數據可用性層如何塑造區塊鏈的未來

作者：Barry Jiang，火幣研究院研究員

抽象的

隨著區塊鏈生態系統的發展，使用以太坊的成本一直居高不下。擴展解決方案 Rollup 需要將壓縮的交易數據上傳到以太坊主網以實現數據可用性（DA），這會導致鏈上存儲成本保持在理想水平之上。為了滿足 Rollup 數據可用性和降低成本的需求，已經嘗試建立獨立的 DA 網路。

DA 網路確保 Rollup 的交易數據與其網路中的數據一致，並在以太坊驗證者及其自身全節點的監視下。它還通過輕節點抽樣驗證確認該數據已在其網路中發布，並使用數據可用性證明使以太坊相信 DA 網路已存儲和發布數據。

雖然 DA 層在短期內會遇到來自 EIP-4488 和 EIP-4844 的競爭，但由於其強大的可擴展性，從長遠來看，它的採用和產生相對穩定現金流的能力似乎是可行的。

從更廣泛的角度來看，數據可用性層是區塊鏈模塊化過程中的最新一步，形成了「共識-執行-數據可用性」相互分離的結構。由於區塊鏈的三難困境，在確保高度去中心化和安全性的同時，提高可擴展性的最佳方法是減少主網的任務並訪問額外的執行層，然後是單獨的 DA 層。

這樣做的好處是通過分工，使整體的性能大於部分的總和。隨著時間的推移，模​​塊化的區塊鏈可能會在性能和成本方面更好地滿足預期，進而引導其他公鏈採用模塊化。

1 什麼是數據可用性？

1.1 數據可用性的定義和含義

隨著區塊鏈生態系統（尤其是以太坊）在過去兩年中變得更加發達，擴展已成為網路在交易量不斷增加的情況下崩盤的關鍵優先事項。一種縮放方法是鏈下縮放，這意味著在其他條件不變的情況下，計算是在鏈下完成的，只有狀態根和其他必要的信息在鏈下同步到鏈上。由於大量計算髮生在鏈下，減少了以太坊主網路的工作量，達到同時處理更多交易的目的。最流行的解決方案 Rollup 最有希望實現鏈下擴展，它涉及將壓縮的交易數據上傳到主網，以確保其狀態可以受到以太坊網路的保護並增強安全性。

隨著 Rollups 規模的增長，要上傳的數據量也隨之增加。一方面這增加了以太坊的負擔，另一方面也增加了 Rollups 的成本。為了降低 Rollup 的成本和以太坊的壓力，一個新的想法是創建一個單獨的網路，以較低的成本專門存儲 Rollup 的交易數據。確保交易數據發布到該網路，同時允許以太坊輕鬆訪問，這引出了本文的主題：數據可用性問題。

數據可用性是區塊鏈網路中交易數據被節點查看和下載的需求。它要求在一定時間段內產生的所有交易數據都被全網定位和見證。另一方面，這意味著沒有已執行但未發布的交易數據。數據可用性問題適用於節點如何監控新塊的生成，以確保該塊中的所有數據都發布到網路，並且塊生成器沒有隱藏或歪曲信息。

數據可用性最初不是問題，因為數據在區塊鏈網路中自然可用。只有在擴展超過某個閾值之後，數據可用性才成為一個不可避免的話題​​。只有保證所有交易數據都可以訪問和下載，以太坊才能對 Rollup 上的狀態進行跟蹤和重構，只有這樣才能將 Rollup 的交易數據存儲在單獨的數據網路中，降低 Rollup 的存儲成本，進一步促進擴容。

此外，數據可用性與 Rollup 的安全性密不可分。如果在記錄中出現數據遺漏和違規行為，從以太坊的角度來看，Rollup 的狀態將無法辨別。在這種情況下，鑒於 Rollup 無法完全繼承以太坊的安全設置的可能性，儘管 Layer 2 性能良好，用戶還是會警惕。

1.2 數據可用性和存儲的區別

數據可用性涉及數據的存儲和檢索，但這個問題與存儲不同；兩者有不同的關注領域。存儲需要使數據在較長時間內隨時可供檢索，在此期間數據是有意義的。數據可用性需要確保主區塊鏈網路生成的最新交易數據發布到網路（可能不是自己的）並且易於訪問。

這裡的存儲是指存儲區塊鏈本身和鏈上應用程序產生的數據，不包括附加數據，例如存儲來自其他地方的圖像、文檔等。只有當這兩個任務分別由不同的網路承擔時，存儲和數據可用性之間的區別和聯繫才值得討論。如果一個主網要完成計算、存儲和數據可用性驗證的所有任務，這個話題就顯得多餘了。

通用存儲不適合DA網路，因為存儲的對象通常是大文件，而在每個以太坊區塊間隔中為所有Rollup獲取數據可用性所需的數據量往往不到2MB。DA網路可以設計成非常精細的數據採樣驗證和檢索過程，但存儲網路不能這樣設計，否則處理大量數據是不可行的。

以太坊是一個狀態機，交易驅動狀態變化。換句話說，無數的交易塑造了當前的狀態。每當一個狀態被更改和確認時，新狀態固有地包含被認為已完成其歷史使命的先前交易。只有在追溯需要時才需要訪問其數據。

數據可用性是存儲的先決條件。只有在網路中完全發布並經過驗證的交易數據才能支持執行，從而推動狀態變化並使其值得存儲。存儲是數據可用性的支柱，DA網路本身產生的大量數據可以存在於單獨的存儲網路中，便於DA節點減輕負載，減輕運營負擔。

2 數據可用性的發展與實現路徑

數據可用性最初包含在區塊鏈網路中，然後逐漸與一體機網路分離。現在，一個單獨的 DA 層即將出現。以下部分將著眼於數據可用性的演變，並評估當前具有代表性的項目如何實施數據可用性層。

2.1 數據可用性的逐步分離

首先回憶一下這裡的原則。區塊鏈網路中有兩種類型的節點，全節點和輕節點。全節點存儲區塊的所有內容，包括區塊頭和交易數據。他們通過驗證、打包交易和爭奪出塊權來參與區塊的生產。輕節點只接受區塊頭，但不存儲交易數據或參與區塊生成。當輕節點需要使用交易數據時，它們會向全節點請求數據。以下是對數據可用性演變的分步說明。

在第一階段，從比特幣網路（包括以太坊和其他公鏈網路）開始，數據可用性自然嵌入到網路中。全節點隨著時間的推移收集和驗證交易數據，對交易進行分類和打包，然後以某種方式競爭性地獲得生成塊的權力，將打包的交易數據放入塊中，並發布到整個網路。其他全節點需要驗證交易數據是否正確，以及該節點是否有能力生成區塊。如果驗證成功，它會更改自己的賬本並執行交易。在這個模型中，交易的執行、交易數據的發布和保存都由全節點完成，可以執行的交易是發布的，並且必須能夠被網路中的所有節點訪問。

在以 Plasma 技術為代表的 Phase 2 中，數據可用性交給鏈下的運營商，以太坊本身不存儲 Plasma 用戶的交易數據。這是將數據可用性與主網路分離的第一次嘗試。Plasma 將數據可用性置於以太坊之外。為了做到去信任，為了保證用戶能夠順利從 Plasma 提款，或者為了解決糾紛，用戶需要存儲自己的一部分數據來證明自己的交易行為和資產所有權。回想起來，這種設計使用起來太不方便了。再次，由於 Plasma 的提現挑戰期為 1 周，用戶體驗和資金周轉不佳，未能進入主流技術。

在以 Rollup 技術為代表的 Phase 3 中，數據可用性回歸以太坊。Rollup 在鏈下執行交易，並將交易數據壓縮後上傳到以太坊的 calldata。calldata是EVM中一個只讀且不可修改的位置，存儲所有傳入函數的執行數據，包括函數參數。這樣的設計讓 Rollup 繼承了以太坊的安全性，達到了鏈下擴容的效果，使 Rollup 成為 Layer 2 擴容的主流技術。除了 Rollup，這個階段還有一個技術叫做 Validium，可以看作是從 Phase 3 到 Phase 4 的過渡。其他方面和 ZK Rollup 類似，區別在於交易數據存儲在 Data由多個機構組成的鏈下可用性委員會（DAC）。這種設計是另一種將數據可用性從以太坊中分離出來的嘗試，它的好處是減少了存儲在以太坊中的數據量，從而降低了成本。缺點是它引入了信任假設，用戶必須信任 DAC 中至少存在一個誠實的機構。

以 Celestia 和 Polygon Avail 為代表的第 4 階段，數據可用性再次與以太坊分離。他們嘗試在自己的網路上存儲和發布 Rollup 否則會上傳到以太坊的交易數據，並組織節點以驗證這些數據是否完全發布在網路上。他們的目標是成為一個單獨的數據可用性層（DA 層），可以看作是 DAC 的高級版本。

2.2 如何實現獨立的數據可用性層

Celestia 和 Polygon Avail 的想法大體相似，因此我們將以 Celestia 為例來解釋整體想法。

實現一個單獨的數據可用性層需要 3 個主要步驟：Rollup 將所有交易數據傳遞給 Celestia，Celestia 在其網路上發布所有這些數據，以太坊確認 Celestia 已經存儲和發布了數據並且可以隨時訪問它。

2.2.1 如何保證Rollup的交易數據按原樣上傳到Celestia

兩個目標之間存在一致性：Rollup 需要通過更便宜的網路獲得數據可用性，以及 Celestia 需要通過託管 Rollup 的交易數據來獲得收入。Rollup 如實交付數據和 Celestia 如實發布和驗證數據都將受益。從經濟利益的角度來看，他們會誠實經營，除非他們想被扣除保證金。

那麼，有沒有一種技術方法可以避免瀆職？

如果 Rollup 將所有數據提供給 Celestia，但後者並未在其網路上發布，則需要依賴網路中至少一個誠實的全節點提供欺詐證明才能將其暴露，這將在後面討論。這裡有一個「1/N」的信任假設，但它是一個相對容易實現的弱信任假設。如果你完全不願意信任網路，Rollup 可以作為一個完整的節點本身並監控網路的狀態。

如果 Rollup 沒有為 Celestia 提供正確的交易數據，Celestia 仍會將這些數據發布到 DA 網路。以太坊上的驗證者可以請求這些交易數據，並將通過它計算的狀態根與上傳到主網上的狀態根 Rollup 進行比較，揭露欺詐行為並獲得獎勵。如果被挑戰的是 OP Rollup，它還需要發布欺詐證明來與挑戰者進行比較。這確保了在 Rollup 上執行事務的數據和交付給 Celestia 的數據來自同一個批次。

證明欺詐的總體思路是顯示狀態根源，包括起點、終點、中間狀態和促使狀態變化的交易。第三方Arbitrum者必須在場以執行某個交易或某個狀態的交易，並將計算的狀態根與先前發布的狀態根進行比較。兩者之間的任何不一致都表明運營商存在欺詐行為。

2.2.2 如何驗證Celestia的全節點是否有發布數據

在全節點接受交易數據後，下一步是驗證它是否正在網路上發布所有這些數據。按照大體思路，應該由 Celestia 網路中的其他全節點進行驗證。隨著待驗證數據量的增加，這會增加全節點的存儲和計算能力，這也需要更先進的硬體設備，從而加劇網路中心化。

Celestia 的想法是讓許多輕節點來分擔這項任務。通過將一批數據打成碎片，每個輕節點只需要下載少量數據就可以以非常高的概率驗證該塊中的數據可用。這樣，輕節點的力量就被調動起來，共同維護數據可用性網路。此外，由於每個輕節點只需要驗證少量數據，因此輕節點數量越多，可以驗證並可供網路使用的數據就越多。當然，這也需要網路上有足夠數量的輕節點，否則會因為缺少樣本而無法完成驗證。

輕節點驗證數據可用性的步驟如下：

1. 將交易數據擴展為糾刪碼。Celestia 全節點將交易按順序排列到數據 Merkle 樹中，每個葉子節點稱為一個份額，假設有 k 個份額。Celestia 會將這些數據擴展為二維 Reed-Solomon 糾刪碼，擴展為具有 2k 行和列的矩陣。糾刪碼（EC）是一種數據保護方法，它將數據分割成段，擴展、編碼和存儲冗餘數據塊在不同的位置。該擴展矩陣不僅包括交易數據，還包括從該數據生成的Parity數據。2D糾刪碼有一個重要的特性：只需要任何(k+1)2個元素來恢復包含(2k)2個元素的擴展矩陣。糾刪碼存儲在塊體中。

計算擴展矩陣的行/列根和數據根。全節點為這個擴展矩陣的每一行和每一列計算一個默克爾根，這裡稱為行/列根，然後為所有行/列根計算幾個總默克爾根，稱為數據根。數據根和所有行列根都需要上傳到 Celestia 區塊的區塊頭。

3.輕節點整體驗證。收到區塊頭後，Celestia 的輕節點首先使用行/列根計算 Merkle 根，並將其與區塊頭中包含的數據根進行比較。如果不匹配，則直接判斷數據無效；如果同意，則進入下一步。

4.輕節點通過抽樣在本地驗證。輕節點隨機選擇擴展矩陣中的若干份，例如第3行第5列的數據，向全節點請求這些份的數據。全節點發送這個數據並且還必須證明這個份額屬於第 3 行或第 5 列的 Merkle 樹，即它可以提供可以計算此行或列的 Merkle 根的路徑。輕節點計算後與塊頭中包含的行根和列根進行比較，一致意味著採樣的交易數據是可用的。如果全節點只發布區塊頭，不發布交易數據，通過這一步很容易驗證。在所有(k+1)2股驗證成功後，就可以判斷整個擴展矩陣是有效的。

5. 廣播驗證信息。在輕節點對驗證進行採樣後，它會告訴連接到它的完整節點它採樣的共享以及通過驗證的行/列根。全節點也會將此信息廣播到所有全節點。這是在網路上共享信息的過程。一旦足夠多的輕節點完成了多次採樣，網路上就會就給定區塊中交易數據的可用性形成共識。

糾刪碼已經包含了存儲在 Celestia區塊鏈中的所有交易數據。正如我們稍後將解釋的，如此多的數據不會讓 Celestia 變得笨拙。

不是讓輕節點組直接驗證原始數據，而是設計了糾刪碼和這組複雜的流程，以便即使在網路故障的情況下，例如所有節點大規模故障，甚至許多輕節點宕機，可以從擴展矩陣中恢復多個輕節點保存的去中心化數據，以確保交易數據仍然可以訪問。

另一個原因是，由於糾刪碼可以通過部分數據恢復完整的數據，一個完整的節點僅僅隱藏一個共享是無法隱藏數據的。如果全節點真的有惡意，它必須隱藏（k+1）2股，這會導致矩陣發生實質性的變化，並且可以被只有少數樣本的輕節點檢測到。

如果某個全節點故意發出錯誤的糾刪碼，只需要一個誠實的全節點上前出具欺詐證明，指出應該根據證明中的數據計算另一個數據根。它還需要重新發出一個正確的塊並重複上述過程以重新驗證它。

2.2.3 以太坊如何驗證數據可用性

在 Celestia 網路內部就存儲在區塊中的數據的可用性達成共識後，Celestia 需要法定人數的節點共同簽署數據根（交易數據的 Merkle 根）以生成數據可用性證明，表明他們已經在網路上存儲並發布了這批數據。部署在以太坊主網上的量子引力橋合約會驗證節點的簽名，如果它們通過，則認為數據在 Celestia 上可用。

因為設置了一個單獨的數據可用性層來減少上傳到以太坊主網路的數據，以太坊不需要直接驗證數據可用性，而是通過驗證 DA 層是否完成了它的工作，更像是一個至高無上的裁決者。

如果以太坊需要調用數據，它可以從 Celestia 網路中請求，所有節點都有 Rollup 的交易數據，以太坊可以輕鬆訪問。

2.2.4 Polygon Avail 的設計方法

Avail 的思想與 Celestia 基本相同，區別在於如何生成擴展矩陣以及輕節點如何驗證數據。

在將數據組織成 n 行 m 列的矩陣後，Avail 為每一行構造一個多項式，然後為這些多項式中的每一個計算一個 KZG 多項式承諾，最後將多項式和承諾展開為 2n 行並將其存儲塊頭中的一批承諾。在對輕節點進行抽樣驗證時，驗證某個承諾與原始信息（即交易數據）的對應關係，就可以知道全節點是否已經發布了相應的數據。根據 KZG 多項式承諾的性質，輕節點只需要接受原始數據生成的多項式和簡短證明即可完成驗證，無需下載原始數據。如果輕節點對恰好在同一行的多個數據塊進行採樣，它只需要接受一個多項式承諾，從而減輕了輕節點的帶寬需求。而且，由於commitment是有約束的，即一旦計算完成就不能更改，因此全節點不能篡改原始數據，從而保證了驗證的有效性。

Avail 和 Celestia 都有其優點和缺點。Celestia 實現起來更簡單，但由於其糾刪碼和輕節點採樣數據的規模較大，因此需要稍高的通信帶寬。Avail 涉及相對複雜的加密貨幣實現，並且稍微困難一些。它具有糾刪碼成交量小、輕節點採樣數據量小、帶寬要求低等優點。兩者都還沒有上線測試網路，技術演進還有空間，需要等待測試更新。在這條賽道上可能還有其他競爭對手，成功屬於能夠以較低成本存儲和驗證交易數據的項目——這體現在訪問它的 Rollup 用戶成本低，以及運行 DA 網路節點的成本低。

2.3 獨立數據可用性層的兩個競爭者

為了降低 Rollups 的成本並緩解以太坊的壓力，一個單獨的數據可用性層正在孵化。另一方面，以太坊本身也在不斷發展，有兩個 EIP 提案可以解決這個問題：它們是 EIP-4488 和 EIP-4844。它們將對數據可用性產生什麼影響？

EIP-4488 建議將 calldata 的 gas 消耗從每位元組 16 減少到 3，這將立即使 Rollup 的鏈上存儲成本降低到原來的 20%。為了防止區塊空間上限增加過多並將以太坊 p2p 網路層推向前所未有的壓力水平，該提案還設計了約 1.4MB 的 calldata 佔用上限。

EIP-4488 可以立即降低 Rollups 的成本，從而最大限度地減少當前所需的更改。但是 Rollups 會繼續增長，不可能無限增加 calldata 的空間，因為這會給以太坊網路帶來安全風險。這也被視為一種短期的權宜之計。

EIP-4844 提議引入一種稱為「blob-carrying transactions」的新交易格式。blob 包含大量數據，成本遠低於 calldata。EVM 不訪問此數據，而僅訪問此數據的承諾。驗證 blob 只需要驗證其可用性。這種交易格式與未來的全分片交易格式完全兼容。Blob 存儲在信標鏈上，用於存儲數據和交易的氣體分別計算上限和定價。

EIP-4844 是一個主動過渡計劃，也由以太坊主網提供，用於數據可用性。但是，它不能簡單地等同於現有的方案。Blob 是一個單獨的數據可用性層的原型，在技術上和經濟上都可以用於單獨的 DA 空間。實現全分片後，可以將 blob 遷移到分片鏈，這將需要對信標鏈進行一些更改，但匯總需要的更改最少。可以說，在分片之後，以太坊會實現自己相對獨立的數據可用性層，類似於 Celestia 和 Avail。

毫無疑問，這兩個提案都降低了 Rollups 的成本，這兩者都可能使其他數據可用性層項目顯得成本優勢較低，從而導致採用率低。尤其是EIP-4488，新的技術要求不多，易於實現，也有可能搶佔先發優勢。這樣看來，獨立DA層短期內可能面臨比較大的壓力。在數據分片尚未實現的情況下，DA 層可能能夠承載更多的數據，因為網路更具可擴展性，吸引了一部分 Rollups 使用它來接收數據可用性。

2.4 數據可用性層的經濟模型和市場潛力。

由於對於 Celestia 和 Avail 來說都還處於早期階段，因此該協議的經濟模型尚未公布，包括獎勵和懲罰機制、協議將如何盈利、是否發行代幣以及如何分配代幣.

在這裡，我們冒險猜測獎勵和懲罰機制，以及盈利模型。

DA層網路中的全節點需要質押部分資產作為保證金。如果一個全節點故意不公布完整的交易數據，它應該沒收它的保證金。同時，這部分資產也可以作為權益參與共識，質押大量資產的節點更有可能獲得出塊權，並獲得一定的獎勵和費用。

輕節點不進行質押，不參與費用分成。這樣光節點的數量會更少，每個光節點採樣的數據量會稍大一些。輕節點可能主要由訪問 Rollup 或運行在其上的 dApp 組成，它們是直接利益相關方，有驗證 DA 網路的動機。輕節點也可以質押少量資產。如果抽樣工作正常完成，他們參與費用和獎勵分成，如果多次抽樣的質量沒有得到驗證，他們將沒收押金。由於輕節點數量眾多，需要定期上漲和分配獎勵，以減輕網路壓力。

如果將數據可用性層視為數據的臨時存儲庫，則應為網路中的全節點（全節點和輕節點）支付數據存儲費用。以太坊 calldata 的成本是 DA 層收益的上限。

此外，由於 DA 層存儲了大量數據，這會給區塊鏈網路帶來嚴重負擔。全節點可能需要周期性地將部分長壽命數據傳輸到其他存儲平台，並在一段時間後指示存儲平台刪除數據。這可能會產生一些費用。這個成本相對容易估算，正如 Vitalik 曾在一篇文章中估算的那樣，EIP-4488/4844 的實施每年將為以太坊增加約 2.5 TB 的數據。假設這個數據需要保存1年，按照目前主流雲存儲的價格，全節點存儲這個數據每年的成本不到50美元，這些成本幾乎可以忽略不計。即使 DA 層完全超越了以太坊 calldata 的任務，甚至存儲更多的數據，這個成本仍然很低。所以，

因為從長遠來看，每單位存儲空間的收益似乎不會有太大的變化，所以DA層為了增加收益就得增加銷售額，這意味著網站要吸引更多的Rollups。項目組的業務拓展能力在這裡非常關鍵，這是決定誰能成功的關鍵因素。

最後，估計 DA 層作為一個整體每年可以產生多少收入。下表是基於開放數據對 Rollup 存儲成本的粗略估算。以太坊目前全網每天消耗 100G gas，其中每天 1G 用於 Layer 2 上傳證明和解決爭議。由於 Rollup 已經成為 Layer 2 的主流技術，所以這裡可以直接使用這些數據。calldata 消耗了多少gas很難估計，本文假設它消耗的gas是證明/解決爭議的5倍。假設 ETH 一年的平均價格為 2500 美元，gas 的平均價格為 80 Gwei，那麼每日 Rollup 的 DA 成本計算為 100 萬美元左右。如果EIP-4488實施後，calldata的單位gas消耗變為原來的1/5，由於成本更低，將吸引更多用戶使用 Rollups。假設證明和解決爭議的gas消耗翻倍，按照比例關係計算，Rollup每天的DA成本仍然約為40萬美元，一年內可能有1.46億美元的市場。這是以太坊和 DA 層共享的市場，如果 DA 層的定價比以太坊稍微優惠一些，假設它獲得一半的份額，它每年可以產生約 5000 萬美元的相對穩定的現金流。這都是基於 Rollups 仍處於相對早期階段的保守估計。000 基於比例關係，一年內可能有1.46億美元的市場。這是以太坊和 DA 層共享的市場，如果 DA 層的定價比以太坊稍微優惠一些，假設它獲得一半的份額，它每年可以產生約 5000 萬美元的相對穩定的現金流。這都是基於 Rollups 仍處於相對早期階段的保守估計。000 基於比例關係，一年內可能有1.46億美元的市場。這是以太坊和 DA 層共享的市場，如果 DA 層的定價比以太坊稍微優惠一些，假設它獲得一半的份額，它每年可以產生約 5000 萬美元的相對穩定的現金流。這都是基於 Rollups 仍處於相對早期階段的保守估計。

如果 Rollup 實現更大的增長並真正做到「以 Rollup 為中心」，那麼 Rollup 用於在以太坊上上傳證明和解決爭議所消耗的 gas 量可能達到每天 10G。換句話說，這意味著以太坊網路 10% 的 gas 被 Rollup 的證明/爭議所消耗，這是完全有可能的。由於技術的進步，Rollup 會使用更先進的方法來降低proof的gas消耗，假設降低到50%，那麼calldata的gas消耗需要變成原來增長比例的兩倍。另外，ETH的價格也會上漲，假設均價在3500U，gas費保持在80Gwei。估計DA層的消耗可以達到每年20億美元。此外，如果其他區塊鏈也開發 Rollup 技術，

以上估算非常粗略，僅提供視覺參考。

3區塊鏈的數據可用性和模塊化

3.1區塊鏈正在模塊化

觀察數據可用性與主網路逐步分離的過程，我們還可以發現另一個趨勢，即區塊鏈的模塊化。這是一個更大的長期趨勢，單獨的 DA 層是最新一波，是這一長期趨勢的一部分。

區塊鏈誕生時，網路是單體的，它承擔了共識、計算、結算和數據存儲等所有任務。那時，鏈上生態剛剛起步，區塊鏈處理能力大於需求，成本也不高。

計算或執行層是與區塊鏈分離的第一個模塊。隨著區塊鏈生態系統的發展和使用區塊鏈的成本變得越來越昂貴，擴展解決方案應運而生。鏈下擴容包含多種技術路線，其思路是將計算與結算分離。將計算移出鏈下，無需在區塊鏈上重新計算 n，可以節省區塊鏈的計算資源並降低費用。在完成鏈下計算同時完成結算功能的同時，最終結算必須由區塊鏈主網進行。

數據可用性層是與區塊鏈分離的第二個模塊。當前的鏈下擴展仍然無法將使用成本降低到讓公眾滿意的水平的一個原因是，數據可用性仍然需要消耗區塊鏈上寶貴的存儲資源。設置單獨的DA層可以大大減少這種資源消耗，可以進一步降低使用鏈上應用的成本，吸引更多用戶參與。以太坊的數據分片也是一種模塊化的DA層，實現了同樣的功能。

將上述兩部分分開，區塊鏈主網路唯一需要承擔的就是共識。主網需要就執行結果和執行依據，即數據可用性達成共識。當然，結算功能也包含在共識模塊中，因為共識中最重要的部分是網路應該同意什麼樣的結算結果。至此，「共識-執行-數據可用性」的結構正在形成，相互分離。

3.2 模塊化是區塊鏈的自然結果

區塊鏈三難困境告訴我們，區塊鏈具有三個本質屬性：去中心化、安全性和可擴展性，並且由於技術限制，只能同時優化其中的兩個，剩下的一個必須犧牲。以太坊選擇了高度去中心化和安全性，因此可擴展性已成為要妥協的屬性。

去中心化是區塊鏈的核心。正是因為去中心化的性質，區塊鏈上的任何機構都無權隨意修改或銷毀用戶的資產；鏈上資產是有價值的，為這些資產產生的代幣發行、資產兌換、借貸等都是有意義的。如果沒有去中心化的屬性，區塊鏈可能不需要存在。反過來，安全性是分散式系統的命脈，因此去中心化和安全性應該是這個三難中需要優先考慮的兩點。

確保去中心化需要許多節點達成共識，每個完整節點執行相同的操作並備份相同的數據。這是一個非常低效的過程，導致吞吐量低和交易費用高。在這種情況下，提高可擴展性的方法是減少主網需要執行的任務，讓其他模塊承擔更多的任務——因此，模塊化出現了。

模塊化渴望通過劃分工作使整體比其部分的簡單總和更有能力，這符合事物如何發展的一般經驗法則。分離的 Rollup 和 DA 網路可以分別專註於執行和數據可用性，並且可以在各自的領域中自由開發，無需任何權衡。以太坊主網只需要驗證他們的證明，「世界計算機」就成為了「全網最高法庭」。這為進一步降低成本的想法提供了依據：Rollup 最大限度地減少了證明的大小和生成證明所需的資源消耗，DA 層提高了編碼和驗證的效率，還減少了上傳到主網的斷言的大小。經過一段時間的發展，

一些區塊鏈為了獲得更高的性能，在去中心化程度上做出了妥協，但隨著發展和演進，總會出現性能跟不上需求的情況。目前，如果通過技術升級產生更強大的新網路，這當然是一個積極的局面；而在現有的技術條件下，通過更多的分工協作，更合理地配置資源也未嘗不可。未來一段時間，以以太坊為代表的高去中心化但性能低下的公鏈很可能會堅定地推進模塊化進程；而其他一些公鏈也將借鑒以太坊的成功，嘗試實現外部模塊。在經歷了分工成功後，

參考

[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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5、本報告版權歸火幣區塊鏈研究院所有。如需引用本報告內容，請註明出處。如需大量參考，請提前告知（聯繫方式見「關於火幣區塊鏈研究院」），並在允許範圍內使用。在任何情況下，不得違背原意引用、刪除或修改本報告。

關於火幣研究院

火幣區塊鏈應用研究院（簡稱「火幣研究院」）成立於2016年4月，自2018年3月起，致力於全面拓展區塊鏈各領域的研究與探索。作為研究對象，研究目標是加快區塊鏈技術研發，促進區塊鏈產業應用，促進區塊鏈產業生態優化。主要研究內容包括行業趨勢、技術路徑、區塊鏈領域應用創新、模式探索等。火幣研究院將本著公益、嚴謹、創新的原則，與政府開展廣泛深入的合作，企業，高校等機構通過多種形式搭建覆蓋區塊鏈全產業鏈的研究平台。行業專業人士為推動整個區塊鏈行業的健康可持續發展提供了堅實的理論基礎和趨勢判斷。

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數據可用性層如何塑造區塊鏈的未來最初發表在火幣研究媒體上，人們通過突出和回應這個故事來繼續對話。