Децентрализованное Lego: как работают и для чего нужны модульные блокчейны
Трилемма блокчейна гласит, что у распределенной сети есть три основных свойства: масштабируемость, безопасность и децентрализованность. В полной мере могут быть реализованы только два, в то время как третий «приносится в жертву».
Блокчейн-индустрия поставила во главу угла безопасность, отдав преимущество сетям вроде Ethereum и биткоина. Но присущая им проблема пропускной способности обостряется по мере роста количества пользователей и является основным препятствием для массового распространения технологии.
Чтобы преодолеть этот барьер, требуются новые концепции и решения. Один из возможных путей — модульность, которая, по мнению Виталика Бутерина и других экспертов, определит архитектуру блокчейнов в средней и долгосрочной перспективе.
Команда Incrypted разобралась, в чем выражается модульность децентрализованной сети, какие проблемы она решает и почему этот нарратив активно набирает обороты именно сейчас.
Концепция модульного блокчейна
Для обеспечения бесперебойной работы децентрализованная сеть должна выполнять три основных функции:
- обеспечение консенсуса — взаимодействие нод и достижение ими согласия касаемо состояния сети;
- исполнение транзакций — обработка операций, включая вычисления и обновление состояния сети в соответствии с изменениями;
- доступность данных — хранение информации об обработанных транзакциях для восстановления полной истории состояний блокчейна.
Некоторые специалисты также выделяют так называемую функцию урегулирования или решения споров (settlement) — она гарантирует необратимость подтвержденных транзакций и обеспечивает арбитраж в случае оспаривания их валидности. В монолитных блокчейнах расчетная функция объединена с консенсусом и не рассматривается отдельно, а в модульных сетях является опциональным блоком.
В динамике это выглядит следующим образом:
- Исполнители хешируют транзакции и формируют блоки, на основе которых обновляется состояние сети.
- Узлы приходят к консенсусу о состоянии сети, утверждая или отвергая новые транзакции.
- Ноды добавляют утвержденные блоки в свои копии блокчейна, обеспечивая таким образом доступность данных для всех участников.
Последние два процесса неразрывно связаны, поскольку без предыдущих состояний невозможно валидировать новые транзакции, а без консенсуса данные о новых операциях не будут добавлены в блокчейн. Именно поэтому все валидаторы должных хранить полную историю сети.
В большинстве современных блокчейнов три перечисленные выше задачи выполняются всеми узлами, поэтому такие сети называются монолитными. Подобная архитектура ориентирована в первую очередь на безопасность, но имеет свои ограничения, о которых мы поговорим позже.
В противоположность монолитным сетям, существует модульная модель блокчейна. Она предусматривает разделение этих функций на отдельные уровни.
Каждый уровень представляет собой отдельный модуль, заточенный под решение конкретных задач. Эти слои могут комбинироваться друг с другом.
Такая концепция открывает дорогу к специализации, поскольку для обслуживания каждого уровня могут использоваться адаптированные под конкретную задачу узлы. Это потенциально повышает масштабируемость сети за счет оптимизации нод и добавления новых слоев.
Важно отличать модульную сеть и модульную экосистему. Первый термин относится к проектам, которые обеспечивают компонуемый уровень консенсуса и доступности данных, как Celestia (хотя могут поддерживать и узлы исполнения).
Экосистема же в широком понимании включает решения для исполнения транзакций (как роллапы), урегулирования споров (различные концепции доказательств) и так далее. Из этих похожих на «лего» уровней и состоит модульный блокчейн.
Предпосылки для развития модульных сетей
Концепция модульного блокчейна в целом не нова для крипторынка, но ее понимание эволюционировало со временем. Одними из первых успешных проектов в этом направлении стали Cosmos и Polkadot, запущенные в 2019 году и 2020 году соответственно. Правда, изначально они позиционировали себя как инфраструктуру для кроссчейн-взаимодействия и сравнительно недавно изменили концепцию в сторону модульности.
Так почему же после хайпа вокруг Cosmos и последовавшей волны монолитных сетей первого уровня (L1) вроде Solana, Fantom и Near разработчики опять вернулись к идее разделения функций? Причин несколько.
Решение трилеммы блокчейна
Краткое изложение трилеммы блокчейна представлено во вступительной части статьи. Виталик Бутерин формализовал эту концепцию в 2017 году, резюмировав недостатки существующих на тот момент сетей.
Все последующие «убийцы Ethereum» стремились решить проблему, предлагая новые механизмы консенсуса, протоколы передачи и обработки данных, архитектуру сети и прочее. Однако общепризнанного ответа на вызов до сих пор нет:
- Ethereum все еще медленный;
- Solana по-прежнему централизована;
- Cosmos-чейны сравнительно слабо защищены.
По мере того, как монолитные блокчейны демонстрировали неспособность найти выход из триллемы блокчейна, активность и разработка в этом направлении пошли на спад.
Новый вектор поисков сосредоточился вокруг модульных сетей и был сформирован, с одной стороны, успешными кейсами Cosmos и Polkadot, а с другой — решениями второго уровня (L2) и разработкой Celestia компонуемого слоя консенсуса.
Пример Ethereum
Ethereum стал ключевым драйвером роста интереса к модульным сетям. Хотя сам блокчейн на данный момент остается монолитным, представленная Бутериным в 2021 году концепция предусматривает постепенный переход к разделению функций сети между разными типами нод. Более подробно эволюция сети изложена в дорожной карте проекта.
Несмотря на то, что Ethereum только вначале своего пути, в контексте L2-экосистемы накопительных пакетов сеть уже можно рассматривать как ранний прототип семимодульного блокчейна. Связка первого и второго уровней во многом определяет видение модульной архитектуры в целом.
Однако накопительные пакеты не устраняют основное узкое место масштабируемости — доступность данных. Роллапы публикуют информацию о транзакциях в L1-сети. Хотя данные хранятся как calldata и непосредственно не связаны с состоянием блокчейна, их объем, а с ним и требования к узлам, продолжают расти.
С одной стороны, Ethereum показал удачный пример переноса уровня исполнения за пределы монолитной сети, с другой — продемонстрировал, что этого недостаточно и требуются дальнейшие разработки в этом направлении. В частности, для обеспечения доступности данных.
Наличие необходимых технологий
Не менее важным аспектом стало и развитие технологий, необходимых для обеспечения безопасности и эффективности модульных сетей, а также упрощения их разработки. Ключевые решения в этом направлении:
- кроссчейн-инфраструктура — проекты вроде LayerZero и CCIP от Chainlink позволяют проводить кроссчейн-обмен данными быстрее, проще и безопаснее. Это необходимые решения для модульного блокчейна, в котором совмещаются уровни из разных сетей;
- доказательства с нулевым разглашением — это наиболее перспективная технология для решения проблемы хранения и доступности данных. Ее активная интеграция в блокчейн началась только в 2021-2022 годах;
- технические стеки — OP Stack, Cosmos SDK, Polygon SDK, Celestia Rollkit и другие наборы инструментов упрощают и удешевляют запуск новых модульных сетей на базе уже существующей инфраструктуры, тем самым снижая входной порог для разработчиков;
- рестейкинг — позволяет валидаторам обеспечивать безопасность сразу нескольких сетей, а также упрощает построение собственного уровня консенсуса в модульной сети и повышает безопасность по сравнению с парачейн-архитектурой Cosmos.
Эти наработки упрощают сложный процесс создания модульных блокчейнов и построение на их основе децентрализованных приложений. Кроме того, вокруг концепции модульности выросла целая экосистема — от платформ RaaS (rollup-as-a-service) до уровней консенсуса и поставщиков секвенсоров.
Экосистема модульных сетей
Поскольку уровни модульных блокчейнов разделены и могут компоноваться со слоями других сетей, существуют поставщики решений для всех основных и второстепенных функций. Техническая экосистема модульных сетей шире, чем у монолитных аналогов, и включает следующие категории проектов:
- агенты уровня исполнения;
- поставщики данных;
- протоколы кроссчейн-обмена данными;
- поставщики доказательств;
- инфраструктура и наборы инструментов.
При этом основной сектора остаются базовые сети, предоставляющие свой уровень консенсуса. Этот слой отвечает сразу за два аспекта триллемы блокчейна — безопасность и децентрализацию — и его сложнее всего выстроить самостоятельно. Ключевыми проектами базового уровня являются:
- Ethereum — фундамент для экосистемы накопительных пакетов второго уровня. Не является модульным, поэтому взаимодействует с уровнем исполнения через смарт-контракты;
- Celestia — полностью модульная сеть с разделенными функциями и поддержкой суверенных накопительных пакетов. На момент написания работает в тестнете;
- Avail — уровень консенсуса и доступности данных для модульных сетей от Polygon. Использует суверенные накопительные пакеты. Также на стадии тестнета.
Сети вроде Polkadot или Cosmos предлагают (или разрабатывают) решения унаследованной безопасности и пакеты для разработчиков, поэтому также могут считаться в некотором смысле модульными.
Таким образом, в сентябре 2023 года на рынке все еще нет полноценного модульного блокчейна, который позволил бы обеспечить свободную компоновку уровней консенсуса, исполнения и доступности данных. Ближе всего к реализации этой концепции подобрался Celestia, но только запуск мейннета покажет, как проект будет работать в реальных условиях и насколько полезным окажется для разработчиков.
Эволюция модульного нарратива
Еще год назад история о модульности воспринималась как «модульные vs. монолитные» блокчейны. Однако сегодня мы переживаем техническую и концептуальную эволюцию этой идеи со смещением от противостояния к взаимодействию и взаимодополнению разных типов сетей.
Монолитные и модульные блокчейны имеют свои преимущества и недостатки, лучше адаптированы для тех или иных задач. Например, запустить децентрализованное приложение в L1-сети проще, чем создавать для него свой аппчейн с использованием модульного стека.
Однако, если вы пытаетесь реализовать функционал, выходящий за рамки монолитного блокчейна, или намерены развить целую экосистему вроде Frax, то собственная сеть с унаследованной безопасностью может быть более подходящим решением.
Ethereum нацелен на движение в сторону модульности, рассматривая роллапы и шардинг, как способ решения триллемы блокчейна. Но это не значит, что остальные проекты будут строиться по тому же принципу.
Так, Solana сейчас переживает ренессанс и развитие DeFi-сектора, поскольку может обеспечить высокую скорость и низкую стоимость транзакций. При этом она остается монолитной и высоко централизованной, но размер комиссий для DeFi-сектора часто более важный критерий.
Модульная инфраструктура нового поколения позволяет строить блокчейн из «лего», заимствуя готовые модули, но не всегда такие составные сети — лучшее решение. Для каждой задачи есть своя оптимальная архитектура, а значит и для монолитных сетей останется место в индустрии.
