解讀數據可用性賽道：如何講好模塊化區塊鏈的敘事？_POLY

原文標題：《一文讀懂數據可用性賽道的發展現狀》

原文作者：0x1

數據可用性主要存在于輕客戶端節點相對全節點的語境下。對于輕客戶端節點的數據可用性問題，行業內已經達成共識——采用糾刪碼來解決。

不僅輕客戶端節點有數據可用性問題，Layer1+Layer2的敘事也好，ModularBlockchain的敘事也罷，都會存在數據可用性問題。

目前來看，行業里針對數據可用性問題，主要有以下三個方面的方案：

一、在L1鏈上存放數據的降成本方案——EIP-4488和EIP-4844

以太坊用Rollup擴容時做一筆交易，主要有三類費用：執行費用、存儲/狀態費用、數據可用性費用。其中，數據可用性費用占大頭。

目前Rollup上傳數據到L1是以Calldata的形式，這種方式非常貴。所以提出了EIP-4488，可以將每個非0字節的Calldata成本從16Gas降低到3Gas，但其實這個費用仍然挺高的。

然后，又提出了EIP-4844提案，即Proto-Danksharding。引入了一種稱為BlobcarryingTransactions的交易格式。這種交易格式與普通的交易格式相比，多了一個Blob的位置可以用來存放L2的數據。而且，Blob數據在一個月后會被節點刪除，從而大幅節省了存儲空間。

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Blob這種交易格式能夠提供比Calldata更廉價的數據可用性。主要有兩方面原因：一方面，Callda存在于ExecutionPayload中，而Blob數據存儲于Prysm節點或者Lighthouse節點中，相比而言Calldata需要被合約讀取時所消耗的資源要多很多；另一方面，Blob數據是短期存儲，一個月后節點會刪除Blob數據。

總而言之，這可以理解為Ethereum在L1鏈上降低數據可用性成本的一個方案。

另外，也提了一個配套的驗證數據可用性的方案——數據可用性抽樣，節點通過DAS檢查，可以只下載一些隨機選擇的塊來驗證一個塊是否已發布。由于DAS可以對區塊數據做并行化驗證，所以未來數據分片的數量即使很多，也不會增加單個驗證節點的負擔，反而會刺激更多驗證節點加入，從而保證驗證節點的充分去中心化。為了實現DAS，引入了糾刪碼技術；同時為了確保糾刪碼被正確編碼，又引入了KZG多項式承諾。

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上述一系列解決方案之后，Ethereum節點只需要隨機下載一部分數據塊，就能驗證所有數據是可用的。

二、執行層Rollup推出的數據可用性方案

目前頭部的執行層Rollup也有自己的數據可用性解決方案，以StarkEx、zkSync2.0、PolygonzkEVM等為例。

StarkEx

StarkEx是一個用于創建許可的、特定于應用程序的擴容解決方案框架。目前有包括dYdX、Immutable、Sorare、DeversiFi、Reddio等項目采用StarkEx解決方案。

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StarkEx具有多種數據可用性模式：Rollup、Validium、Volition。這三種模式都是基于有效性證明。在Rollup模式中，所有數據都在鏈上提交；在Validium模式中，數據保持在鏈外，只有對最近狀態的承諾以及該狀態的有效性證明提交到鏈上；Volition模式是一種混合模式，在這種模式下用戶可以自行選擇單個交易粒度的數據存儲模式是鏈上還是鏈下。

由于Validium的數據保持在鏈外，只需要把最近狀態的承諾和證明提交上鏈，所以Validium交易費用更低，同時TPS也更高，但代價是StarkExValidium的運營商可以凍結用戶的資金。StarkEx引入了一個獲得許可的數據可用性委員會，DAC必須通過其法定人數對狀態的每次更新進行簽名來確認它已收到數據。目前在StarkEx中，DAC由8名參與者組成。

zkSync

zkSync2.0引入了一個新的整體架構，提供zkRollup和zkPorter兩種賬戶的混合。但這兩部分也是可組合和可互操作的：zkRollup端的合約和賬戶能夠與zkPorter端的賬戶無縫交互，反之亦然。從用戶的角度來看，唯一明顯的區別是zkPorter賬戶的費用便宜100倍。

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zkRollup狀態具有鏈上數據可用性，zkPorter則采用鏈下數據可用性。具體而言zkRollup的數據可用性在L1，zkPorter的數據可用性在L2。其中，zkRollup的交易數據通過Calldata發布到Ethereum，這個就是常規操作，有特色的是zkPorter的數據可用性方案。

zkPorter通過結合zkRollup和分片思想的混合方法來處理數據可用性。它可以支持任意多個分片，每個分片都有自己的數據可用性策略，由分片的智能合約定義。分片的選擇在個人賬戶級別進行控制。相當于把數據可用性委托給各個分片，這些分片可以自由選擇不同的解決方案。

zkPorter的分片主要包括：Shard0、GuardiansShard和ProtocolXShard。

Shard0是一個簡單的zkRollupshard，具有底層以太坊L1的完整數據可用性和安全保證。所以Shard0是zkPorter內部運行成本最高的分片，大約是在主網上交易成本的1/100。

以太坊安全主管解讀硬分叉Constantinople：重建區塊哈希值:據Ethnews的報道，今日，以太坊安全主管Martin Swende發布了一系列文章，介紹即將到來的以太坊硬分叉Constantinople正在討論中的一些特點。文章討論了V神提出的EIP210提案，Swende解釋道，提案將分成三個階段重建區塊哈希值，允許新的區塊直接與舊區塊不按順序地連接，增加區塊間的連接性。EIP210將按照EDCC或智能合約的方式算入哈希值，“將會強化輕客戶端要求”，這個區塊哈希值升級將使以太坊用戶免于查看歷史區塊哈希值。[2018/5/1]

其他分片則是在自己的智能合約上定義自己的數據可用性策略。zkPorter的分片交換鏈上數據可用性，使交易成本進一步降低10-100倍，TPS增加超過基礎分片。zkPorter引入了一種可選的驗證器機制——zkPorterGuardians——這種機制使得協議能夠邀請協議利益相關者作為協議分片上的數據可用性保證人。

zkPorter的數據可用性由zkSyncToken持有人保護。他們通過簽署區塊來跟蹤zkPorter端的狀態，以確認zkPorter賬戶的數據可用性。監護人使用zkSyncToken參與權益證明。這也就是所謂的數據可用性的加密經濟保證。

PolygonzkEVM

PolygonzkEVM是一種基于加密證明的去中心化以太坊Layer2擴容方案，可為交易提供驗證和快速確定性。和PolygonAvail一樣都是Polygon推出的擴容方案，側重點有所不同。雖然他們推出了PolygonAvail這種通用的數據可用性方案，但PolygonzkEVM還是設置了自己的數據可用性方案。

PolygonzkEVM也是采取混合模式的數據可用性，可以選擇Validium或者Volition。Validium模式下，數據存儲在鏈下，只有有效性證明在鏈上發布；Volition模式下，對于某些交易，數據和有效性證明都保留在鏈上，對于其余交易則只有證明在鏈上。

Scroll

當然，也有尚未設計自己的數據可用性方案的zkRollup，比如Scroll。

其CTOYeZhang在接受鏈捕手采訪時表示，「Scroll暫時沒有設計專門的數據可用性方案。對以太坊技術的時間線還是比較樂觀的，不論是Danksharding還是Proto-Danksharding。其次，引入額外的數據可用性方案會讓系統整體的安全性有一定的妥協，所以我們認為長期來看最好還是用以太坊作為原生的數據可用層。」

三、數據可用性的通用解決方案

除了EthereumL1和RollupL2在解決數據可用性問題及降低數據可用性成本外，還有一些項目也在嘗試推出數據可用性的通用解決方案。這類項目有望在未來的模塊化區塊鏈中承擔起數據可用性層的重要作用。目前主要有Celestia和PolyonAvail兩個項目。

Celestia

Celestia是一個模塊化區塊鏈，專注于數據可用性層。CelestiaDA層有兩個關鍵特征：數據可用性采樣和命名空間默克爾樹。DAS使輕節點無需下載整個區塊即可驗證數據可用性；NMT使Celestia上的執行和結算層能夠下載僅與它們相關的交易。

Celestia要成為一個獨立的數據可用性層，有三個核心事項：Rollup將所有交易數據傳遞給Celestia

Celestia在其網絡上發布所有這些數據；

Ethereum確認Celestia已經存儲和發布了這些數據，并且可以隨時訪問。總而言之，Celestia通過糾刪碼+欺詐證明+經濟約束和激勵機制實現了這個通用的數據可用性解決方案。

PolygonAvail

Polygon是一個生命力很強的項目，其團隊規劃和研發能力非常強。Polygon經歷了擴容技術方案從狀態通道、Plasma到OptimsticRollup、zkRollup的演變，Polygon團隊內部也探索了多種擴容方向，現在也仍然保持著多個擴容方向的推進，比如：PolygonAvail、PolygonZero、PolygonMiden、PolygonzkEVM等。Polygon就像是一個Layer2聚合器，聚合了多種擴容方案。

PolygonAvail是一個旨在解決以太坊擴容方案的數據可用性的項目。官方在官網上將PolygonAvail定義為一個模塊化區塊鏈，對應數據可用性層。

Avail可以為任何輕客戶端提供數據可用性的高保證，當然在官方文檔中也直言「并不比任何其他網絡為輕客戶端提供更高的DA保證」。

Avail專注于通過利用KZG多項式承諾、糾刪碼和其他技術來允許輕客戶端高效且隨機地小樣本采樣，從而證明區塊數據可用而無需下載全部區塊以驗證其完全可用性。

與Celestia一樣，PolygonAvail也是一個通用的數據可用性解決方案。與Celestia不同的是，Celestia采用欺詐證明確保糾刪碼正確，而PolygonAvail則采用KZG承諾。Celestia實現起來比較簡單，但由于其糾刪碼和輕節點采樣數據的規模較大，因此需要的通信帶寬略高。Avail涉及相對復雜的加密實現，難度稍大。它的優點是糾刪碼規模小，輕節點采樣數據量小，帶寬要求低。

總結

以上三個方面的方案都是旨在解決鏈上數據可用性問題，或在L1上引入存放數據的新方式，或以模塊化的視角看待區塊鏈的發展然后去做通用的數據可用性層，或在L2上設計Dataoff-chain的廉價數據可用性方案。

我感覺這些方案在未來很長一段時間會共存。

Layer1+Layer2的架構下，「Blob」取代「Calldata」承接Layer2的數據可用性，Validium、Volition、zkPorter則以有限相關方范圍內的經濟約束和激勵機制確保Layer2本身也具備數據可用性解決方案。模塊化區塊鏈的敘事下，PolygonAvail和Celestia類通用的數據可用性方案則以相對更加去中心化的方式，在未來承擔起DA層的責任。

同時，更希望能看到更多優秀的創業團隊在數據可用性領域的探索。現有的這些數據可用性解決方案是探路人，但我總感覺這些方案還是差些興奮點。

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