数据可用性层如何塑造区块链的未来

作者:Barry Jiang,火币研究院研究员

抽象的

随着区块链生态系统的发展,使用以太坊的成本一直居高不下。扩展解决方案 Rollup 需要将压缩的交易数据上传到以太坊主网以实现数据可用性(DA),这会导致链上存储成本保持在理想水平之上。为了满足 Rollup 数据可用性和降低成本的需求,已经尝试建立独立的 DA 网络。

DA 网络确保 Rollup 的交易数据与其网络中的数据一致,并在以太坊验证者及其自身全节点的监视下。它还通过轻节点抽样验证确认该数据已在其网络中发布,并使用数据可用性证明使以太坊相信 DA 网络已存储和发布数据。

虽然 DA 层在短期内会遇到来自 EIP-4488 和 EIP-4844 的竞争,但由于其强大的可扩展性,从长远来看,它的采用和产生相对稳定现金流的能力似乎是可行的。

从更广泛的角度来看,数据可用性层是区块链模块化过程中的最新一步,形成了“共识-执行-数据可用性”相互分离的结构。由于区块链的三难困境,在确保高度去中心化和安全性的同时,提高可扩展性的最佳方法是减少主网的任务并访问额外的执行层,然后是单独的 DA 层。

这样做的好处是通过分工,使整体的性能大于部分的总和。随着时间的推移,模​​块化的区块链可能会在性能和成本方面更好地满足预期,进而引导其他公链采用模块化。

1 什么是数据可用性?

1.1 数据可用性的定义和含义

随着区块链生态系统(尤其是以太坊)在过去两年中变得更加发达,扩展已成为网络在交易量不断增加的情况下崩盘的关键优先事项。一种缩放方法是链下缩放,这意味着在其他条件不变的情况下,计算是在链下完成的,只有状态根和其他必要的信息在链下同步到链上。由于大量计算发生在链下,减少了以太坊主网络的工作量,达到同时处理更多交易的目的。最流行的解决方案 Rollup 最有希望实现链下扩展,它涉及将压缩的交易数据上传到主网,以确保其状态可以受到以太坊网络的保护并增强安全性。

随着 Rollups 规模的增长,要上传的数据量也随之增加。一方面这增加了以太坊的负担,另一方面也增加了 Rollups 的成本。为了降低 Rollup 的成本和以太坊的压力,一个新的想法是创建一个单独的网络,以较低的成本专门存储 Rollup 的交易数据。确保交易数据发布到该网络,同时允许以太坊轻松访问,这引出了本文的主题:数据可用性问题。

数据可用性是区块链网络中交易数据被节点查看和下载的需求。它要求在一定时间段内产生的所有交易数据都被全网定位和见证。另一方面,这意味着没有已执行但未发布的交易数据。数据可用性问题适用于节点如何监控新块的生成,以确保该块中的所有数据都发布到网络,并且块生成器没有隐藏或歪曲信息。

数据可用性最初不是问题,因为数据在区块链网络中自然可用。只有在扩展超过某个阈值之后,数据可用性才成为一个不可避免的话题​​。只有保证所有交易数据都可以访问和下载,以太坊才能对 Rollup 上的状态进行跟踪和重构,只有这样才能将 Rollup 的交易数据存储在单独的数据网络中,降低 Rollup 的存储成本,进一步促进扩容。

此外,数据可用性与 Rollup 的安全性密不可分。如果在记录中出现数据遗漏和违规行为,从以太坊的角度来看,Rollup 的状态将无法辨别。在这种情况下,鉴于 Rollup 无法完全继承以太坊的安全设置的可能性,尽管 Layer 2 性能良好,用户还是会警惕。

1.2 数据可用性和存储的区别

数据可用性涉及数据的存储和检索,但这个问题与存储不同;两者有不同的关注领域。存储需要使数据在较长时间内随时可供检索,在此期间数据是有意义的。数据可用性需要确保主区块链网络生成的最新交易数据发布到网络(可能不是自己的)并且易于访问。

这里的存储是指存储区块链本身和链上应用程序产生的数据,不包括附加数据,例如存储来自其他地方的图像、文档等。只有当这两个任务分别由不同的网络承担时,存储和数据可用性之间的区别和联系才值得讨论。如果一个主网要完成计算、存储和数据可用性验证的所有任务,这个话题就显得多余了。

通用存储不适合DA网络,因为存储的对象通常是大文件,而在每个以太坊区块间隔中为所有Rollup获取数据可用性所需的数据量往往不到2MB。DA网络可以设计成非常精细的数据采样验证和检索过程,但存储网络不能这样设计,否则处理大量数据是不可行的。

以太坊是一个状态机,交易驱动状态变化。换句话说,无数的交易塑造了当前的状态。每当一个状态被更改和确认时,新状态固有地包含被认为已完成其历史使命的先前交易。只有在追溯需要时才需要访问其数据。

数据可用性是存储的先决条件。只有在网络中完全发布并经过验证的交易数据才能支持执行,从而推动状态变化并使其值得存储。存储是数据可用性的支柱,DA网络本身产生的大量数据可以存在于单独的存储网络中,便于DA节点减轻负载,减轻运营负担。

2 数据可用性的发展与实现路径

数据可用性最初包含在区块链网络中,然后逐渐与一体机网络分离。现在,一个单独的 DA 层即将出现。以下部分将着眼于数据可用性的演变,并评估当前具有代表性的项目如何实施数据可用性层。

2.1 数据可用性的逐步分离

首先回忆一下这里的原则。区块链网络中有两种类型的节点,全节点和轻节点。全节点存储区块的所有内容,包括区块头和交易数据。他们通过验证、打包交易和争夺出块权来参与区块的生产。轻节点只接受区块头,但不存储交易数据或参与区块生成。当轻节点需要使用交易数据时,它们会向全节点请求数据。以下是对数据可用性演变的分步说明。

在第一阶段,从比特币网络(包括以太坊和其他公链网络)开始,数据可用性自然嵌入到网络中。全节点随着时间的推移收集和验证交易数据,对交易进行分类和打包,然后以某种方式竞争性地获得生成块的权力,将打包的交易数据放入块中,并发布到整个网络。其他全节点需要验证交易数据是否正确,以及该节点是否有能力生成区块。如果验证成功,它会更改自己的账本并执行交易。在这个模型中,交易的执行、交易数据的发布和保存都由全节点完成,可以执行的交易是发布的,并且必须能够被网络中的所有节点访问。

在以 Plasma 技术为代表的 Phase 2 中,数据可用性交给链下的运营商,以太坊本身不存储 Plasma 用户的交易数据。这是将数据可用性与主网络分离的第一次尝试。Plasma 将数据可用性置于以太坊之外。为了做到去信任,为了保证用户能够顺利从 Plasma 提款,或者为了解决纠纷,用户需要存储自己的一部分数据来证明自己的交易行为和资产所有权。回想起来,这种设计使用起来太不方便了。再次,由于 Plasma 的提现挑战期为 1 周,用户体验和资金周转不佳,未能进入主流技术。

在以 Rollup 技术为代表的 Phase 3 中,数据可用性回归以太坊。Rollup 在链下执行交易,并将交易数据压缩后上传到以太坊的 calldata。calldata是EVM中一个只读且不可修改的位置,存储所有传入函数的执行数据,包括函数参数。这样的设计让 Rollup 继承了以太坊的安全性,达到了链下扩容的效果,使 Rollup 成为 Layer 2 扩容的主流技术。除了 Rollup,这个阶段还有一个技术叫做 Validium,可以看作是从 Phase 3 到 Phase 4 的过渡。其他方面和 ZK Rollup 类似,区别在于交易数据存储在 Data由多个机构组成的链下可用性委员会(DAC)。这种设计是另一种将数据可用性从以太坊中分离出来的尝试,它的好处是减少了存储在以太坊中的数据量,从而降低了成本。缺点是它引入了信任假设,用户必须信任 DAC 中至少存在一个诚实的机构。

以 Celestia 和 Polygon Avail 为代表的第 4 阶段,数据可用性再次与以太坊分离。他们尝试在自己的网络上存储和发布 Rollup 否则会上传到以太坊的交易数据,并组织节点以验证这些数据是否完全发布在网络上。他们的目标是成为一个单独的数据可用性层(DA 层),可以看作是 DAC 的高级版本。

2.2 如何实现独立的数据可用性层

Celestia 和 Polygon Avail 的想法大体相似,因此我们将以 Celestia 为例来解释整体想法。

实现一个单独的数据可用性层需要 3 个主要步骤:Rollup 将所有交易数据传递给 Celestia,Celestia 在其网络上发布所有这些数据,以太坊确认 Celestia 已经存储和发布了数据并且可以随时访问它。

2.2.1 如何保证Rollup的交易数据按原样上传到Celestia

两个目标之间存在一致性:Rollup 需要通过更便宜的网络获得数据可用性,以及 Celestia 需要通过托管 Rollup 的交易数据来获得收入。Rollup 如实交付数据和 Celestia 如实发布和验证数据都将受益。从经济利益的角度来看,他们会诚实经营,除非他们想被扣除保证金。

那么,有没有一种技术方法可以避免渎职?

如果 Rollup 将所有数据提供给 Celestia,但后者并未在其网络上发布,则需要依赖网络中至少一个诚实的全节点提供欺诈证明才能将其暴露,这将在后面讨论。这里有一个“1/N”的信任假设,但它是一个相对容易实现的弱信任假设。如果你完全不愿意信任网络,Rollup 可以作为一个完整的节点本身并监控网络的状态。

如果 Rollup 没有为 Celestia 提供正确的交易数据,Celestia 仍会将这些数据发布到 DA 网络。以太坊上的验证者可以请求这些交易数据,并将通过它计算的状态根与上传到主网上的状态根 Rollup 进行比较,揭露欺诈行为并获得奖励。如果被挑战的是 OP Rollup,它还需要发布欺诈证明来与挑战者进行比较。这确保了在 Rollup 上执行事务的数据和交付给 Celestia 的数据来自同一个批次。

证明欺诈的总体思路是显示状态根源,包括起点、终点、中间状态和促使状态变化的交易。第三方Arbitrum者必须在场以执行某个交易或某个状态的交易,并将计算的状态根与先前发布的状态根进行比较。两者之间的任何不一致都表明运营商存在欺诈行为。

2.2.2 如何验证Celestia的全节点是否有发布数据

在全节点接受交易数据后,下一步是验证它是否正在网络上发布所有这些数据。按照大体思路,应该由 Celestia 网络中的其他全节点进行验证。随着待验证数据量的增加,这会增加全节点的存储和计算能力,这也需要更先进的硬件设备,从而加剧网络中心化。

Celestia 的想法是让许多轻节点来分担这项任务。通过将一批数据打成碎片,每个轻节点只需要下载少量数据就可以以非常高的概率验证该块中的数据可用。这样,轻节点的力量就被调动起来,共同维护数据可用性网络。此外,由于每个轻节点只需要验证少量数据,因此轻节点数量越多,可以验证并可供网络使用的数据就越多。当然,这也需要网络上有足够数量的轻节点,否则会因为缺少样本而无法完成验证。

轻节点验证数据可用性的步骤如下:

1. 将交易数据扩展为纠删码。Celestia 全节点将交易按顺序排列到数据 Merkle 树中,每个叶子节点称为一个份额,假设有 k 个份额。Celestia 会将这些数据扩展为二维 Reed-Solomon 纠删码,扩展为具有 2k 行和列的矩阵。纠删码(EC)是一种数据保护方法,它将数据分割成段,扩展、编码和存储冗余数据块在不同的位置。该扩展矩阵不仅包括交易数据,还包括从该数据生成的Parity数据。2D纠删码有一个重要的特性:只需要任何(k+1)2个元素来恢复包含(2k)2个元素的扩展矩阵。纠删码存储在块体中。

计算扩展矩阵的行/列根和数据根。全节点为这个扩展矩阵的每一行和每一列计算一个默克尔根,这里称为行/列根,然后为所有行/列根计算几个总默克尔根,称为数据根。数据根和所有行列根都需要上传到 Celestia 区块的区块头。

3.轻节点整体验证。收到区块头后,Celestia 的轻节点首先使用行/列根计算 Merkle 根,并将其与区块头中包含的数据根进行比较。如果不匹配,则直接判断数据无效;如果同意,则进入下一步。

4.轻节点通过抽样在本地验证。轻节点随机选择扩展矩阵中的若干份,例如第3行第5列的数据,向全节点请求这些份的数据。全节点发送这个数据并且还必须证明这个份额属于第 3 行或第 5 列的 Merkle 树,即它可以提供可以计算此行或列的 Merkle 根的路径。轻节点计算后与块头中包含的行根和列根进行比较,一致意味着采样的交易数据是可用的。如果全节点只发布区块头,不发布交易数据,通过这一步很容易验证。在所有(k+1)2股验证成功后,就可以判断整个扩展矩阵是有效的。

5. 广播验证信息。在轻节点对验证进行采样后,它会告诉连接到它的完整节点它采样的共享以及通过验证的行/列根。全节点也会将此信息广播到所有全节点。这是在网络上共享信息的过程。一旦足够多的轻节点完成了多次采样,网络上就会就给定区块中交易数据的可用性形成共识。

纠删码已经包含了存储在 Celestia区块链中的所有交易数据。正如我们稍后将解释的,如此多的数据不会让 Celestia 变得笨拙。

不是让轻节点组直接验证原始数据,而是设计了纠删码和这组复杂的流程,以便即使在网络故障的情况下,例如所有节点大规模故障,甚至许多轻节点宕机,可以从扩展矩阵中恢复多个轻节点保存的去中心化数据,以确保交易数据仍然可以访问。

另一个原因是,由于纠删码可以通过部分数据恢复完整的数据,一个完整的节点仅仅隐藏一个共享是无法隐藏数据的。如果全节点真的有恶意,它必须隐藏(k+1)2股,这会导致矩阵发生实质性的变化,并且可以被只有少数样本的轻节点检测到。

如果某个全节点故意发出错误的纠删码,只需要一个诚实的全节点上前出具欺诈证明,指出应该根据证明中的数据计算另一个数据根。它还需要重新发出一个正确的块并重复上述过程以重新验证它。

2.2.3 以太坊如何验证数据可用性

在 Celestia 网络内部就存储在区块中的数据的可用性达成共识后,Celestia 需要法定人数的节点共同签署数据根(交易数据的 Merkle 根)以生成数据可用性证明,表明他们已经在网络上存储并发布了这批数据。部署在以太坊主网上的量子引力桥合约会验证节点的签名,如果它们通过,则认为数据在 Celestia 上可用。

因为设置了一个单独的数据可用性层来减少上传到以太坊主网络的数据,以太坊不需要直接验证数据可用性,而是通过验证 DA 层是否完成了它的工作,更像是一个至高无上的裁决者。

如果以太坊需要调用数据,它可以从 Celestia 网络中请求,所有节点都有 Rollup 的交易数据,以太坊可以轻松访问。

2.2.4 Polygon Avail 的设计方法

Avail 的思想与 Celestia 基本相同,区别在于如何生成扩展矩阵以及轻节点如何验证数据。

在将数据组织成 n 行 m 列的矩阵后,Avail 为每一行构造一个多项式,然后为这些多项式中的每一个计算一个 KZG 多项式承诺,最后将多项式和承诺展开为 2n 行并将其存储块头中的一批承诺。在对轻节点进行抽样验证时,验证某个承诺与原始信息(即交易数据)的对应关系,就可以知道全节点是否已经发布了相应的数据。根据 KZG 多项式承诺的性质,轻节点只需要接受原始数据生成的多项式和简短证明即可完成验证,无需下载原始数据。如果轻节点对恰好在同一行的多个数据块进行采样,它只需要接受一个多项式承诺,从而减轻了轻节点的带宽需求。而且,由于commitment是有约束的,即一旦计算完成就不能更改,因此全节点不能篡改原始数据,从而保证了验证的有效性。

Avail 和 Celestia 都有其优点和缺点。Celestia 实现起来更简单,但由于其纠删码和轻节点采样数据的规模较大,因此需要稍高的通信带宽。Avail 涉及相对复杂的加密货币实现,并且稍微困难一些。它具有纠删码成交量小、轻节点采样数据量小、带宽要求低等优点。两者都还没有上线测试网络,技术演进还有空间,需要等待测试更新。在这条赛道上可能还有其他竞争对手,成功属于能够以较低成本存储和验证交易数据的项目——这体现在访问它的 Rollup 用户成本低,以及运行 DA 网络节点的成本低。

2.3 独立数据可用性层的两个竞争者

为了降低 Rollups 的成本并缓解以太坊的压力,一个单独的数据可用性层正在孵化。另一方面,以太坊本身也在不断发展,有两个 EIP 提案可以解决这个问题:它们是 EIP-4488 和 EIP-4844。它们将对数据可用性产生什么影响?

EIP-4488 建议将 calldata 的 gas 消耗从每字节 16 减少到 3,这将立即使 Rollup 的链上存储成本降低到原来的 20%。为了防止区块空间上限增加过多并将以太坊 p2p 网络层推向前所未有的压力水平,该提案还设计了约 1.4MB 的 calldata 占用上限。

EIP-4488 可以立即降低 Rollups 的成本,从而最大限度地减少当前所需的更改。但是 Rollups 会继续增长,不可能无限增加 calldata 的空间,因为这会给以太坊网络带来安全风险。这也被视为一种短期的权宜之计。

EIP-4844 提议引入一种称为“blob-carrying transactions”的新交易格式。blob 包含大量数据,成本远低于 calldata。EVM 不访问此数据,而仅访问此数据的承诺。验证 blob 只需要验证其可用性。这种交易格式与未来的全分片交易格式完全兼容。Blob 存储在信标链上,用于存储数据和交易的气体分别计算上限和定价。

EIP-4844 是一个主动过渡计划,也由以太坊主网提供,用于数据可用性。但是,它不能简单地等同于现有的方案。Blob 是一个单独的数据可用性层的原型,在技术上和经济上都可以用于单独的 DA 空间。实现全分片后,可以将 blob 迁移到分片链,这将需要对信标链进行一些更改,但汇总需要的更改最少。可以说,在分片之后,以太坊会实现自己相对独立的数据可用性层,类似于 Celestia 和 Avail。

毫无疑问,这两个提案都降低了 Rollups 的成本,这两者都可能使其他数据可用性层项目显得成本优势较低,从而导致采用率低。尤其是EIP-4488,新的技术要求不多,易于实现,也有可能抢占先发优势。这样看来,独立DA层短期内可能面临比较大的压力。在数据分片尚未实现的情况下,DA 层可能能够承载更多的数据,因为网络更具可扩展性,吸引了一部分 Rollups 使用它来接收数据可用性。

2.4 数据可用性层的经济模型和市场潜力。

由于对于 Celestia 和 Avail 来说都还处于早期阶段,因此该协议的经济模型尚未公布,包括奖励和惩罚机制、协议将如何盈利、是否发行代币以及如何分配代币.

在这里,我们冒险猜测奖励和惩罚机制,以及盈利模型。

DA层网络中的全节点需要质押部分资产作为保证金。如果一个全节点故意不公布完整的交易数据,它应该没收它的保证金。同时,这部分资产也可以作为权益参与共识,质押大量资产的节点更有可能获得出块权,并获得一定的奖励和费用。

轻节点不进行质押,不参与费用分成。这样光节点的数量会更少,每个光节点采样的数据量会稍大一些。轻节点可能主要由访问 Rollup 或运行在其上的 dApp 组成,它们是直接利益相关方,有验证 DA 网络的动机。轻节点也可以质押少量资产。如果抽样工作正常完成,他们参与费用和奖励分成,如果多次抽样的质量没有得到验证,他们将没收押金。由于轻节点数量众多,需要定期上涨和分配奖励,以减轻网络压力。

如果将数据可用性层视为数据的临时存储库,则应为网络中的全节点(全节点和轻节点)支付数据存储费用。以太坊 calldata 的成本是 DA 层收益的上限。

此外,由于 DA 层存储了大量数据,这会给区块链网络带来严重负担。全节点可能需要周期性地将部分长寿命数据传输到其他存储平台,并在一段时间后指示存储平台删除数据。这可能会产生一些费用。这个成本相对容易估算,正如 Vitalik 曾在一篇文章中估算的那样,EIP-4488/4844 的实施每年将为以太坊增加约 2.5 TB 的数据。假设这个数据需要保存1年,按照目前主流云存储的价格,全节点存储这个数据每年的成本不到50美元,这些成本几乎可以忽略不计。即使 DA 层完全超越了以太坊 calldata 的任务,甚至存储更多的数据,这个成本仍然很低。所以,

因为从长远来看,每单位存储空间的收益似乎不会有太大的变化,所以DA层为了增加收益就得增加销售额,这意味着网站要吸引更多的Rollups。项目组的业务拓展能力在这里非常关键,这是决定谁能成功的关键因素。

最后,估计 DA 层作为一个整体每年可以产生多少收入。下表是基于开放数据对 Rollup 存储成本的粗略估算。以太坊目前全网每天消耗 100G gas,其中每天 1G 用于 Layer 2 上传证明和解决争议。由于 Rollup 已经成为 Layer 2 的主流技术,所以这里可以直接使用这些数据。calldata 消耗了多少gas很难估计,本文假设它消耗的gas是证明/解决争议的5倍。假设 ETH 一年的平均价格为 2500 美元,gas 的平均价格为 80 Gwei,那么每日 Rollup 的 DA 成本计算为 100 万美元左右。如果EIP-4488实施后,calldata的单位gas消耗变为原来的1/5,由于成本更低,将吸引更多用户使用 Rollups。假设证明和解决争议的gas消耗翻倍,按照比例关系计算,Rollup每天的DA成本仍然约为40万美元,一年内可能有1.46亿美元的市场。这是以太坊和 DA 层共享的市场,如果 DA 层的定价比以太坊稍微优惠一些,假设它获得一半的份额,它每年可以产生约 5000 万美元的相对稳定的现金流。这都是基于 Rollups 仍处于相对早期阶段的保守估计。000 基于比例关系,一年内可能有1.46亿美元的市场。这是以太坊和 DA 层共享的市场,如果 DA 层的定价比以太坊稍微优惠一些,假设它获得一半的份额,它每年可以产生约 5000 万美元的相对稳定的现金流。这都是基于 Rollups 仍处于相对早期阶段的保守估计。000 基于比例关系,一年内可能有1.46亿美元的市场。这是以太坊和 DA 层共享的市场,如果 DA 层的定价比以太坊稍微优惠一些,假设它获得一半的份额,它每年可以产生约 5000 万美元的相对稳定的现金流。这都是基于 Rollups 仍处于相对早期阶段的保守估计。

如果 Rollup 实现更大的增长并真正做到“以 Rollup 为中心”,那么 Rollup 用于在以太坊上上传证明和解决争议所消耗的 gas 量可能达到每天 10G。换句话说,这意味着以太坊网络 10% 的 gas 被 Rollup 的证明/争议所消耗,这是完全有可能的。由于技术的进步,Rollup 会使用更先进的方法来降低proof的gas消耗,假设降低到50%,那么calldata的gas消耗需要变成原来增长比例的两倍。另外,ETH的价格也会上涨,假设均价在3500U,gas费保持在80Gwei。估计DA层的消耗可以达到每年20亿美元。此外,如果其他区块链也开发 Rollup 技术,

以上估算非常粗略,仅提供视觉参考。

3区块链的数据可用性和模块化

3.1区块链正在模块化

观察数据可用性与主网络逐步分离的过程,我们还可以发现另一个趋势,即区块链的模块化。这是一个更大的长期趋势,单独的 DA 层是最新一波,是这一长期趋势的一部分。

区块链诞生时,网络是单体的,它承担了共识、计算、结算和数据存储等所有任务。那时,链上生态刚刚起步,区块链处理能力大于需求,成本也不高。

计算或执行层是与区块链分离的第一个模块。随着区块链生态系统的发展和使用区块链的成本变得越来越昂贵,扩展解决方案应运而生。链下扩容包含多种技术路线,其思路是将计算与结算分离。将计算移出链下,无需在区块链上重新计算 n,可以节省区块链的计算资源并降低费用。在完成链下计算同时完成结算功能的同时,最终结算必须由区块链主网进行。

数据可用性层是与区块链分离的第二个模块。当前的链下扩展仍然无法将使用成本降低到让公众满意的水平的一个原因是,数据可用性仍然需要消耗区块链上宝贵的存储资源。设置单独的DA层可以大大减少这种资源消耗,可以进一步降低使用链上应用的成本,吸引更多用户参与。以太坊的数据分片也是一种模块化的DA层,实现了同样的功能。

将上述两部分分开,区块链主网络唯一需要承担的就是共识。主网需要就执行结果和执行依据,即数据可用性达成共识。当然,结算功能也包含在共识模块中,因为共识中最重要的部分是网络应该同意什么样的结算结果。至此,“共识-执行-数据可用性”的结构正在形成,相互分离。

3.2 模块化是区块链的自然结果

区块链三难困境告诉我们,区块链具有三个本质属性:去中心化、安全性和可扩展性,并且由于技术限制,只能同时优化其中的两个,剩下的一个必须牺牲。以太坊选择了高度去中心化和安全性,因此可扩展性已成为要妥协的属性。

去中心化是区块链的核心。正是因为去中心化的性质,区块链上的任何机构都无权随意修改或销毁用户的资产;链上资产是有价值的,为这些资产产生的代币发行、资产兑换、借贷等都是有意义的。如果没有去中心化的属性,区块链可能不需要存在。反过来,安全性是分布式系统的命脉,因此去中心化和安全性应该是这个三难中需要优先考虑的两点。

确保去中心化需要许多节点达成共识,每个完整节点执行相同的操作并备份相同的数据。这是一个非常低效的过程,导致吞吐量低和交易费用高。在这种情况下,提高可扩展性的方法是减少主网需要执行的任务,让其他模块承担更多的任务——因此,模块化出现了。

模块化渴望通过划分工作使整体比其部分的简单总和更有能力,这符合事物如何发展的一般经验法则。分离的 Rollup 和 DA 网络可以分别专注于执行和数据可用性,并且可以在各自的领域中自由开发,无需任何权衡。以太坊主网只需要验证他们的证明,“世界计算机”就成为了“全网最高法庭”。这为进一步降低成本的想法提供了依据:Rollup 最大限度地减少了证明的大小和生成证明所需的资源消耗,DA 层提高了编码和验证的效率,还减少了上传到主网的断言的大小。经过一段时间的发展,

一些区块链为了获得更高的性能,在去中心化程度上做出了妥协,但随着发展和演进,总会出现性能跟不上需求的情况。目前,如果通过技术升级产生更强大的新网络,这当然是一个积极的局面;而在现有的技术条件下,通过更多的分工协作,更合理地配置资源也未尝不可。未来一段时间,以以太坊为代表的高去中心化但性能低下的公链很可能会坚定地推进模块化进程;而其他一些公链也将借鉴以太坊的成功,尝试实现外部模块。在经历了分工成功后,

参考

[1] https://coinmarketcap.com/alexandria/article/what-is-data-availability

[2] https://blog.celestia.org/ethereum-off-chain-data-availability-landscape/

[3] https://blog.celestia.org/celestiums/

[4] https://arxiv.org/abs/1809.09044

[5] https://medium.com/the-polygon-blog/introducing-avail-by-polygon-a-robust-general-purpose-scalable-data-availability-layer-98bc9814c048

[6] https://blog.polygon.technology/the-data-availability-problem-6b74b619ffcc/

[7] https://eips.ethereum.org/EIPS/eip-4488

[8] https://notes.ethereum.org/@vbuterin/proto_danksharding_faq

[9] https://ethereum.org/en/upgrades/shard-chains/

[10] https://dune.xyz/funnyking/L2-Gas-Consumption

[11] https://newsletter.banklesshq.com/p/ultra-scalable-ethereum?s=r

[12] https://hackmd.io/@alexbeckett/a-brief-data-availability-and-retrievability-faq

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