44. Czym jest blockchain monolistyczny, modułowy i agregacyjny?

Blockchain to technologia oparta na rozproszonym rejestrze, który pozwala na przechowywanie i weryfikację danych bez centralnego pośrednika. Choć idea pozostaje ta sama, istnieją różne podejścia do architektury: monolityczne, modułowe i agregacyjne. Zrozumienie ich różnic pomaga wybrać najlepsze rozwiązanie pod kątem bezpieczeństwa, skalowalności i elastyczności.

Blockchain monolityczny

Definicja
W monolitycznym modelu wszystkie funkcje sieci (konsensus, wykonanie transakcji, dostępność danych, finalizacja) działają w jednej, niepodzielonej warstwie. Cały proces od przyjęcia transakcji po zapis w łańcuchu odbywa się w tym samym systemie.

Jak działa?

1. Użytkownik wysyła transakcję do sieci.

2. Węzły uczestniczące natychmiast weryfikują i wykonują transakcję przy użyciu lokalnej maszyny wirtualnej (np. EVM w Ethereum 1.0).

3. Konsensus (Proof of Work w Bitcoinie, do niedawna w Ethereum 1.0) decyduje o dodaniu nowego bloku.

4. Transakcja jest zapisywana i finalizowana w tej samej warstwie.

Zalety

• Bezpieczeństwo: brak złożonych interfejsów między modułami zmniejsza liczbę potencjalnych punktów ataku.

• Prostota: cała logika w jednej warstwie ułatwia zrozumienie i wdrożenie.

• Stabilność: sprawdzone mechanizmy (Bitcoin, Ethereum 1.0) działają niezmiennie od lat.

Wady

• Ograniczona skalowalność: z każdym rosnącym obciążeniem sieci przepustowość spada (np. Ethereum 1.0 utrzymuje ~15 TPS).

• Mała elastyczność: wprowadzenie nowej funkcji wymaga modyfikacji całego protokołu.

• Wydajność: w miarę wzrostu liczby węzłów i transakcji czas przetwarzania rośnie (opóźnienia przy dużym ruchu).

Przykłady

• Bitcoin – Proof of Work, wszystkie etapy w jednym protokole.

• Ethereum 1.0 – EVM, weryfikacja i wykonanie w jednym procesie.

• Litecoin, Ripple – zbliżone podejście do „wszystko w jednym”.

Blockchain modułowy

Definicja
Modułowy blockchain dzieli cztery podstawowe funkcje na odrębne moduły, które współpracują ze sobą, ale mogą działać niezależnie. Kluczowe moduły to: konsensus, wykonanie transakcji, dostępność danych i finalizacja (rozliczenie).

Jak działa?

1. Konsensus weryfikuje transakcje i generuje propozycje bloków, niezależnie od wykonania czy przechowywania danych.

2. Moduł wykonawczy (np. silnik dla smart kontraktów) realizuje kod transakcji – może to być EVM, Wasm lub inna maszyna wirtualna.

3. Moduł dostępności danych (Data Availability) zapewnia, że węzły mogą pobrać wszystkie niezbędne dane potrzebne do weryfikacji bloku (przykład: IPFS lub dedykowany DA-layer).

4. Moduł finalizacji (Settlement) odpowiada za ostateczne zapisanie i ujednolicenie stanu łańcucha, zazwyczaj obsługiwany przez rdzeń L1 lub dedykowany mechanizm.

Zalety

• Skalowalność: odciążenie pojedynczej warstwy pozwala na równoległe przetwarzanie transakcji i szybkie dodawanie bloków. Dzięki temu modułowe blockchainy mogą osiągać setki lub tysiące TPS.

• Elastyczność: każdy moduł można wymieniać lub aktualizować niezależnie – np. zmienić konsensus z Proof of Stake na inny protokół bez ingerencji w wykonanie.

• Szybkie wdrażanie nowych łańcuchów: deweloperzy zestawiają gotowe moduły pod konkretne potrzeby (aplikacje DeFi, gry, rozwiązania korporacyjne).

Wady

• Złożoność integracji: konieczność precyzyjnego współdziałania modułów (np. aby DA-layer dostarczał dane w odpowiednim czasie) zwiększa ryzyko błędów.

• Potencjalne luki w bezpieczeństwie: każdy moduł to nowy interfejs, który należy zabezpieczyć – błąd w jednym komponencie może zagrozić całości sieci.

• Złożona ekonomia tokenów: jeśli każdy moduł wprowadza własne stawki opłat lub token, utrzymanie spójnej wartości całego ekosystemu bywa trudniejsze.

Przykłady (czerwiec 2025)

• Ethereum 2.0 (Consensus Layer + Execution Layer) – rozdzielenie konsensusu na Beacon Chain i wykonywania na shardach.

• Celestia – silnik konsensusu i dostępność danych, pozwala innym łańcuchom na korzystanie z jego DA-layer.

• Polygon Avail – moduł dostępności danych dla zewnętrznych aplikacji i rollupów.

• Rollupy (Optimistic, ZK-Rollups) – oddzielają wykonanie i dostępność danych od głównego łańcucha (np. Arbitrum, zkSync).

• Validium – łączy ZK-proofy z odrębnym DA-layer, zachowując wysoki poziom skalowalności.

Blockchain z warstwą agregacyjną (Aggregation Layer)

Definicja
Aggregation Layer to architektura, która łączy wiele niezależnych łańcuchów (L1 lub L2) w jeden, spójny ekosystem. Zamiast budować wszystko w jednym protokole, agregacja dba o przekazywanie dowodów (zwykle ZK-proofów) i zapewnia jednolitą płynność między łańcuchami, zachowując ich suwerenność.

Jak działa?

1. Każdy połączony łańcuch (L1, L2 lub inny rollup) działa autonomicznie i generuje okresowe dowody poprawności (np. ZK-SNARK).

2. Warstwa agregacji zbiera te dowody, weryfikuje je w jednym miejscu i publikuje w głównym łańcuchu (zwykle L1).

3. Dzięki temu użytkownicy mogą swobodnie przenosić aktywa między łańcuchami w ramach stałej płynności agregatora, bez konieczności każdorazowej interakcji z wieloma bridge’ami.

4. Agregator zachowuje oddzielność logiki konsensusu i wykonania w każdej sieci, a jednocześnie zapewnia skumulowany widok stanu.

Zalety

• Jednolita płynność: kapitał może przechodzić między łańcuchami bez opóźnień i kilkukrotnego potwierdzania transakcji.

• Osłabienie barier między łańcuchami: deweloperzy mogą łączyć aplikacje z różnych łańcuchów, a użytkownicy korzystają z uproszczonego doświadczenia.

• Skalowalność i bezpieczeństwo: każdy łańcuch utrzymuje swoją suwerenność konsensusu, a warstwa agregacja weryfikuje tylko dowody (np. ZK-proofy), co jest efektywne zarówno pod względem kosztów, jak i szybkości.

Wady

• Złożoność implementacji: konieczność zbudowania mechanizmu zbierania i weryfikacji dowodów z różnych sieci oraz interoperacyjnej logiki płynności.

• Ryzyko centralizacji garnitury agregacyjnej: jeśli warstwa agregacji nie jest zdecentralizowana, może stanowić pojedynczy punkt awarii.

• Zależność od ZK-proofów: działanie w dużej mierze opiera się na efektywności algorytmów zk-SNARK lub zk-STARK, których generowanie może być kosztowne, a weryfikacja – wymagająca.

Przykłady (czerwiec 2025)

• Polygon Aggregation Layer – poprzez Polygon CDK (Chain Development Kit) i mechanizm ZK-proof publikowany w Ethereum, łączy różne L2 (Polygon zkEVM, zkSync, Scroll).

• Celestia + Rollupy – rollupy publikują dane dostępności na Celestii, a agregator umożliwia połączenie stanów różnych rollupów w jeden przewidziany dla użytkownika interfejs.

• LayerZero – używa relayerów i oracle’ów do przekazywania komunikatów między łańcuchami, a dodatkowy agregator (np. z obsługą ZK-proof) łączy stany w pojedynczy widok.

Podsumowanie

Warstwa monolityczna, modułowa i agregacyjna to trzy różne sposoby organizacji funkcji blockchaina:

1. Monolityczny

   • Wszystko w jednej warstwie: prostota i bezpieczeństwo, ale niska skalowalność i elastyczność.

   • Przykłady: Bitcoin, Ethereum 1.0.

2. Modułowy

   • Rozdzielenie na konsensus, wykonanie, dostępność danych i finalizację: wysoka skalowalność, duża elastyczność, ale większa złożoność i konieczność zabezpieczania wielu interfejsów.

   • Przykłady: Ethereum 2.0, Celestia, rollupy (Arbitrum, zkSync), Polygon Avail.

3. Agregacyjny

   • Połączenie wielu niezależnych łańcuchów w jeden spójny ekosystem poprzez zbieranie i weryfikację dowodów (najczęściej ZK-proofów). Efektywność płynności między łańcuchami i zachowanie suwerenności poszczególnych sieci, ale wyzwania związane z wdrożeniem i potencjalnym scentralizowaniem agregatora.

   • Przykłady: Polygon Aggregation Layer, LayerZero, połączenia rollupów z Celestią.

Wybór między tymi podejściami zależy od potrzeb:

• Jeśli priorytetem jest najwyższe bezpieczeństwo i prostota, warto wybrać monolityczną architekturę.

• Jeśli zależy nam na maksymalnej przepustowości i elastyczności, lepszym wyborem będzie modułowa konstrukcja.

• Jeśli chcemy jednocześnie korzystać z kilku łańcuchów i zapewnić płynność między nimi, warto rozważyć warstwę agregacyjną.

W miarę rozwoju technologii blockchain hybrydowe rozwiązania (np. agregacja modułów) mogą z czasem stać się normą, łącząc zalety każdej z trzech architektur.