Was ist das modulare versus monolithische Blockchain-Design?

Modulare und monolithische Blockchain-Architekturen verstehen

1. Monolithische Blockchains wickeln alle Kernfunktionen – Konsens, Datenverfügbarkeit, Ausführung und Abwicklung – innerhalb einer einzigen Schicht ab. Bitcoin und Ethereum in seinen frühen Stadien sind Paradebeispiele für dieses Design. Jeder Knoten validiert Transaktionen, stimmt Zustandsänderungen zu, speichert Daten und schließt Blöcke unabhängig voneinander ab, wodurch ein in sich geschlossenes System entsteht.

2. Diese Struktur priorisiert Sicherheit und Dezentralisierung, indem sie sicherstellt, dass jeder Teilnehmer die volle Kontrolle behält. Allerdings schränkt es die Skalierbarkeit ein, da ein zunehmender Transaktionsdurchsatz erfordert, dass jeder Knoten mehr Daten verarbeitet, was zu Überlastungen und höheren Gebühren bei Spitzenauslastung führen kann.

3. Mit steigender Nachfrage stehen monolithische Ketten vor Engpässen, da ihre Kapazität durch die langsamste Komponente begrenzt wird: typischerweise die Geschwindigkeit, mit der Knoten sich auf neue Daten einigen und diese speichern können. Als Workarounds haben sich Layer-2-Lösungen herauskristallisiert, die jedoch die Komplexität aus der Kette verlagern, anstatt die Basisschicht neu zu überdenken.

4. Im Gegensatz dazu unterteilen modulare Blockchains diese Funktionen in verschiedene Schichten oder Komponenten. Anstelle einer Kette, die alles erledigt, übernehmen spezialisierte Module spezifische Aufgaben. Beispielsweise könnte sich eine Kette ausschließlich auf die Datenverfügbarkeit konzentrieren, während eine andere Transaktionen ausführt und eine dritte Streitigkeiten beilegt.

5. Diese Trennung ermöglicht es Entwicklern, jedes Modul unabhängig zu optimieren. Eine Datenverfügbarkeitsschicht kann für hohen Durchsatz und niedrige Kosten konzipiert werden, während eine Ausführungsschicht schnelle Berechnungen mithilfe fortschrittlicher virtueller Maschinen priorisieren kann. Abwicklungsschichten können robuste kryptografische Garantien nutzen, ohne durch die Transaktionsverarbeitung belastet zu werden.

Der Aufstieg spezialisierter Schichten in modularen Systemen

1. Projekte wie Celestia veranschaulichen den modularen Ansatz, indem sie eine Datenverfügbarkeitsebene anbieten, auf der andere Blockchains ihre Transaktionsdaten veröffentlichen. Dadurch können Rollups und App-spezifische Ketten die Sicherheit übernehmen, ohne selbst einen vollständigen Konsensmechanismus auszuführen.

2. Ausführungsumgebungen wie Optimism und Arbitrum fungieren als unabhängige Schichten, die Transaktionen außerhalb der Hauptkette von Ethereum verarbeiten. Sie bündeln die Ergebnisse und übermitteln sie zur endgültigen Abrechnung an Ethereum zurück, wodurch die Belastung reduziert und gleichzeitig die Vertrauensannahmen aufrechterhalten werden.

3. Abrechnungsschichten wie Base oder zkSync Era fungieren als Vermittler zwischen mehreren Rollups und dem zugrunde liegenden L1. Sie aggregieren Beweise, verwalten Brücken und stellen gemeinsame Liquidität bereit, wodurch Interaktionen in verschiedenen Ausführungskontexten optimiert werden.

4. Durch die Entkopplung von Verantwortlichkeiten ermöglichen modulare Architekturen eine größere Flexibilität. Entwickler können je nach den Anforderungen ihrer Anwendung die beste Kombination von Schichten auswählen – sei es Geschwindigkeit, Kosteneffizienz oder enge Integration in das Sicherheitsmodell von Ethereum.

5. Der Kompromiss liegt in einer erhöhten architektonischen Komplexität. Benutzer und Entwickler müssen verstehen, wie verschiedene Schichten interagieren, schichtübergreifende Nachrichten verwalten und mögliche Latenzzeiten bei der Überbrückung zwischen Modulen berücksichtigen.

Sicherheitsimplikationen in allen Designphilosophien

1. In monolithischen Systemen ist Sicherheit intrinsisch und wird einheitlich angewendet. Da jeder Knoten alle Funktionen ausführt, erfordert eine Kompromittierung des Netzwerks die gleichzeitige Überwindung der kombinierten Stärke von Konsens-, Validierungs- und Speichermechanismen.

2. Modulare Designs verteilen das Vertrauen zwischen den Komponenten neu, was bedeutet, dass die Gesamtsicherheit von der schwächsten Verbindungsschicht abhängt. Wenn ein Datenverfügbarkeits-Sampling-Protokoll fehlschlägt oder ein Betrugsschutzmechanismus verzögert wird, kann die Integrität des gesamten Stapels gefährdet sein.

3. Der Übergang von Ethereum zu einer Rollup-zentrierten Roadmap umfasst die Modularität, verlässt sich jedoch stark darauf, dass sein L1 als ultimative Quelle der Wahrheit dient. Selbst wenn die Ausführung anderswo erfolgt, erfolgt die Abwicklung über Ethereum, wodurch das Vertrauen in seinen Validatorsatz und die wirtschaftliche Sicherheit gestärkt werden.

4. Einige modulare Ketten führen neue Vertrauensannahmen ein, insbesondere wenn sie auf zentralisierte Sequenzer oder begrenzte Validatorsätze angewiesen sind. Während sich die Leistung verbessert, opfern Benutzer möglicherweise ein gewisses Maß an Dezentralisierung, wenn Anreizstrukturen und erlaubnislose Teilnahme nicht sorgfältig aufrechterhalten werden.

5. Auditing und Monitoring werden in modularen Ökosystemen komplexer. Sicherheitsteams müssen nicht nur einzelne Komponenten überprüfen, sondern auch die Schnittstellen zwischen ihnen, einschließlich Nachrichtenübermittlung, Betrugsnachweisen, Gültigkeitsnachweisen und Datenverpflichtungen.

Häufig gestellte Fragen

Was macht eine wirklich modulare Blockchain aus? Eine wirklich modulare Blockchain delegiert mindestens eine der vier Kernfunktionen – Ausführung, Konsens, Datenverfügbarkeit oder Abwicklung – an ein externes System. Es wird nicht versucht, alle Rollen intern auszuführen, sondern die Integration mit anderen Schichten erfolgt über standardisierte Protokolle.

Kann eine Blockchain sowohl modular als auch sicher sein? Ja, aber Sicherheit hängt von der richtigen Umsetzung ab. Durch die Verwendung kryptografischer Grundelemente wie Gültigkeitsnachweise (zk-SNARKs/zk-STARKs) oder zeitlich abgestimmter Betrugsnachweise wird sichergestellt, dass Off-Chain-Module gegenüber der Basisschicht rechenschaftspflichtig bleiben. Vertrauensminimierte Interoperabilität ist der Schlüssel.

Warum bevorzugen manche Projekte trotz Skalierbarkeitsproblemen monolithische Designs? Monolithische Ketten bieten Einfachheit im Design und Benutzererlebnis. Es besteht keine Notwendigkeit, sich über Ebenen hinweg zu koordinieren, Überbrückungsverzögerungen zu verwalten oder sich auf die Infrastruktur Dritter zu verlassen. Für Anwendungen, die Wert auf Autonomie und vorhersehbares Verhalten legen, bleibt dies attraktiv.

In welcher Beziehung steht Cosmos zu modularen Blockchain-Konzepten? Cosmos unterstützt die Modularität durch sein Inter-Blockchain-Communication-Protokoll (IBC), das es souveränen Zonen ermöglicht, sich auf die Ausführung zu spezialisieren und gleichzeitig eine sichere Verbindung zu Hubs für Liquidität und Kommunikation herzustellen. Obwohl es nicht im gleichen Sinne modular ist wie Celestia-basierte Stacks, ermöglicht es ein zusammensetzbares, mehrkettiges Ökosystem.