Модульная парадигма блокчейна
В физике связь — это явление, при котором две формы движения влияют друг на друга посредством взаимодействия. С другой стороны, развязка — это математическое разделение двух форм движения для решения проблемы.
В области программирования идея модульности очень похожа: метод проектирования программного обеспечения, называемый модульным программированием, подчеркивает разделение функциональности программы на независимые взаимозаменяемые модули, каждый из которых содержит все необходимое для выполнения только одного аспекта желаемой функциональности. .
Блокчейны — это также компьютерные программы. По сути, применяя идею модульности к публичному блокчейну, мы можем разбить ее на три основных компонента:
Выполнение — это вычисления, необходимые для обновления цепочки, которые включают в себя получение текущего состояния, добавление набора новых транзакций и переход в новое состояние.
Консенсус, или расчет, или безопасность — обеспечивает безопасность и согласие для транзакций и их порядка.
Доступность данных (DA). Это необходимо для того, чтобы гарантировать, что данные транзакции, стоящие за заголовком блока, публикуются и доступны, чтобы каждый мог легко вычислить состояние и проверить переходы между состояниями.
Вместо того, чтобы объединять все эти три компонента в одну монолитную цепочку, как это делают современные основные блокчейны, мы можем разделить их на специализированные цепочки или слои, каждый из которых играет роль одного модуля, чтобы более эффективно реализовать функциональность блокчейна. Это парадигма модульного блокчейна.
Преимущества модульных блокчейнов
Как говорилось ранее, модульные блокчейны являются результатом разделения основных компонентов одного блокчейна и их запуска на отдельных уровнях. Итак, каковы преимущества модульных блокчейнов по сравнению с немодульными? Ниже перечислены преимущества.
Масштабируемость
Уровни, которые специализируются на паре основных функций, обеспечат гораздо большую масштабируемость без ограничений на компромиссы, которые присущи монолитному блокчейну. Например, модульный уровень доступности данных с выборкой DA может линейно масштабироваться в зависимости от количества пользователей.
Совместимость
Блокчейны могут использовать модульный общий уровень безопасности, чтобы обеспечить минимальное доверие между блокчейнами в одном кластере. Это повышает как безопасность, так и уровень, на котором несколько блокчейнов могут взаимодействовать друг с другом.
Начальная загрузка
Новые блокчейны можно создавать с минимальными затратами и временем. Такие вещи, как Rollup Software Development Kits, не только помогут в этом, но и предоставят способ начальной загрузки без необходимости использования механизма консенсуса, валидаторов или механизмов распределения токенов.
Экспериментирование
Блокчейны можно легко создавать и использовать для тестирования новых инновационных технологий, которые обеспечивают дополнительную масштабируемость и оптимизацию всего стека цепочек. Это позволяет новым цепочкам сосредоточиться непосредственно на элементах, в которых они хотят внедрять инновации, которые затем можно будет распространить на остальные цепочки.
Уровень DA в сводках
Rollups, решение второго уровня Ethereum, направленное на эффективное масштабирование, по своей сути также представляет собой модульный подход. Свертывание забирает уровень исполнения из уровня 1 Ethereum и формирует эксклюзивный второй уровень, ориентированный на максимально быструю обработку транзакций. С другой стороны, уровень 1 Ethereum по-прежнему отвечает за сложную работу, связанную как с безопасностью, так и с доступностью данных.
Итак, здесь есть два вопроса. Во-первых, почему доступность данных так важна? Во-вторых, можем ли мы снова использовать идею модульности, чтобы отделить DA от уровня 1? Пожалуйста, дайте мне время объяснить.
По первому вопросу мне нужно обсудить ситуацию отдельно. В случае с оптимистичным объединением, когда секвенсор совершает зло и устанавливает неправильное состояние баланса счета, любой может получить исходные данные транзакции с уровня 1 и восстановить правильное состояние счета для выполнения задачи. Таким образом, роль окружного прокурора подобна архивному бюро, которое в случае оспаривания предоставляет оригинальные доказательства, гарантируя, что оспаривание является правильным и действительным.
Что касается накопительного пакета с нулевым разглашением (ZK), секвенатор не может творить зло из-за криптографического доказательства нулевого разглашения. Но в крайних случаях, когда секвенсор выходит из строя или недоступен по какой-либо причине, пользователям необходимо выйти из цепочки уровня 2 и вернуть свои деньги на уровень 1, когда DA необходим для обеспечения того, чтобы каждый мог восстановить окончательный статус на основе данных. . Таким образом, роль DA подобна защитной двери, гарантирующей пользователям беспрепятственный выход в случае экстремальной ситуации.
На второй вопрос краткий ответ – да. Хотя DA настолько важна, что лучшим местом для ее хранения является уровень 1 Ethereum, самая безопасная цепочка также является и самой дорогой — стоимость газа для расчетных транзакций и хранения данных намного выше, чем в любой другой цепочке. Вот почему и Matter Labs, и Starkware предоставляют пользователям дешевую версию ZK Rollup, а именно ZK-Porter и Validium, отказываясь от хранения DA на уровне 1.
В результате на сцену начинает выходить специализированный модульный уровень DA.
Проекты специализированного уровня DA
Селестия
Celestia, ранее называвшаяся LazyLedger, представляет собой модульную сеть консенсуса и передачи данных, созданную для того, чтобы каждый мог легко развернуть свой собственный блокчейн с минимальными накладными расходами. Отделяя уровни консенсуса и DA от выполнения приложений, Celestia модульизирует стек технологий блокчейна и открывает новые возможности для разработчиков децентрализованных приложений.
Благодаря модульной архитектуре с поддержкой Celestia разработчики могут легко определять свои собственные виртуальные среды выполнения. Каждое приложение получает собственное независимое пространство выполнения и может обновляться без хард-форков основной цепочки.
Главная особенность Celestia заключается в решении одного из фундаментальных ограничений масштабирования блокчейна — «проблемы доступности данных». Эта проблема заключается в следующем: как узлы могут быть уверены, что при создании нового блока все данные в этом блоке действительно были опубликованы в сети? Дилемма заключается в том, что если секвенатор или производитель блоков не высвобождает все данные в блоке, никто не сможет определить, скрыта ли внутри этого блока вредоносная транзакция.
Как Селестия решает эту проблему? Он использует коды стирания для создания доказательств доступности данных, которые с высокой вероятностью гарантируют, что все эти данные были размещены в цепочке.
В частности, Celestia использует двумерную схему кодирования Рида-Соломона для кодирования данных блока, когда секвенсор создает новый блок. Эта схема гарантирует, что только небольшой выборки данных будет достаточно для статистической уверенности в том, что весь блок был опубликован. Для выполнения операции, называемой выборкой доступности данных (DAS), необходимы только легкие клиенты — случайная загрузка небольшого фрагмента данных из блока, чтобы определить, не работает ли секвенсор и не скрывает данные. Этот метод очень эффективен с точки зрения статистики вероятностей. Фактически, к седьмому разу, когда легкий клиент попытается случайным образом проверить фрагмент данных, вероятность того, что он не сможет обнаружить неправильное поведение секвенатора, станет меньше 1%. И как только обнаруживается, что какой-то небольшой фрагмент данных закодирован неправильно, сеть уведомляется с помощью доказательства мошенничества. Это гарантирует, что пропускная способность не будет ограничена исполнением состояний, как в традиционных блокчейнах, что позволяет масштабировать пропускную способность Celestia в зависимости от количества участвующих пользователей.
Изначально ориентируясь на EVM и Cosmos SDK, Celestia не исключает интеграцию в экосистемы Ethereum и Cosmos. Celestia выпустила план под названием Celestium, который позволяет любой цепочке Ethereum L2 использовать Celestia для доступности данных и Ethereum для урегулирования и разрешения споров. Celestiums обеспечит высокую доступность данных для Ethereum L2 с более высоким уровнем безопасности, чем другие методы доступности данных вне сети.
Более того, Celestia сотрудничает с Evmos для создания расчетного уровня для объединений EVM под названием Cevmos. Цепочка расчетов будет реализована как объединение Celestia с использованием Optimint и будет использовать Celestia в качестве уровня DA для обеспечения полностью эквивалентного EVM стека, оптимизированного исключительно для объединений, что приведет к снижению комиссий и лучшему масштабированию объединений.
Доступен полигон
Avail, одно из решений масштабирования в наборе инструментов Polygon, представляет собой масштабируемый блокчейн общего назначения, ориентированный на доступность данных, предназначенный для автономных цепочек, сайдчейнов и решений масштабирования вне цепочки.
Avail обеспечивает надежный уровень доступности данных, используя чрезвычайно безопасный математический примитив — проверки доступности данных с использованием кодов стирания с ключевой инновацией — они используют полиномиальные обязательства Кейт для создания схемы доступности 2D-данных, которая позволяет избежать доказательств мошенничества, не требует честных предположений большинства, и не полагается на честный узел полного узла, чтобы получить уверенность в доступности данных.
Подход Avail к решению проблемы доступности данных аналогичен подходу DAS Celestia, но отличается лишь в небольших моментах. Avail использует полиномиальные обязательства KZG вместо доказательств мошенничества, чтобы избежать неправильного поведения секвенаторов. Обязательства KZG, также известные как обязательства Кейт, были представлены Аникет Кейт, Грегори М. Заверуча и Яном Голдбергом в 2010 году, предоставляя способ краткого определения полиномов.
Проще говоря, все данные в блоке представляют собой двумерную матрицу. Избыточность данных достигается за счет стирающего кодирования каждого столбца матрицы, чтобы увеличить его размер в два раза по сравнению с исходным. Обязательства Kate используются для фиксации каждой строки, и это обязательство включается в заголовок блока. Схема позволяет легко обнаружить попытку сокрытия данных, поскольку любой легкий клиент, имеющий доступ только к заголовкам блоков, может запрашивать случайные ячейки матрицы и получать короткие доказательства, которые можно сверить с заголовками блоков. Избыточность данных вынуждает секвенсор скрывать большую часть блока, даже если он хочет скрыть только одну транзакцию, что делает его уязвимым для случайной выборки. Таким образом, отпадает необходимость в доказательствах мошенничества, поскольку обязательный характер обязательств Кейт делает для секвенаторов вычислительно невозможным создание неправильных обязательств и не попадание в ловушку.
Краткое содержание
Специализированный уровень доступности данных, являющийся прототипом модульных блокчейнов, призван способствовать полному изменению нашего подхода к проектированию систем блокчейнов, обеспечивая реализацию модульной парадигмы блокчейна, в которой различные среды выполнения могут использовать этот специализированный уровень для упорядочивания и доступности данных. Хотя может возникнуть небольшая обеспокоенность тем, что объединения с использованием специализированного уровня DA могут быть не такими безопасными, как с основной сетью Ethereum, это важный компромисс, поскольку модульные блокчейны могут создать более гибкую, масштабируемую, настраиваемую и совместимую сеть. В долгосрочной перспективе специализированный уровень DA станет краеугольным камнем модульной парадигмы блокчейна, прокладывая путь к финалу масштабирования блокчейна.
Отказ от ответственности: Это исследование предназначено только для информационных целей. Он не является инвестиционным советом или рекомендацией покупать или продавать какие-либо инвестиции и не должен использоваться при оценке целесообразности принятия какого-либо инвестиционного решения.
🐦 @chestersigned
📅 18 апреля 2022 г.
Связь:
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-pose-scalable-data-availability-layer-98bc9814c048
https://polygon.technology/solutions/polygon-avail/