数据可用性层

Rollup扩容的必要一步

@CyberOrange

为什么需要DA

• 单链扩容与去中心化

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• 执行分片设计过于复杂

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• Rollup扩容遇到瓶颈

Plasma to Rollup

• 基于欺诈证明，假如出块人扣留数据，则欺诈证明无法构造。
• 这可以实施而已的状态转换。

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• 基于有效性证明，假如出块人扣留数据，则有效性证明无法构造。
• 这可以使得某笔资金被永久锁定。

从P2P网络说起

• 假如每个节点只存储一部分数据

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• 需要所有数据的节点按需检索数据

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• 设区块4MB，32Byte一个chunk，全网1000个节点，每个节点随机存2048个chunk即64KB，在无节点作恶时，每个chunk至少有一个节点存储的概率99.99998552644%

概率采样

• 假如节点除了自己存数据，还可以抽查其他节点
• 设一次抽取的chunk数为c，而不可用的chunk数量为t，令x表示t中被抽取到的数量，设t中至少有一个包含在被抽取块中的概率为P(X).
• 则有
• 由于
• 设t=mn，令n趋于无穷，得
• 则需要抽取460个块以99%的概率发现1%的数据丢失
• 抽取92099个块，以99.99%的概率发现0.01%的数据丢失

从多副本到纠删码

• 纠删码，如(6-3)纠删码，将3 chunk编码为6chunk，且任取3 chunk可恢复数据
• 假设采取任取50%的纠删码对数据编码载采样，则只需保证50%以上数据可用即可，则随机抽34个块，可以以99.99999999%的概率发现50%以上的数据不可用。
• 假如每个区块4MB，纠删码扩展到8MB，以32Byte为一个chunk，全网有1000个节点，每个节点存2048个chunk即64KB，足够随机时，至少有一半的chunk被全网存储的概率接近于1。

纠删码

• 设数据长度为n，某种编码将数据扩展到 n/r ，且任意的 qn/r 都能恢复回原数据u，q被称为stopping rate，当q=r时，我们称这种编码是最大距离可分码（maximum distance separable，MDS），MDS码具有最佳容错能力。
• Reed Solomon码具有MDS性质
• 如两点确定一直线，三点确定二次曲线，n点确定(n-1)次曲线
• 假设有n个数据片，则设一多项式f(i)=n_i，可以得n-1次多项式，再对i+1..2n进行取值，得到2n个数据片，任取n个点，都可以得到多项式，恢复回数据。

错误编码证明

• 假如纠删码被错误编码，方案失效

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• 需要机制证明编码错误，类似Optimistic Rollup的欺诈证明

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• 对于一维RS码，需要原数据+一个错误编码的数据chunk

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• 最坏情况下，RS码的错误编码证明比原本的全副本模式还糟糕。

缩小错误编码证明

• 多维纠删码
• 需要存储的root过多

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• Code Merkle Tree
• 编码效率低

多项式承诺

• 纠删码基于多项式，若采样时绑定多项式，则无需错误编码证明
• 即不仅返回被采样的数据，同时证明该数据在多项式给定的点上。
• KZG commitment

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多项式承诺

Celestia

• Tendermint

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• 二维纠删码

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• 错误编码证明

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• Namespaced Merkle Tree

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• 网络层使用了IPFS的基础设施

Polygon Avail

• Substrate

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• 二维纠删码

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• KZG commitment

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• 网络层使用了IPFS的基础设施

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Danksharding

• Danksharding
• 一个超级builder，打包所有数据并分发，委员会节点采样。
• 每个validator被分到32个column，负责采样并存储。

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• Proto(type)-Danksharding-aka eip4844
• 一个blob 128Kib，最大16blob-2M，目标1M，类似eip1559。
• Blob数据存储在beacon chain上，其格式与ds兼容，未实施任何分片功能
• 保存约一个月后删除。
• 没有DAS，PBS。
• 预编译：blob verification precompile，point evaluation precompile.

可能的攻击

• 对于轻节点，51%攻击+日蚀攻击
• 轻节点通过采样来确保数据可用，但如果链的验证人合谋作恶，并在P2P层伪装海量节点包围该节点，该节点进行采样，但验证人仍有机会扣留数据。
• 节点矿池化：多个验证人节点复用一个采样，降低安全性

为什么Ar和Fil不是DA

• Ar
• Ar在数据上传时进行做种以期获得更高的复制率，可只发交易不上传数据。
• 故其数据存储状态是概率性的，难以获知数据是否已可靠存储。
• 结算层即便可以获取某笔交易打包进区块，也不能以大概率认定其可用
• P2P相关的攻击可能性在Ar上更为突出。
• Fil
• 数据存储由用户点对点发送给矿工，受邀存储的矿工可扣留数据。

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• 最后，Ar和Fil目前都是多副本冗余，难以建立采样机制。

开放问题

• 长期数据可用性
• Ar的SPoRA：计算PoW时，生成一段随机数据，并扫描已有的数据，找到某段数据包含该段随机数据，找不到就重试。
• Fil的时空证明：封印数据与节点绑定并生成封印证明，同时节点定时生成证明保证数据一直存储。
• DA 预言机
• 抗矿池化
• 抗P2P网络攻击
• DA层的价值捕获思考：在DA层上面运行的应用，如果市值远超该DA链，那么协议安全么？协议应为数据可用安全付出多少成本？固定还是市值占比？

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