可以有多个集线器。然而，随着 ATOM 2.0 和链间安全性的出现，Cosmos Hub 很可能仍然是 Cosmos 支持的“区块链互联网”的中心。
区域： 连接到 Hub 的独立区块链，每个区块链都有自己的共识机制、状态模型、功能和验证器集（通常）。区域可以使用称为区块链间通信（IBC）的标准化协议通过集线器相互通信。
桥梁：将 Cosmos 生态系统连接到外部区块链的组件，允许 Cosmos 区域和其他网络之间进行资产转移和通信。
Polkadot 和 Cosmos 都是异构执行分片的例子，因为它们将具有不同功能、共识机制和状态模型的多个独立区块链连接到一个可互操作的生态系统中。这种方法允许每个连接的链保持其独特的特性，同时通过将特定于应用程序的执行层彼此分离来实现可扩容性，同时仍然受益于整个网络的跨链通信和安全功能。
Cosmos 和 Polkadot 方法之间的主要区别在于安全模型。 Cosmos 采用的方法是特定于应用程序的链（异构分片）必须启动并维护自己的验证器集，而 Polkadot 选择了共享安全模型。在这种共享安全模型下，应用程序链继承了位于生态系统中心的中继链的安全性。后者更接近以太坊希望采用的基于汇总的扩容方法来实现扩容。
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通过汇总（Rollups）扩容以太坊
以汇总为中心的以太坊路线图并不是一个新现象，但它的吸收和采用速度正在加快。 Vitalik 早在 2020 年 10 月就首次撰写了有关此路线图支点的文章。
汇总将共享安全范式中的分片提升到了一个新的水平。这是一种扩容解决方案，其中交易在汇总执行环境中进行链外处理，并且顾名思义，将交易汇总成批次。排序器收集用户的交易，并将交易批次提交到以太坊 L1 上的智能合约，该合约在 L2 上强制执行正确的交易执行。随后，交易数据存储在 L1 上，这使得 Rollups 能够继承经过考验的以太坊基础层的安全性。
因此，现在旧的以太坊 2.0 路线图中本质上的分片已经与基础层完全解耦，开发人员有广阔的开放空间可以按照自己的意愿定制他们的 L2（类似于 Polkadot 的平行链或 Cosmos 的区域）。然而，得益于以太坊上的结算和 DA，rollups 仍然能够依赖 L1 安全保证。与侧链（例如 Polygon）相比，另一个关键优势是 Rollup 不需要自己的验证器集和共识机制。
Rollup 系统只需要有一组定序器（收集和排序事务），并且在任何给定时间只需要一个定序器处于活动状态。在这样的弱假设下，汇总实际上可以在一小组高规格服务器级计算机甚至单个定序器上运行，从而实现出色的可扩容性。然而，由于这是与去中心化的权衡，大多数汇总尝试将其系统设计得尽可能去中心化（包括排序器）。虽然 Rollup 并不明确需要共识机制（因为最终性来自 L1 共识），但 Rollup 可以具有带有轮换计划的协调机制来轮换排序器，甚至可以使用成熟的 PoS 机制，其中一组排序器就事务批处理/排序达成共识。这些方法可以提高安全性和改善去中心化。
一般来说，汇总系统可分成两种类型……
Optimistic 汇总
所谓的Optimistic汇总的特点是有一个排序器节点，用于收集 L2 上的交易数据，随后将该数据与新的 L2 状态根一起提交到以太坊基础层。为了确保提交给以太坊 L1 的新状态根是正确的，验证者节点会将其新状态根与排序器提交的状态根进行比较。如果存在差异，他们将开始所谓的欺诈证明流程。如果欺诈证明的状态根与排序器提交的状态根不同，则排序器的初始存款（又称债券）将被削减。从该交易之后的状态根将被擦除，序列器将不得不重新计算丢失的状态根。
Rollup机制（来源：Panther Academy）
有效性（零知识‘Zero-Knowledge’）汇总
另一方面，有效性汇总依赖于零知识证明（例如 SNARK 或 STARK）形式的有效性证明，而不是欺诈证明机制。与 Optmistic 汇总系统类似，排序器从用户收集交易，并负责向 L1 提交（有时还生成）零知识证明以及相应的交易数据。如果排序者进行恶意行为，他们的权益可能会被削减，这会激励他们发布有效的区块（或批次证明）。有效性汇总为系统引入了Optimisitc设置中不需要的新角色。证明者是生成不可伪造的交易执行 zk 证明的参与者，证明所提议的状态转换是有效的。
排序器随后将这些证明提交给以太坊主网上的验证者合约。从技术上讲，测序者和证明者的职责可以合并为一个角色。然而，由于证明生成和交易排序都需要高度专业的技能才能良好执行，因此划分这些职责可以防止汇总设计中不必要的集中化。排序器提交给 L1 的零知识证明仅报告 L2 状态的变化，并将这些数据以可验证哈希的形式提供给以太坊主网上的验证者智能合约。
zk-Rollup 的简化可视图（来源：Chainlink）
确定哪种方法更优越是一项具有挑战性的任务。然而，让我们简要探讨一些关键差异。首先，首先，由于有效性证明可以在数学上得到证明，以太坊网络可以无需信任地验证批量交易的合法性。这点与Optimistic 汇总不同，Optimistic 汇总时以太坊依赖验证节点来验证交易并在必要时执行欺诈证明。因此，有些人可能会认为 zk-rollups 更安全。此外，有效性证明（零知识证明）可以即时确认主链上的汇总交易。
因此，用户可以在 rollup 和基础区块链（以及其他 zk-rollups）之间无缝转移资金，而不会遇到摩擦或延迟。相比之下，Optimisitc 汇总（例如 Optimism 和 Arbitrum）在用户提取资金到 L1 之前需要等待一段时间（在 Optimism 和 Arbitrum 的情况下为 7 天），因为验证者需要能够验证交易并发起欺诈必要时证明机制。这限制了汇总的效率并降低了用户的价值。虽然有多种方法可以实现快速提款，但它通常不是原生功能。
然而，生成有效性证明的计算成本很高，而且链上验证的成本通常很高（取决于证明的大小）。通过抽象证明生成和验证，Optimistic 汇总在成本方面比有效性汇总具有优势。
在以太坊以汇总为中心的路线图背景下，Optimistic 汇总和有效性汇总都发挥着关键作用。将以太坊基础层转变为主要的数据可用性/结算层，以支持几乎无限数量的高度可扩容、基于汇总的执行层，将使整个以太坊网络及其汇总生态系统达到巨大的规模。
结论
正如我们所看到的，如我们所见，构建具有主权并不受基础层限制的去中心化应用程序是一项复杂的任务。它需要协调数百个节点运营商，这既困难又昂贵。此外，如果不在安全性和/或去中心化方面做出重大权衡，就很难扩容整体区块链。
虽然 Cosmos SDK 和 Polkadot 的 Substrate 等框架可以更轻松地抽象某些软件组件，但它们不允许从代码无缝过渡到 p2p 硬件的实际物理网络。此外，异构分片方法可能会破坏生态系统的安全性，这可能会带来额外的摩擦损失和风险。
Rollups是下一代扩展解决方案，提供了一个绝佳机会，不仅可以消除协调数百甚至数千个个体来运营一个去中心化网络的困难，而且还是将开发人员将其想法和概念转化为现实所需的成本和时间大幅减少的重要基石。模块化链的概念进一步简化了这一点。模块化区块链设计是一种广泛的方法，它将区块链的核心功能分成不同的、可互换的组件。在这些功能领域内，出现了专门的提供商，共同促进构建可扩容且安全的汇总执行层、广泛的应用程序设计灵活性以及对不断变化的技术需求的增强适应性。
尽管如此，基于汇总的扩容仍然是一项新兴技术。因此，仍有一些障碍需要克服。目前（基于以太坊的）汇总的主要可扩容性瓶颈是有限的数据可用性（DA）容量。然而，由模块化论文驱动的创新确实有一些方法可以解决这个问题。要了解更多关于DA问题和潜在解决方案的信息，请继续关注我们即将在下周发布的深度报告，我们将在本系列中继续探讨！
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