区块链工业充满了各种各样的区块链系统公司。然而，大多数属于两个主要类别:整体式和模块化区块链系统。这两个区块链类别拥有动态的能力、优势和内在权衡。这篇文章强调了两种区块链系统之间的主要区别。

什么是单片区块链？

单片区块链被认为是第一代区块链系统。出现在区块链的起源和加密货币工业，它们为我们今天所知的革命性的区块链技术铺平了道路。这比特币区块链网络是统一的区块链的一个例子。

单片区块链的架构旨在将所有基本功能整合到区块链结构的单一层中。这些功能包括事务执行、共识机制和数据可用性。单体链还履行结算层的角色，交易进行链上验证。

Monolithic区块链使用单一数据库存储其网络上的所有交易，作为各种任务的全功能平台，包括存储和共享信息。

然而，它们的设计有很大的局限性，特别是在通用性和可扩展性方面。这些挑战刺激了被称为模块化区块链的新一代区块链系统的开发。

铁板一块的区块链是如何运作的？

以下是比特币这一单体区块链在数据可用性、执行、共识和结算方面的运作方式:

数据可用性

所有交易数据都存储在比特币区块链上。这意味着网络上的每个节点都可以访问事务历史。区块链的公共分类账完全透明，任何下载完整区块链的人都可以访问，从而确保数据的可用性和完整性。

交易执行

在比特币中，交易执行需要交易处理和验证。一旦用户发起比特币交易，就会向网络广播。然后，该事务由节点接收，这些节点验证其合法性（例如，确保足够的平衡）并将其合并到块中。此过程涉及解决一个密码难题（由矿工解决），这是采矿过程.

共识机制

比特币使用一种工作验证（PoW）共识方法。矿工在这个系统中竞争解决一个具有挑战性的数学难题。在区块链增加新交易区块的权利属于第一个解决这个难题的矿商。

另一方面，节点维护整个区块链的副本，验证和中继交易，并对整体网络功能和安全性做出贡献。虽然一些节点参与挖掘、验证事务和添加块，但并非所有节点都是矿工。

解决

在区块链完成交易的过程被称为比特币结算。当一个事务被包括在一个块中时，该事务被终结，并且该块被添加到区块链中。交易一旦在区块链上记录，就不能更改，因为这一程序是不可逆的。因此，结算层对区块链至关重要，因为它确保每笔交易都是最终的和不可更改的。

整体区块链的好处

虽然存在挑战，但整体区块链有几个明显的优势，包括:

简单

单片区块链以其简单的架构而闻名，该架构将所有操作统一到一个层中。因为需要处理的组件较少，所以它们的简单性降低了开发的复杂性。此外，它减少了漏洞，使坏人更难利用。

一致性

由于整体区块链中的所有节点都在同一层上运行并遵循一套统一的规则，因此在整个网络中实现一致性和同步相对简单，有助于稳定的区块链环境。

安全性

由于其设计原因，整体式区块链很难改变，通常需要大量资源进行修改。这些已建立的链往往以高度去中心化而自豪，从而增强了整体网络安全性。这种去中心化最大限度地降低了单点故障的风险，使恶意攻击更难利用中心化的弱点。

单一区块链的缺点

单片区块链有几个缺点:

顽固

尽管它们的结构简单，但整体式区块链由于其刚性而面临挑战，这限制了灵活性和创造性。这种不灵活性造成了瓶颈和延迟，在需求旺盛时尤其明显。这些限制经常导致昂贵的费用网络拥塞，降低用户参与度和网络效率。

共识漏洞

单片区块链使用单一一致方法来验证交易和维护网络安全。如果这一机制遭到破坏，区块链的整体安全就会受到威胁。在这种情况下，攻击者可以利用这一弱点进行非法交易，危及生态系统的完整性。

2020年8月，以太坊经典版（PoW区块链和以太坊的衍生产品）经历了几次51%的攻击。攻击者控制了超过51%的网络哈希能力，重组了区块链并执行了双重支出。这些事件凸显了区块链监狱面临的严峻安全挑战，展示了攻击者如何危害区块链诚信和逆转交易。

难以升级

单一区块链固有的僵化使得变革的实施变得复杂。这一方面对它们适应不断变化的需求构成了重大障碍。升级整体式区块链的困难在于其组件的互联性。

对一个方面的任何修改或增强都可能需要改变其他相互关联的元素，从而导致复杂且潜在的破坏性过程。

什么是模块化区块链？

模块化区块链设计通过战略性地分离核心功能并将它们分布在不同的层上，从根本上不同于整体式设计。他们的架构经过优化，以提高效率和适应性，并支持更广泛的技术和功能。

他们的微服务架构还培养了适应性，允许在单个层内进行修改，而不会破坏整个网络的微妙平衡。构成模块化区块链的关键层包括交易执行层、数据可用性层、共识层和结算层。

模块化区块链是如何工作的？

尽管最初被设计为单体区块链，但合并后以太坊过渡到了模块化区块链。让我们从交易执行、数据可用性、共识和结算的角度来分析它如何体现模块化区块链:

交易执行

合并之后，信标链和碎片链主要监督智能合约的实现及其与系统的交互。大多数交易处理和智能合同执行由称为碎片链的较小的并行区块链处理，而信标链充当网络的协调器。与传统的单片结构相比，这种分离提高了可扩展性和处理效率。

数据可用性

数据可用性得到保证碎片链。该网络通过将事务负载分散到多个碎片上来确保数据始终可用，并且永远不会卡在单个链中。此外，这种分布提高了网络增长和管理更高交易量的能力。

共识机制

以太坊使用的PoS共识模型由信标链编排，信标链负责验证交易并维护网络的整体安全性和完整性。

信标链的核心是协调验证者，验证者通过将其加密货币作为抵押品来提出和验证区块。该系统在epochs和slots中运行，随机分配验证器来验证块，从而防止集中控制。验证者的担保品可以激励诚实行为，促进网络安全和完整性。

解决

合并后，结算层被合并到分片链和信标链中，以解决争议并提供交易终结。对于跨不同执行层的桥接事务和验证来自分片链的证据来说，它也是必不可少的。这PoS共识机制通过确保验证者（利益相关者）确认并同意区块链的最终状态，使交易一旦结算就不可逆转，从而有助于这一过程。

模块化区块链的优势

开发人员越来越多地倾向于模块化的区块链由于其固有的优势，包括:

可量测性

传统的区块链经常与可扩展性作斗争，尤其是在使用高峰期间，会导致速度减慢。模块化区块链通过跨层分离任务来解决这一问题，从而提高效率并实现同步交易处理。此外，它们分散了数据存储，增强了网络弹性。

安全性

建立安全验证器集是许多新区块链项目都会遇到的问题。通过利用母链的安全基础设施，模块化区块链提供共享安全性。因此，未来的项目将不必担心设置独立的安全性。

此外，共享安全通过保证区块链全境的统一保护，最大限度地减少了不可预见的漏洞。这种简化的安全模式加快了新项目的部署。

适应性

模块化区块链解决了整体式的局限性，注重可扩展性和多功能性。他们强调互用性穿过桥梁，促进跨网络的无缝资产和数据交换。这种连通性促进了同一个区块链生态系统内各项目之间的协作。

模块化区块链的缺点

模块化的区块链和整体化的区块链一样，也有其弱点。以下是其中的一些概述:

安全性

尽管模块化区块链在可扩展性和效率方面具有优势，但仍面临显著的安全挑战，尤其是与网桥漏洞有关的挑战。桥梁在不同区块链生态系统之间转移资产的模块化架构中至关重要风险集中点。它们成为黑客的诱人目标，因为破坏桥梁可能导致巨大的资产损失。

构建更复杂

模块化区块链非常复杂，需要各种功能来满足不同的应用需求。它们的设置和维护需要更多的时间和资金来确保功能和安全性。采用这些技术可能需要学习新的编程语言和原理，这可能会减慢开发速度。

升级模块化区块链是一项复杂的任务

在模块化区块链中修改模块是复杂的，特别是要确保无缝集成的向后兼容性，忽略这一点会带来系统不一致的风险，从而影响稳定性。跨分散节点协调升级带来了挑战，需要清晰的沟通和精确的计划才能顺利过渡。

以太坊网络从单体到模块化区块链的转变体现了这种复杂性。由于涉及多个团队和审计的严格测试，保持与现有链兼容的分阶段升级面临延迟。合并于2022年9月完成，标志着这一广泛进程的高潮。

下表简要总结了整体式和模块化区块链之间的差异:

单片和模块化区块链的未来

在可预见的未来，单体式和模块化架构将继续共存。尽管单体链由于其既定的安全协议和运营效率而仍占主导地位，但对可扩展和适应性强的解决方案的需求不断增长，可能会推动模块化替代品发挥重要作用。

也就是说，安全性可能仍然是决定采用这两种模式的区块链系统成功与否的主要因素之一。这是因为安全问题可能会削弱用户和投资者的信心。因此，单体和模块化区块链开发商可能会继续优先考虑强大的安全防御工事，以减少中断并鼓励广泛采用。

最终，找到可扩展性、安全性和适应性之间的完美平衡将是释放区块链技术向前发展的全部潜力的关键。

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