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什么是模块化区块链？Polkadot 架构解析

news 来源：原创 2025/6/13 18:11:50

原文：https://polkadot.com/blog/understanding-modular-blockchains/

作者：Joey Prebys

编译：OneBlock+

区块链的构建方式有很多种，而不同的架构选择会直接影响性能、可扩展性和开发者体验。随着行业的发展，单体区块链和模块化区块链这两种架构逐渐成型。单体区块链将所有核心功能集成在单一链中，而模块化区块链则通过分散这些功能到专业化的层中来提升扩展性、专业化和启动速度。这一转变不仅仅是技术上的创新，更是对区块链三难困境（去中心化、可扩展性和安全性）的有效回应。

Polkadot 从创立之初就采用了模块化设计，并通过其独特的架构和工具推动了这一发展。本文将介绍模块化区块链与单体区块链的区别，还将探讨 Polkadot SDK 和即将推出的 JAM 升级如何进一步加速模块化区块链的实现，帮助团队更快速地启动、更轻松地扩展，并以更大的灵活性进行构建。无论您是开发者、投资者，还是对 Polkadot 感兴趣的加密爱好者，了解这些架构模型对于评估未来的区块链基础设施至关重要。

区块链设计的演变

在加密货币的早期，像 Bitcoin 和 Ethereum 这样的单体区块链设定了标准。这些网络将所有核心功能 —— 执行、共识、数据可用性和结算 —— 集中在单一链上处理。虽然这种捆绑设计简单、明了且安全，但随着需求的增长，它也带来了显著的可扩展性限制。

随着加密货币的采用量激增，单体模型的局限性逐渐显现。为了应对这一挑战，Layer 2 解决方案应运而生，通过将执行过程卸载到独立的环境中，从而帮助以太坊扩展。然而，尽管 Layer 2 解决了吞吐量问题，它们并未从根本上解决区块链设计中的核心结构性权衡。

这就是模块化区块链设计的关键所在 —— 作为可扩展性与去中心化挑战的长期解决方案。模块化架构并非通过在单体模型上堆叠更多层来扩展，而是通过将核心功能进行分离来优化。这不仅是一种扩展性上的变通方法，更是对区块链三难问题（去中心化、可扩展性和安全性之间的平衡）的一种结构性回应。

每条主链都必须面对这种设计权衡。Bitcoin 倾向于去中心化和安全性，通常以牺牲可扩展性为代价；Ethereum 虽然最初是单体的，但现在正在通过 rollups 和分片等方式改造为模块化。但有一个网络，Polkadot，从一开始就考虑到了模块化设计。它的白皮书于 2016 年发布，并在 2020 年主网启动时，架构已经结构化，可以从根本上解决区块链的三难困境。

什么是模块化区块链?

模块化区块链是一种架构，其中核心责任被分离到不同的层，并可以独立管理。每一层专注于以下一个或多个核心功能：

执行：处理交易和智能合约的逻辑。
共识：确保网络达成一致，确认哪些是有效的交易。
数据可用性：确保交易数据可以被网络检索并验证。
结算：完成交易并将其最终锚定到基础链上。

单体区块链将这些功能集中在单一协议内处理，而模块化区块链则通过解耦将其分布到专门的组件或链上。

可以将模块化区块链比作一家餐厅。单体区块链像是一位厨师在小厨房里同时做所有的事情：切菜、烹饪、摆盘和清洁—— 每次做一道菜。虽然当需求不高时这种方式是有效的，但它在扩展性上存在瓶颈。

而模块化区块链更像是晚餐高峰期的米其林星级厨房。每位厨师负责一个特定的岗位，从调酱到摆盘，精确高效地完成各自的任务。由于每个环节都被专门化，厨房能够接待更多的客人、处理更复杂的菜肴，并且保持高水准。

模块化执行的实际用例

Rollups 是模块化区块链设计的一个典型例子。它们将执行从主链卸载，同时依赖主链的共识和结算来保证安全性。为了解决区块链三难困境并实现扩展，以太坊已经开始通过 rollups 和即将推出的分片路线图采用模块化方法，但这是后期改造而非其原始架构的一部分。

相比之下，Polkadot 从一开始就考虑到了模块化。Polkadot 中继链处理共识和共享安全，而 rollups（之前称为平行链）独立管理执行层。

其他区块链生态系统也在采纳模块化设计，但各有不同的方法。Celestia 专注于数据可用性，作为其他区块链的轻量级基础层。Cosmos 支持通过 IBC 协议连接的应用特定链，允许独立链之间传递消息和资产。EigenDA 是以太坊模块化堆栈中的一个新补充，专为 rollups 提供去中心化的数据可用性。

尽管这些生态系统的实现方式各不相同，但它们都有一个共同的目标：通过专业化的组件构建更具可扩展性和灵活性的基础设施。

模块化的优势：可扩展性、灵活性和上线速度

模块化不仅仅是可扩展性的解决方案；它是一种设计选择，为开发者构建现实世界应用程序提供了更快速的启动、更大的专业化空间和更多的灵活性。由于模块化区块链将执行、共识和数据可用性分离，多个链或 rollups 可以并行运行，每个链都可以针对特定功能或用例进行优化。

这意味着新团队不必从零开始构建一个完整的区块链系统，而可以专注于执行并接入共享的共识和数据层，从而大大降低了启动的复杂性和时间成本。

自 2020 年模块化从理论变为现实以来，数千名新开发者加入了模块化区块链生态系统。这是因为模块化网络让开发者能够跳过启动链最难的部分，专注于构建去中心化应用（dapps）。

像 Polkadot SDK（前身为 Substrate SDK）这样的开放框架使得在链上构建变得更加容易。SDK（软件开发工具包）提供了一组预构建的工具和模块，开发者可以利用这些工具快速组装和定制区块链。在 Polkadot 的案例中，SDK 提供了现成的执行、治理和互操作性组件，团队因此可以更快启动，同时不牺牲灵活性。

这种灵活性使模块化网络更加适应特定应用的需求。例如，区块链游戏平台可能优先考虑速度和低延迟；DeFi 协议可能需要自定义的费用逻辑或快速的最终性；而以身份为中心的链可能会专注于隐私和可审计性。在模块化系统中，开发者可以围绕这些需求进行设计，选择或构建最合适的工具，而不必担心影响可扩展性或安全性。

结果是更快的创新反馈循环，实验变得更容易，迭代更迅速，新想法可以在短时间内从概念转化为最小可行产品（MVP）。

Polkadot：模块化区块链的开创者

Polkadot 从一开始就考虑到了模块化，远早于其成为区块链设计中的广泛趋势。在共同创立以太坊后，Gavin Wood 博士对以太坊在可扩展性和互操作性方面的局限性感到担忧。当在基础层解决这些挑战的努力停滞不前，协议开始依赖 Layer-2 等外部解决方案时，Gavin Wood 创立了 Polkadot：一个旨在直接解决这些问题的异构多链框架。

Polkadot 的核心设计是 Polkadot Chain（又称中继链），它提供共识和共享安全性，而专业化的 rollups 则独立负责执行。这种模块化架构实现了并行交易处理和水平可扩展性，使网络能够通过增加更多链来扩展，每条链都针对不同的用例进行优化。

Polkadot 最大的优势之一是共享安全性。网络上的所有 rollups 都受益于 Polkadot Chain 的去中心化验证者集——这些参与者负责验证和完成整个系统的交易。这意味着，当 rollup 将交易提交回 Polkadot Chain 时，交易的最终性会迅速确认 —— 即交易会被快速确认并锁定，无法逆转，无需等待额外的确认或依赖外部基础设施来确认交易的有效性。这一点与改造后的模块化系统不同，在这些系统中，交易通常需要额外的步骤或第三方工具才能被视为最终完成。

互操作性对可扩展性和共享安全性同样至关重要 —— Polkadot 从一开始就将其作为核心功能。Polkadot 上的 rollups 可以通过 XCM（跨共识消息系统）无缝地进行通信，并相互转移资产，无需第三方桥梁或兼容性工具。在 Polkadot 上，应用程序和 rollups 可以像在同一个网络中一样进行通信 —— 无需切换平台、复制粘贴消息，甚至无需翻译。一切从设计上就讲同一种语言。

Polkadot 如何进一步推动模块化

Polkadot 的模块化设计不仅仅局限于 Polkadot Chain 和 Rollups。Polkadot SDK 为开发者提供了强大的工具包，用于构建自定义区块链。从应用链和服务特定链到通用区块链，同时还包含可重用的执行、治理和互操作性模块。它的特别之处在于 “链不可知” 的设计，开发者完全不必将自己的链与 Polkadot 连接。

例如，Aleph Zero 是一个使用 Polkadot SDK 构建的以隐私为中心的区块链。它运行自己的独立共识和基础设施，虽然不依赖于 Polkadot Chain，但仍然可以使用 SDK 提供的模块化工具。这种灵活性展示了 Polkadot 如何进一步推动模块化，使团队能够选择构建快速、专业化的区块链，这些区块链可以与 Polkadot 集成，或独立存在。

Polkadot 正在通过即将推出的 JAM 架构扩展其模块化愿景，引入了一层新的垂直可扩展性。与水平可扩展性（通过增加更多并行链扩展）不同，垂直可扩展性则侧重于在单一基础上运行多个轻量级服务，而不影响性能或去中心化。

JAM 通过引入共享容器运行时使这一切成为可能。Gavin Wood 博士将其形容为一朵花：花心是协调中心，统一网络的状态，而花瓣则是支持模块化服务的核心 —— 这些可以是智能合约、dapp 环境、rollups 或全新的执行层。每个花瓣独立运行，但在同一系统内平稳互操作。

这是一个重大进展。当其他生态系统仍在拼接 rollups、排序器和数据层（通常伴随着额外的复杂性和风险）时，Polkadot 正在构建一个统一的、面向服务的架构，其中执行、通信和安全从一开始就协调到位。Polkadot 不是在遵循模块化手册，它正在撰写模块化的新篇章。

总结：单体与模块化区块链

单体区块链将所有核心功能（执行、共识、数据可用性和结算）捆绑在单一链中。
模块化区块链将这些功能分离到可以灵活组合的专业化层或系统中。
单体 = 僵化，更难扩展，演变慢。
模块化 = 灵活、可扩展，适应新用例。
以太坊正在通过 rollups 和分片改造为模块化。
Polkadot 从第一天起就是模块化的，而且它仍在推动这一模型不断前进。

结语：未来是模块化的

模块化区块链不只是一种过渡趋势，它们是 Web3 基础设施的未来。而 Polkadot 从一开始就一直引领着这一转变。

波卡的早期架构决策 —— 如将执行与共识分离，以及构建共享的原生安全性和互操作性，如今在可扩展性、速度和创新方面至关重要。通过 Polkadot SDK 和即将推出的 JAM 架构，Polkadot 正在进一步推动模块化基础设施：使开发者能够更快构建，更深入定制，并在一个统一的、链不可知的系统内进行垂直扩展。

当行业的其他生态还在努力改造为模块化时，Polkadot 已经在构建下一步的解决方案了。

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编程日记 2025/5/26 7:28:48

Java大厂面试突击：从Spring Boot自动配置到Kafka分区策略实战解析

第一轮核心知识面试官：请解释Spring Boot中自动配置的工作原理并演示如何自定义一个ConfigurationProperties组件？ xbhog：自动配置通过EnableAutoConfiguration注解触发，结合当前环境判断（如是否检测到MyBatis依赖&…...

编程日记 2025/5/29 17:52:48

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