Три основных атрибута любой блокчейн-системы — это ее масштабируемость, безопасность и децентрализация. По принципу блокчейн-трилеммы, идеально сбалансировать все три качества сложно, и обычно одним из них приходится жертвовать ради других двух.

Основной фокус в блокчейн-сообществе традиционно делается на безопасности, что видно на примере таких сетей, как Ethereum и Bitcoin. Однако их ограниченная пропускная способность становится все более заметной проблемой по мере роста числа пользователей, что мешает широкому внедрению технологии.

Для решения этой проблемы предлагаются новаторские идеи и подходы. Среди них выделяется модульность, которую многие специалисты, включая Виталика Бутерина, считают определяющим фактором для будущего развития блокчейнов.

• Основы модульного блокчейна
• Основания для развития модульных блокчейнов
• Экосистема модульных блокчейнов
• Развитие понимания модульности

Основы модульного блокчейна

Для нормальной работы децентрализованной сети необходимо обеспечивать три критических функции:

• Консенсус: узлы сети должны согласовывать данные о состоянии сети, поддерживая единство и порядок.
• Транзакционная обработка: выполнение и запись операций, а также обновление информации о состоянии сети.
• Хранение данных: сохранение записей о транзакциях для возможности восстановления истории блокчейна.

Некоторые эксперты подчеркивают значимость так называемой функции урегулирования или разрешения конфликтов, которая обеспечивает окончательность выполненных транзакций и служит для арбитража при возникновении споров о их правомерности. В традиционных, монолитных блокчейнах эта функция интегрирована с механизмом достижения консенсуса и не выделяется как независимый компонент. Однако в модульных блокчейнах она может быть реализована как отдельный модуль, предоставляя гибкость в ее применении.

В процессе принимают участие:

• Исполнители, формирующие блоки путем хеширования транзакций и обновления состояния сети.
• Узлы, достигающие консенсуса по новым транзакциям, подтверждая или отклоняя их.

Последним этапом является хранение утвержденных блоков узлами для доступа и валидации.

Такая взаимосвязь между узлами критична для валидации транзакций и поддержания актуальности сети.

В монолитных блокчейнах все узлы выполняют эти задачи, что делает сеть безопасной, но менее масштабируемой.

Модульный блокчейн предлагает альтернативу, разделяя эти функции на отдельные модули, каждый из которых специализирован на определенной задаче. Это способствует гибкости и масштабируемости, позволяя оптимизировать и добавлять новые слои при необходимости.

Каждый уровень функционирует как независимый модуль, специализированный для выполнения определённых функций. Эти модули способны взаимодействовать и объединяться для создания целостной системы.

Эта идея способствует специализации, так как отдельные модули, настроенные для выполнения специфических задач, могут обслуживать различные уровни сети. Это улучшает масштабируемость благодаря возможности оптимизировать узлы и внедрять новые модули.

Необходимо разграничивать понятия модульной сети и модульной экосистемы. Модульная сеть связана с проектами, обеспечивающими композиционный механизм консенсуса и доступа к данным, как, например, Celestia, которая может также поддерживать исполнительные узлы.

В более широком смысле, модульная экосистема охватывает решения для обработки транзакций, как роллапы, механизмы урегулирования конфликтов и другие аспекты. Таким образом, модульный блокчейн формируется из этих взаимодополняющих уровней, аналогично конструктору "лего".

Основания для развития модульных блокчейнов

Модульные блокчейны, хотя и не являются новинкой на криптовалютном рынке, со временем значительно трансформировали свою концепцию. В числе пионеров в этом сегменте выделяются Cosmos и Polkadot, которые дебютировали в 2019 и 2020 годах соответственно. Изначально они нацелены были на обеспечение взаимодействия между различными блокчейнами, однако со временем сместили акцент в сторону модульности.

Интерес к модульным архитектурам возобновился после всплеска внимания к Cosmos, а также появления монолитных блокчейнов первого уровня (L1) вроде Solana, Fantom и Near. Что сподвигло разработчиков вновь обратить внимание на модульную структуру? Для этого есть ряд причин.

Преодоление блокчейн-трилеммы

В начале статьи уже была затронута тема блокчейн-трилеммы, понятие которой Виталик Бутерин оформил в 2017 году, указав на проблемы существующих сетей.

Схематическое представление блокчейн-трилеммы показывает сложность совместного достижения масштабируемости, безопасности и децентрализации. Последовавшие за Ethereum попытки создать так называемые "убийцы Ethereum" не принесли окончательного решения этой дилеммы:

• Ethereum по-прежнему страдает от низкой скорости;
• Solana сохраняет признаки централизации;
• Сети на базе Cosmos имеют слабые места в области безопасности.

С течением времени стало очевидно, что монолитные блокчейны не справляются с задачей нахождения баланса в трилемме, что привело к уменьшению активности в их разработке.

Поиск решений устремился в сторону модульных сетей, стимулированный успехами Cosmos и Polkadot, а также появлением второго уровня (L2) и разработкой Celestia как модульного слоя консенсуса.

Пример Ethereum 

Ethereum играет ведущую роль в популяризации модульных сетей. В настоящее время этот блокчейн ещё является монолитным, но разработанная Бутериным в 2021 году стратегия предполагает постепенное разделение функций между различными категориями узлов. Этот процесс подробно отражён в плане развития проекта.

Хотя Ethereum находится на начальном этапе преобразования, его L2-экосистема с использованием решений для агрегирования транзакций уже демонстрирует элементы многомодульного подхода. Взаимодействие между первым и вторым уровнями формирует общее представление о модульной архитектуре.

Тем не менее, существующие решения, такие как rollups, не решают ключевую проблему масштабирования, связанную с доступностью данных. Rollups передают информацию о транзакциях в основную сеть Ethereum, где она сохраняется в виде calldata, что, несмотря на отсутствие прямой связи со состоянием блокчейна, приводит к увеличению объёма данных и требований к узлам.

Следовательно, Ethereum представляет успешный пример вынесения функции исполнения транзакций за рамки одной сети, одновременно указывая на необходимость дополнительных исследований и разработок для улучшения доступности данных.

Развитие технологического фундамента

Развитие соответствующих технологий играет ключевую роль в поддержке безопасности и повышении производительности модульных сетей, облегчая их разработку. Важные инновации в этой области включают:

Эти технологические достижения значительно упрощают процесс создания модульных блокчейнов и разработки на их основе децентрализованных приложений, способствуя формированию обширной экосистемы, включая услуги rollup-as-a-service, слои консенсуса и поставщиков секвенсоров.

Экосистема модульных блокчейнов

В экосистеме модульных блокчейнов, где отдельные слои могут быть интегрированы с компонентами других сетей, появляются решения для всех ключевых и дополнительных функций. Эта экосистема, более многообразная по сравнению с монолитными сетями, охватывает разнообразные типы проектов:

• Агенты исполнения транзакций;
• Поставщики данных;
• Протоколы для кроссчейн-взаимодействия;
• Системы подтверждения достоверности данных;
• Платформы и инструментальные наборы.

В этой экосистеме основу составляют базовые блокчейны с собственными консенсусными механизмами, которые обеспечивают безопасность и децентрализацию. Среди ключевых игроков на этом уровне выделяются:

• Ethereum, служащий основой для L2-экосистемы, но не модульным по своей природе, осуществляющий взаимодействие с исполнительным слоем через смарт-контракты;
• Celestia, представляющая собой полностью модульную сеть, поддерживающую независимые слои и находящаяся на стадии тестирования;
• Avail от Polygon, предоставляющий консенсусный и слои данных для модульных сетей, также находится в фазе тестирования.

Системы, такие как Polkadot и Cosmos, разрабатывают механизмы взаимной безопасности и инструментарии для разработки, что также приближает их к модульным структурам.

По состоянию на сентябрь 2023 года, рынок ещё не представил полнофункциональный модульный блокчейн, способный к гибкой интеграции консенсусных, исполнительных и данных слоёв. Celestia является наиболее продвинутым в этом направлении, однако только запуск полноценной сети покажет её эффективность и практическую ценность для разработчиков.

Развитие понимания модульности

Год назад дебаты о модульности сосредоточивались на сопоставлении модульных и монолитных блокчейнов. Но сегодня мы наблюдаем техническую и концептуальную трансформацию этой идеи, когда внимание переходит от прямого сравнения к более глубокому взаимодействию и дополнению между различными видами сетей.

Каждый тип блокчейна приспособлен к выполнению специфических задач: если для запуска децентрализованного приложения L1-сеть может быть более удобной, то для более сложных функций или создания экосистемы, как Frax, более подходящим может оказаться использование сети с унаследованной безопасностью.

Solana, например, испытывает возрождение, особенно в DeFi-секторе, благодаря своей способности предоставлять быстрые и дешевые транзакции, несмотря на то что она сохраняет монолитную и централизованную структуру. В контексте DeFi, низкие комиссии могут иметь решающее значение.

Модульная инфраструктура нового поколения предлагает гибкость в построении блокчейнов, позволяя комбинировать различные модули. Однако не всегда модульный подход является наилучшим решением для каждой задачи. Таким образом, монолитные сети продолжат играть свою роль в блокчейн-индустрии, подчеркивая значимость выбора подходящей архитектуры для каждой конкретной цели.