Modulární blockchain paradigma

Ve fyzice je spojení jev, kdy se dvě formy pohybu vzájemně ovlivňují prostřednictvím interakce. Decoupling je na druhé straně matematickým oddělením dvou forem pohybu za účelem řešení problému.

V oblasti programování je myšlenka modularity velmi podobná: technika návrhu softwaru zvaná modulární programování klade důraz na oddělení funkčnosti programu do nezávislých, zaměnitelných modulů, takže každý obsahuje vše potřebné k provedení pouze jednoho aspektu požadované funkčnosti. .

Blockchainy jsou také počítačové programy. V zásadě, když aplikujeme myšlenku modularity na veřejný blockchain, můžeme ji rozdělit do tří hlavních složek:

  1. Provedení – Toto je výpočet potřebný k aktualizaci řetězce, který zahrnuje získání aktuálního stavu, přidání hromady nových transakcí a přechod do nového stavu.

  2. Consensus nebo Settlement nebo Security – Toto poskytuje zabezpečení a souhlas pro transakce a jejich objednávání.

  3. Dostupnost dat (DA) – Toto má zajistit, aby data transakcí za hlavičkou bloku byla publikována a dostupná, takže kdokoli může snadno vypočítat stav a zkontrolovat přechody stavů.

Místo toho, abychom všechny tyto tři komponenty spojili do jednoho monolitického řetězce, jak to dělají současné hlavní blockchainy, můžeme je rozdělit do specializovaných řetězců nebo vrstev, z nichž každá hraje roli jednoho modulu, abychom efektivněji implementovali funkčnost blockchainu. Toto je paradigma modulárního blockchainu.

Výhody modulárních blockchainů

Jak již bylo uvedeno dříve, modulární blockchainy jsou výsledkem oddělení hlavních komponent jednoho blockchainu a jejich provozování na samostatných vrstvách. Jaké jsou tedy výhody modulárních blockchainů oproti těm nemodulárním? Níže jsou uvedeny výhody.

Škálovatelnost

Vrstvy, které se specializují na pár základních funkcí, umožní mnohem větší škálovatelnost bez omezení kompromisů, které přicházejí s monolitickým blockchainem. Například modulární vrstva dostupnosti dat s DA vzorkováním se může lineárně škálovat s počtem uživatelů.

Interoperabilita

Blockchainy mohou využívat modulární sdílenou bezpečnostní vrstvu, která umožňuje přemostění mezi blockchainy ve stejném clusteru s minimalizací důvěry. To zlepšuje jak bezpečnost, tak úroveň, na které může několik blockchainů mezi sebou komunikovat.

Bootstrapping

Nové blockchainy lze vytvářet s minimálními náklady a časem. Věci jako Rollup Software Development Kits tomu nejen napomohou, ale poskytnou způsob, jak bootstrapovat bez potřeby mechanismu konsenzu, validátorů nebo mechanismů distribuce tokenů.

Experimentování

Blockchainy lze snadno vytvářet a používat k testování nových inovativních technologií, které přinášejí další škálovatelnost a optimalizaci celého zásobníku řetězců. Díky tomu se nové řetězce mohou zaměřit přímo na prvky, které chtějí inovovat, a které pak lze rozšířit na zbytek řetězců.

Vrstva DA v souhrnech

Rollups, což je řešení vrstvy 2 společnosti Ethereum zaměřené na efektivní škálování, je v zásadě také modulární přístup. Rollup odstraňuje prováděcí vrstvu z vrstvy Ethereum 1 a tvoří druhou vrstvu, která je exkluzivní pro provádění a zaměřuje se na co nejrychlejší zpracování transakcí. Na druhou stranu Ethereum vrstva 1 má stále na starosti náročnou práci jak v oblasti bezpečnosti, tak dostupnosti dat.

Takže jsou tu dvě otázky. Za prvé, proč je dostupnost dat tak důležitá? Za druhé, můžeme znovu použít myšlenku modularity k oddělení DA od vrstvy 1? Nechte mě prosím na vysvětlení.

U první otázky musím situaci probrat samostatně. V případě Optimistic Rollup, kdy sekvencer udělá zlo a vyřeší nesprávný stav zůstatku účtu, může kdokoli získat původní data transakce z vrstvy 1 a rekonstruovat správný stav účtu, aby mohl provést výzvu. Role DA je tedy jako archivní kancelář, která v případě výzvy poskytuje originální důkazy a zajišťuje, že výzva je správná a platná.

Pokud jde o Zero Knowledge (ZK) Rollup, sekvencer nemůže dělat zlo kvůli kryptografickému důkazu nulových znalostí. Ale v extrémních případech, kdy sekvencer selže nebo je z jakéhokoli důvodu nedostupný, musí uživatelé uniknout z řetězce vrstvy 2 a dostat své peníze zpět do vrstvy 1, kdy je DA zásadní pro zajištění toho, že kdokoli může rekonstruovat konečný stav na základě dat. . Proto je role DA jako bezpečnostní dveře, které uživatelům zaručují hladký únik v případě extrémní situace.

Na druhou otázku je stručná odpověď ano. I když je DA tak životně důležité, že nejlepším místem pro jeho uložení je Ethereum vrstva 1, nejbezpečnější řetězec je také nejdražší – náklady na plyn při vypořádacích transakcích a ukládání dat jsou mnohem vyšší než u jakéhokoli jiného řetězce. To je důvod, proč Matter Labs i Starkware poskytují uživatelům levnou verzi ZK Rollup, jmenovitě ZK-Porter a Validium, s kompromisem v neukládání DA na vrstvě 1.

V důsledku toho začíná do hry vstupovat specializovaná a modulární DA vrstva.

Projekty specializované DA vrstvy

Celestia

Celestia, dříve pojmenovaná LazyLedger, je modulární konsensuální a datová síť, postavená tak, aby umožnila komukoli snadno nasadit vlastní blockchain s minimální režií. Oddělením vrstev konsenzu a DA s prováděním aplikací Celestia modularizuje zásobník technologií blockchain a otevírá nové možnosti pro tvůrce decentralizovaných aplikací.

V modulární architektuře s podporou Celestia mohou vývojáři bez námahy definovat svá vlastní virtuální spouštěcí prostředí. Každá aplikace má svůj vlastní suverénní prováděcí prostor a lze ji aktualizovat bez hardforků hlavního řetězce.

Hlavní předností Celestie je řešení jednoho ze základních omezení škálování blockchainu – „problém s dostupností dat“. Tento problém se ptá: jak si mohou být uzly jisti, že když je vytvořen nový blok, všechna data v tomto bloku byla skutečně publikována do sítě? Dilema je, že pokud sekvencer nebo producent bloků neuvolní všechna data v bloku, nikdo nemůže zjistit, zda se v tomto bloku neskrývá škodlivá transakce.

Jak to Celestia vyřeší? Využívá kódy výmazu k vytvoření důkazů o dostupnosti dat, které s vysokou pravděpodobností zaručují, že všechna tato data byla zveřejněna v řetězci.

Konkrétně Celestia používá 2-rozměrné schéma kódování Reed-Solomon ke kódování dat bloku, když sekvencer vytvoří nový blok. Toto schéma zajišťuje, že k ověření se statistickou jistotou, že byl publikován celý blok, stačí pouze malý vzorek dat. K provedení operace zvané Data Availability Sampling (DAS) jsou potřeba pouze lehcí klienti – náhodné stahování malého kousku dat z bloku, aby se zjistilo, zda se sekvencer nechová špatně a zadržuje data. Tato metoda je velmi efektivní z pohledu pravděpodobnostní statistiky. Ve skutečnosti se při sedmém pokusu lehkého klienta o náhodnou kontrolu kusu dat pravděpodobnost, že nezjistí, že se sekvencer chová špatně, bude menší než 1 %. A jakmile se zjistí, že jakýkoli malý kus dat je nesprávně zakódován, síť je informována prostřednictvím důkazu o podvodu. To zajišťuje, že propustnost není omezena státním prováděním jako tradiční blockchainy, což umožňuje, aby se propustnost Celestie škálovala podle počtu zapojených uživatelů.

Celestia, která se zpočátku zaměřovala na EVM a Cosmos SDK, nevylučuje integraci do ekosystémů Ethereum a Cosmos. Celestia vydala plán nazvaný Celestium, který umožňuje jakémukoli řetězci Ethereum L2 používat Celestia pro dostupnost dat a Ethereum pro řešení a řešení sporů. Celestiums poskytne vysokou propustnost dat pro Ethereum L2 s vyšší úrovní zabezpečení než jiné techniky dostupnosti dat mimo řetězec.

Celestia navíc spolupracuje s Evmos na vybudování vypořádací vrstvy pro EVM souhrny nazvané Cevmos. Řetězec vypořádání bude implementován jako souhrn Celestia pomocí Optimint a využívá Celestia jako DA vrstvu k poskytování plně ekvivalentního zásobníku EVM optimalizovaného pouze pro souhrny, což povede k nižším poplatkům a lepšímu rozsahu při souhrnech.

Dostupnost polygonu

Avail, jedno z škálovacích řešení v sadě nástrojů Polygon, je univerzální, škálovatelný blockchain zaměřený na dostupnost dat, který je zaměřen na samostatné řetězce, postranní řetězce a řešení škálování mimo řetězec.

Avail poskytuje robustní vrstvu dostupnosti dat pomocí extrémně bezpečného matematického primitiva – kontroly dostupnosti dat pomocí kódů výmazu s klíčovou inovací – využívají závazky Kate polynomial k vytvoření 2D schématu dostupnosti dat, které se vyhýbá důkazům o podvodu, nevyžaduje poctivé většinové předpoklady, a nespoléhá se na poctivé úplné uzly, aby získal jistotu, že data jsou dostupná.

Přístup společnosti Avail k řešení problému dostupnosti dat je podobný jako u Celestia's DAS, ale liší se pouze v malých bodech. Avail používá KZG polynomiální závazky namísto důkazů o podvodu, aby se zabránilo špatnému chování sekvencerů. Závazky KZG, známé také jako závazky Kate, představili Aniket Kate, Gregory M. Zaverucha a Ian Goldberg v roce 2010 a poskytují způsob, jak se stručně zavázat k polynomům.

Jednoduše řečeno, všechna data v bloku jsou uspořádána jako dvourozměrná matice. Redundance dat je vnesena kódováním výmazu každého sloupce matice na dvojnásobek velikosti původního. Závazky Kate se používají k potvrzení každého z řádků a závazek je zahrnut v záhlaví bloku. Toto schéma usnadňuje zachycení pokusu o skrytí dat, protože jakýkoli lehký klient s přístupem pouze k hlavičkám bloků se může dotazovat na náhodné buňky matice a získat krátké důkazy, které lze zkontrolovat proti hlavičkám bloků. Redundance dat nutí sekvencer skrýt velkou část bloku, i když chce skrýt pouze jednu transakci, takže je náchylný k zachycení při náhodném vzorkování. Vyhneme se tak potřebě důkazů o podvodu, protože závazná povaha závazků Kate způsobuje, že je pro sekvencery velmi výpočetně nemožné konstruovat špatné závazky a nenechat se chytit.

souhrn

Specializovaná vrstva dostupnosti dat, jako prototyp modulárních blockchainů, si klade za cíl usnadnit úplnou změnu v tom, jak přistupujeme k návrhu blockchainových systémů, což umožňuje modulární paradigma blockchainu, kde různá prováděcí prostředí mohou využívat tuto specializovanou vrstvu pro objednávání a dostupnost dat. Ačkoli může vyvstat malá obava, že rollupy využívající specializovanou DA vrstvu nemusí být tak bezpečné jako ty s Ethereum mainnet, je to zásadní kompromis, protože modulární blockchainy mohou přinést flexibilnější, škálovatelnější, přizpůsobitelnější a interoperabilnější síť. V dlouhodobém horizontu se specializovaná DA vrstva stane základním kamenem modulárního blockchainového paradigmatu, což povede ke konečnému škálování blockchainu.

Prohlášení: Tento výzkum slouží pouze pro informační účely. Nepředstavuje investiční poradenství ani doporučení k nákupu nebo prodeji jakékoli investice a nemělo by se používat při hodnocení přínosů jakéhokoli investičního rozhodnutí.

🐦 @chestersigned

📅 18. dubna 2022

Odkaz:

https://medium.com/blockchain-capital-blog/wtf-is-data-availability-80c2c95ded0f

https://polynya.medium.com/the-lay-of-the-modular-blockchain-land-d937f7df4884

https://rileygmi.substack.com/p/celestia?s=r&utm_campaign=post&utm_medium=web

https://coinyuppie.com/focus-on-the-data-availability-layer-to-understand-the-new-public-chain-celestia/

https://polygon.technology/blog/introducing-avail-by-polygon-a-robust-general-purpose-scalable-data-availability-layer-98bc9814c048

https://polygon.technology/solutions/polygon-avail/