Was ist eine modulare Blockchain?

Modulare Blockchains: Neugestaltung der Skalierbarkeit und Sicherheit von Blockchain
Modulare Blockchains stellen eine neue Blockchain-Architektur dar, die die Skalierbarkeit, Sicherheit und Flexibilität verbessert, indem wichtige Funktionen in verschiedene Ebenen aufgeteilt werden. Dieses Design adressiert die Leistungsengpässe, denen traditionelle monolithische Blockchains gegenüberstehen, wenn sie große Transaktionsvolumina verarbeiten, und ermöglicht gleichzeitig eine größere Anpassung des Systems.

Was ist eine modulare Blockchain?

Traditionelle monolithische Blockchain-Systeme wie Ethereum und Bitcoin bearbeiten in der Regel alle Aufgaben auf einer einzigen Kette, einschließlich Transaktionsausführung, Konsens (Transaktionsverifizierung), Datenspeicherung und Abwicklung. Obwohl dieser Ansatz die Gesamtsicherheit und Dezentralisierung fördert, stößt er oft auf Leistungsprobleme bei der Bewältigung hoher Transaktionsdurchsätze, schneller Verifizierung und Anwendungen im großen Maßstab. Modulare Blockchains unterteilen diese Funktionen durch eine mehrschichtige Architektur in verschiedene Module, sodass jedes Modul sich auf spezifische Aufgaben konzentrieren kann, um eine effizientere Ressourcenzuweisung und Leistungsoptimierung zu erreichen.

Schlüsselfunktionen

Modulare Blockchains bestehen in der Regel aus vier Hauptfunktionsmodulen:

1. Konsens: Bestimmt die Reihenfolge der Transaktionen und die Erstellung neuer Blöcke, um die Authentizität der Transaktionen zu gewährleisten. Die Konsensschicht stellt sicher, dass die Netzwerkknoten sich auf eine einzige Version des Hauptbuchs einigen.
2. Ausführung: Verarbeitet Transaktionen und aktualisiert den Blockchain-Zustand, fungiert als Rechenmaschine zur Ausführung von Smart Contracts.
3. Datenverfügbarkeit: Speichert Transaktionsdaten und stellt sicher, dass die Daten immer für Knoten zum Herunterladen und Überprüfen verfügbar sind und bildet so die Grundlage für die Transparenz und Sicherheit der Blockchain.
4. Abrechnung: Bietet Transaktionsendgültigkeit, gewährleistet, dass Transaktionen nach Bestätigung nicht verändert werden können, und fungiert als Schiedsinstanz für Cross-Chain-Streitigkeiten.

Wie modulare Blockchains funktionieren

Der Kerngedanke modularer Blockchains besteht darin, die verschiedenen Funktionen einer Blockchain in verschiedene Module zu zerlegen, die jeweils von verschiedenen Chains verwaltet werden. Traditionelle monolithische Blockchain-Architekturen verwalten typischerweise alle Aufgaben - Ausführung, Konsens, Abwicklung und Datenverfügbarkeit - auf einer einzigen Chain. Während diese Struktur einfach ist, neigen Skalierbarkeit und Leistung dazu, abzunehmen, wenn die On-Chain-Aktivität zunimmt. Modulare Blockchains ermöglichen es, durch die Kompartmentalisierung dieser Funktionen verschiedene Blockchains auf spezifische Aufgaben zu konzentrieren und so ein Gleichgewicht zwischen Skalierbarkeit, Dezentralisierung und Effizienz zu erreichen. Hier finden Sie eine detaillierte Aufschlüsselung, wie modulare Blockchains funktionieren:

1. Ausführungsschicht Die Ausführungsschicht verarbeitet und verifiziert alle Transaktionen und verwaltet Zustandsänderungen auf der Blockchain. Verschiedene Chains können verschiedene Architekturen und Optimierungsstrategien auf der Ausführungsebene anwenden, wie z. B. Rollup-Technologie und Sharding-Mechanismen, um die Geschwindigkeit und Effizienz der Transaktionsausführung zu erhöhen. Diese Flexibilität ermöglicht es der Ausführungsschicht, je nach Bedarf zu skalieren, die Ausführungszeit zu optimieren und die Transaktionsgebühren zu senken.
2. Die Konsensschicht ist verantwortlich für die Kommunikation und Koordination zwischen den Knoten im Netzwerk, um sich auf die Reihenfolge der Transaktionen zu einigen. Die Dezentralisierung und Sicherheit auf dieser Ebene bestimmen die Robustheit des gesamten Blockchain-Systems. Beispielsweise kann Proof of Stake (PoS) einen effizienten Konsensmechanismus für die Konsensschicht bieten und gleichzeitig eine höhere Durchsatzrate gewährleisten. Durch die Entkopplung von anderen modularen Schichten kann die Konsensschicht unabhängig skaliert und optimiert werden.
3. Abwicklungsschicht Die Abwicklungsschicht validiert die Transaktionsvalidität, verwaltet die Vermögensbrücke und den Fluss zwischen Ausführungsschichten und gewährleistet die Sicherheit von Cross-Chain-Interaktionen. Diese Schicht verlässt sich in der Regel auf eine robustere und sicherere Basis-Blockchain (wie z.B. Ethereum) und führt die Validierung und Abwicklung durch Smart Contracts durch, um die Endgültigkeit von Cross-Chain-Transaktionen zu gewährleisten.
4. Die Datensicherheitsschicht (DA) Die Datensicherheitsschicht stellt sicher, dass alle Transaktionsdaten für Validierungsknoten zugänglich sind. Die Unabhängigkeit dieser Schicht bietet modularen Blockchains einen effizienten Datenverwaltungsmechanismus, der Techniken wie Datensharding und Sampling verwendet, um den Speicherbedarf zu reduzieren und leichte Knoten an der Datengültigkeitsprüfung zu beteiligen. Zum Beispiel ermöglicht Celestias Technologie der 'Datensicherheitsstichproben', dass Knoten die Verfügbarkeit der gesamten Daten durch die Stichprobe einer geringen Datenmenge bestimmen können, wodurch eine effiziente On-Chain-Datenüberprüfung erreicht wird.
   Das modulare Blockchain-Betriebsmodell ermöglicht es, dass jede Schicht basierend auf ihren eigenen Anforderungen optimiert werden kann, unabhängig voneinander. Da die Schichten nicht mehr auf der gleichen Kette laufen müssen, können Entwickler die geeignete Kette auswählen, um spezifische Aufgaben zu erfüllen und so die Kompromisse zwischen Skalierbarkeit, Sicherheit und Effizienz zu bewältigen.

Haupttypen

Modulare Blockchains können flexibel konfiguriert werden, indem die Ausführungs-, Konsens-, Abwicklungs- und Datenverfügbarkeitsschichten kombiniert werden, um verschiedene strukturelle Designs zu bilden, die verschiedenen On-Chain-Anforderungen entsprechen. Basierend auf der Kombination dieser Module umfassen die Haupttypen modularer Blockchains die folgenden:

1. Schicht 1 und Schicht 2 Architektur Die grundlegendste modulare Blockchain-Architektur ist das schichtweise Design von Schicht 1 und Schicht 2. Schicht 1 dient als die zugrunde liegende Basiskette, die in erster Linie Konsens und Abwicklung handhabt, während Schicht 2 eine Kette zur Ausführung ist, die Rollup-Technologie verwendet, um die Verarbeitungskapazität zu erhöhen. Celestia übernimmt diesen Ansatz und unterstützt mehrere Schicht-2-Netzwerke (wie Arbitrum und Optimism), die es als Datenverfügbarkeitsschicht nutzen und damit die Skalierbarkeit verbessern.
2. Ausführung, Abwicklung und DA-Schichtarchitektur In dieser Architektur sind die Ausführungs-, Abwicklungs- und Datenverfügbarkeitsschichten weiter voneinander entkoppelt. Die Ausführungsschicht konzentriert sich auf die Bündelung und Verarbeitung von Transaktionen, die Abwicklungsschicht überprüft und speichert den endgültigen Zustand der Ausführung, und die Datenverfügbarkeitsschicht gewährleistet die Datenzugänglichkeit und Speichersicherheit. Die Unabhängigkeit jedes Moduls ist stärker. Validium ist eine Anwendung dieser Architektur, die eine andere Form von Rollup darstellt, die Transaktionen außerhalb der Kette verarbeitet, bevor Daten an L1 übermittelt werden, mit einer separaten Datenverfügbarkeitsschicht.
3. Souveräne Rollup-Architektur Souveräne Rollups fungieren sowohl als Ausführungs- als auch als Abwicklungsschicht, wobei Datenblöcke direkt auf den Rollup veröffentlicht werden. Im Gegensatz zu Smart Contract Rollups verwalten souveräne Rollups die Gültigkeit und Anordnung von Transaktionen durch ihre eigenen Validierungsknoten, anstatt sich auf die Validierung in der Smart Contract-Schicht zu verlassen. Souveräne Rollups kontrollieren autonom die Ausführungs- und Abwicklungsprozesse, während die DA-Schicht die Datenverfügbarkeit sicherstellt.

Vorteile und Herausforderungen

Vorteile:

• Erhöhte Skalierbarkeit: Jedes Modul konzentriert sich auf eine spezifische Aufgabe und verbessert die Blockchain-Durchsatzrate erheblich, ohne die Dezentralisierung zu beeinträchtigen.
• Flexibilität und Interoperabilität: Das modulare Blockchain-Design erleichtert die Zusammenarbeit zwischen verschiedenen Layer 1- und Layer 2-Ketten und ermöglicht es Entwicklern, basierend auf tatsächlichen Bedürfnissen frei virtuelle Maschinen und Technologiestapel zu wählen.
• Unterstützung für multifunktionale Anwendungen: Die modulare Struktur ermöglicht es Entwicklern, effiziente und sichere dezentrale Anwendungen (DApps) mit Leichtigkeit zu erstellen, und eröffnet so mehr Möglichkeiten für vielfältige Anwendungsfälle.

Herausforderungen:

• Entwicklungskomplexität: Das mehrschichtige Design modularer Blockchains erhöht die Entwicklungsschwierigkeiten und technischen Anforderungen sowohl für Benutzer als auch für Entwickler, was die Einführung verlangsamen kann.
• Mangel an ausgereiften Tests: Im Vergleich zu herkömmlichen monolithischen Ketten haben modulare Blockchains nur begrenzte Tests und Validierungen in praktischen Anwendungen. Ausgereifte Chains wurden umfangreichen Tests unterzogen, während modulare Netzwerke immer noch aufholen.

Projektbeispiele

Celestia: Als führendes Unternehmen im modularen Blockchain-Bereich ist Celestia eine datenverfügbarkeitsorientierte modulare Blockchain, die die Zugänglichkeit von Transaktionsdaten durch Datenverfügbarkeitsstichproben sicherstellt. Es ermöglicht Layer-2-Netzwerken wie Rollups, seine Daten-speicherfunktionalität zu nutzen, während es die Last der Hauptkette reduziert.
Dymension: Dymension bietet eine schnell einsetzbare modulare Blockchain "RollApps" und unterteilt die Netzwerkstruktur in Frontend und Backend, ähnlich wie bei der traditionellen Anwendungs-Stack-Architektur. Dymension sorgt für eine effiziente Kommunikation zwischen RollApps und nutzt ein Datenverfügbarkeitsnetzwerk für die Datenspeicherung und -bereitstellung.

Fazit

Modulare Blockchains bieten einen neuen Weg für den Blockchain-Bereich, indem sie die Skalierbarkeit und Flexibilität verbessern, indem sie Schlüsselfunktionen modularisieren und die technische Grundlage für die weitere Entwicklung von DeFi und anderen dezentralen Anwendungen schaffen. Obwohl sich modulare Blockchains noch in den Anfangsstadien befinden, versprechen sie, aktuelle technische Herausforderungen zu überwinden, um eine bessere Leistung und Sicherheit für verteilte Netzwerke zu bieten.