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在模块化堆栈中探索本地共识

作者：Felipe Argento和Brandon J. Isaacson

模块化来临

一个充满模块化的世界即将到来。

在Endgame中，Vitalik Buterin 曾经设想了一个将以太坊构建成专门的数据可用性和安全层的世界。从那个时候起，Arbitrum 和 Optimism 都作为专门的执行层和结算层被广泛推广采用。反过来讲，Cartesi 专注提供特定应用程序的模块化执行环境，这些模块化执行环境可以在堆栈的不同层上运行。

这种向模块化框架的转变有助于减轻网络拥塞的影响，网络拥塞已被证明是有意义采用的一个非常现实的障碍。网络拥塞在DeFi 夏季（在2020 年）和 NFT 夏季（在2021 年）时期，使影响力巨大的L1采用者产生了很大的焦虑和不安。当参与者被迫为节点有限的计算能力竞价时，以太坊就成了富人的验证网络游戏。

幸运的是，交易和计算方面的可扩展性在行业创新下实现了协同设计，可以减少对以太坊计算资源的需求。关键是减少了对网络中每一个动作达成全球共识的需要。

现在我们采用了模块化堆栈，这样可以使我们能够探索到模块化共识的最前沿技术，使应用程序和用户能够定义自己的最佳共识局部性水平，同时还能保持高度分散的全球基础层的安全保证。

解决计算注意力的匮乏

在区块受到有限的网络限制中（例如通过以太坊的gas费限制），我们就会限制可用计算能力的供应。因此，块大小有效地定义了网络计算能力的的饱和点。一个共识节点，无论多大或多强，在任何给定时刻都只会将一个区块的计算注意力（空间/时间）用于用户需求的宇宙。

随着交易数量的增长和 DApp 功能的日益丰富，网络用户被迫争夺验证网络状态的节点变得日益稀缺的计算关注点。在这样的宇宙中，没有能力与这种有限计算能力供应的竞价战的应用程序和用户就会被淘汰。

我们如何才能创建一个更具包容性的系统呢？

一个人们经常争论的解决方案是通过增加区块大小来增加网络的计算能力。虽然这似乎是最简单的解决方案，但这种策略是以改变去中心化为代价实现的。区块大小的任何实质性增加都会使共识节点软件的资源变的更加密集。因此，对于很多参与者来说运行的成本会更高。鉴于这种增加的中心化风险，Vitalik Buterin 将这种增加网络供应的策略描述为“从根本上讲是说不通的。”

当然，如果我们重视去中心化（是的，我们一直这样做的！），我们就必须设计出能够有效管理整个区块链生态系统对计算注意力需求的系统。

希望看到区块链技术变得真正可以访问和表达的协议，它必须授权用户定义哪些操作应该需要整个网络的计算注意力（即全球共识），以及哪些操作可以委托给不需要类似计算注意力的专业参与者的约束（即局部共识）。

共识局部性的范围

让我们使用以太坊生态系统中的一些现有安排来探索共识局部性的范围，并简要讨论它们的好处和权衡的利弊。为了简化对话，让我们假设每个能够达成共识的宇宙都恰好有一个 CPU 用于计算注意力。每次给定宇宙中的应用程序要求 CPU 验证操作时，它都需要分配该宇宙中可用的计算注意力的总供应量。

全球共识

以太坊：所有应用程序在同一个宇宙中一起运行

在这个 L1 宇宙中，要与街边的水果摊进行无需信任的交互，就必须验证在另一个星球上的赌场和另一个星系中的火箭溜冰场内发生的所有交互。

在同一个宇宙中运行所有应用程序（由同一个 CPU 验证）的主要好处是无摩擦的可组合性。在同一个宇宙中运行的不同应用程序可以无缝地通信、集成和交换资产。但是为了这种方便，需要付出相应的代价。水果摊、赌场、火箭溜冰场和宇宙中的所有其他应用程序都在相互竞争，以争夺 CPU 计算注意力的稀缺份额。

由于存在这种内斗，创新就会受到阻碍。应用程序为了减少与 CPU 的交互，从而放弃了为其最高目的进行优化。小玩家无力与有争议的网络算力份额争吵。宇宙网络变得高档化，费用很高。

最终，只有能够承受高昂代价的应用程序（主要是专注于金融的 DApps）才能在这种恶劣的环境中生存下来。

分片共识

Arbitrum One 或 Optimism：一些应用程序在平行宇宙中并列运行，以规避基础层 L1宇宙中的过度拥挤。

由于无法与 L1 中不断增长的 DeFi Death Stars 竞争，水果摊和赌场转移到一个拥有自己 CPU 的更小的平行宇宙。在这个新环境中，在水果摊买桃子的人仍然需要验证赌场的所有交互。但是因为这个平行宇宙的居民少得多，所以对 CPU 计算注意力的竞争并不那么激烈。更重要的是，这个新网络的参与者不再对 L1 的计算注意力提出频繁的要求。

现在，两个宇宙中都有活跃的创新空间。

在这个平行宇宙中一起运行的应用程序仍然具有出色的可组合性（水果摊可以无缝地向赌场最忠诚的 degens 提供芒果券）。不利的一面是，在与其他宇宙（L1）通信时，我们现在增加了一些摩擦。但对于许多应用程序和用户来说，这是一个值得的权衡，以换取对 CPU 注意力的更少竞争。

至关重要的是，这个平行宇宙的完整状态仍然时不时地与 L1 共享（通过可以实现宇宙间数据传输的去中心化超空间门户来实现）。

对于水果摊及其顾客来说，“每隔一段时间”就足以让全球政府了解多元宇宙奇异果的消费情况。

应用链或本地共识

Cartesi Rollups：每个应用程序都在自己的宇宙中运行。

水果市场已经完全疯了。对钾的需求正在飙升。水果摊离开赌场，搬到自己的私人空间。现在，购买草莓和梨（当然还有香蕉）的人甚至不知道赌场的存在。

有了专用的 CPU，水果摊根本就不必再为计算注意力而战了。这种计算能力的提升为水果摊在成本效率、计算可扩展性、可预测性和用户体验方面提供了数量级的改进。这是一个如此强大的收益，以至于我们分散的水果摊现在有一个合适的操作系统可以运行，包括文件系统。

我们的水果摊会定期让全球政府了解其活动。但是现在，对平行宇宙的计算资源的需求更少了，从而为整个多元宇宙释放了更多的创新潜力。

可以肯定的是，水果摊在与其他应用程序和宇宙通信时面临着另一层官僚主义。但是，随着计算能力的提高而带来的收益让水果摊可以追求自己的最高使命。

未来（超越应用链）

CPU-Specific Chains (Secondary Rollups)：每个应用程序可以召唤多个宇宙