Celestia のジェネシス エアドロップにより、データの可用性が再び注目されるようになりました。

Celestia Genesis エアドロップのプロモーション ポスター

Celestia は、2022 年に 5,500 万ドルと評価され、データの可用性に重点を置いた階層型ブロックチェーンです。これは、コンセンサスから実行を分離し、データ可用性サンプリング (データ可用性サンプリング) を導入することによって拡張され、検証コストを比較的安定させながら、より便利な潜在的なユーザー ニーズをサポートし、ユーザーにより良いパフォーマンスをもたらすことを期待しています。

データの可用性とは、特にテーブルを指しますか?一言で言えば、データの可用性は、ブロックのイニシエーターによって公開されたブロックのすべてのトランザクション データであり、トランザクション データのこの部分は他のネットワーク参加者に提供されます。この 100 年前の説明では、この曖昧な概念を理解できないかもしれませんが、以下ではこれについて詳細な分析を行い、パブリック チェーンの基礎となるテクノロジーをより深く理解するのに役立つ可能性があります。

データの可用性: すべてのノードがトランザクション記録をチェックおよび検証するための前提条件であり、オンチェーンのスケーラビリティを促進します。

イーサリアムのトランザクションはブロック単位で処理され、ブロックが連鎖して「ブロックチェーン」を形成します。各ブロックには 2 つの主要な部分があります: ブロック ヘッダー: これには、タイマー、ブロック ハッシュ、ブロック数などのブロックに関する一般情報 (メタデータ) が含まれます ブロック本体: ブロックの一部として処理される情報が含まれます 実際のトランザクション。新しいブロックを提案する場合、ブロックのプロデューサーはトランザクション データ (ブロック本体に含まれる) を含むブロック全体を公開する必要があります。その後、投票に参加しているノードはブロックのデータをダウンロードし、再実行してその有効性を確認できます。トランザクションを検証するためのノード トランザクションがない場合、投票提案者はブロックに悪意のあるトランザクションを挿入する可能性があります。

データの可用性は基本的に、新しいブロックが生成されたときに、そのブロック内のすべてのデータが実際にネットワークに公開されたことをノードが判断する方法です。データの可用性 (https://docs.celestia.org/concepts/data-availability-faq) はブロックチェーンのセキュリティの鍵であり、誰でも (特にライト クライアント) がトランザクション レコードを検査して検証できるようにします。さらに、分散型のスケーラビリティを実現するには、データの可用性が重要です。データの可用性と、ロールアップなどのレイヤー 2 スケーリング ソリューションは、イーサリアムのメイン実行レイヤーのトランザクションを処理することにより、ネットワーク スループットとレイテンシを拡張します。オフチェーン トランザクションは圧縮され、バッチでイーサリアムに公開されます - 何千ものトランザクションがオフチェーンで発生する可能性がありますが、イーサリアムは各バッチに関連付けられたコミットを処理するだけで済みます。これにより、ベース レイヤーのフットプリントが削減され、ユーザー コストが削減されます。より高速なトランザクションを確保します。ただし、イーサリアムがロールアップの安全性を確保するには、オフチェーントランザクションの正当性を検証するメカニズムが必要です。ここでデータの可用性が重要になります。

アクティブ アグリゲーションは、圧縮されたトランザクション データを通話データとしてイーサリアムに公開します。これにより、誰でもロールアップの状態を確認でき、トランザクションの有効性が保証されます。トランザクションが無効な場合、バリデーターは利用可能なトランザクション データを使用して、トランザクションに異議を唱えるためのプロトタイプの証明を構築できます。ゼロ知識 (ZK) 集計では、保証された状態遷移の正確性を証明するにはゼロ知識で十分であるため、トランザクション データの公開は必要ありません。ただし、ステータス データにアクセスせずに ZK ロールアップ (またはトランザクション) の機能を保証することはできません。たとえば、オペレーターがロールアップ ステータスに関する詳細を差し控えると、ユーザーは残高を知ることができません。さらに、新しく追加された更新ブロックに含まれる情報を使用して状態を実行することはできません。

CelestiaのDAS運用プロセスの模式図

ブロックチェーンが拡大するにつれて、データの可用性がますます問題となる。ブロックチェーンが大きくなるにつれて、通常のユーザー (ライト クライアント) がすべてのデータをダウンロードするのは現実的ではなくなり、ユーザーはチェーンを再検証できなくなります。可用性に関して、現在の全体的なソリューションは、データ可用性サンプリング (DAS) とデータ可用性委員会 (DAC) といういくつかのカテゴリに分類できます。これら 2 つのオプションを以下に紹介します。

データ可用性サンプリング (DAS): ランダムなブロックをダウンロードして、ブロックが公開されたことを確認します。

データ可用性サンプリングの技術により、一般ユーザーはデータの一部をダウンロードすることでデータが公開されているかどうかを確認でき、非常に大きなブロックの検証を補うことができます。 2018 年 9 月、Mustafa AI-Bassam (現 Celestia CEO) と Vitalik は、共著の論文でこの方法を初めて提案しました。この方法では、多次元エラー修正を使用してデータの可用性を確認します。ライト クライアントは、データの一部をランダムにダウンロードするだけで済み、これにより、すべてのデータ ブロックが利用可能であることが保証され、必要に応じてすべてのデータが再構築されます。

CD-ROM から衛星通信、QR コードに至るまでの情報技術で示唆されているイレイジャーコーディングと呼ばれる数学的プリミティブが使用されています。イレイジャー コーディングを使用すると、たとえばサイズ 1 MB のブロックを 2 MB に「拡大」できます。追加の 1 MB はイレイジャー コーディングと呼ばれる特別なデータです。ブロック内でバイトが失われた場合は、コードを使用して簡単に回復できます。最大1MBのブロックが失われた場合でも、ブロック全体を復元できます。このテクノロジ コンピュータは、CD-ROM に傷が付いている場合でも、CD-ROM 内のすべてのデータを読み取ります。これは、ブロックの 100% を利用可能にするために、ブロックのプロデューサーはその 50% に相当するものをネットワークに公開するだけでよいことを意味します。悪意のあるブロック作成者がブロックの 1% を予約したい場合、1% は 50% から回復できるため、ブロックの 50% を予約する必要があります。

この知識があれば、クライアントはブロックのどの部分も隠蔽されないようにいくつかの賢明な措置を講じることができます。彼らはブロックからいくつかのランダムなブロックをダウンロードしようとすることができ、それらのブロックのいずれかのダウンロードに失敗した場合（つまり、そのブロックが未公開ブロックの 50% を生成する悪意のあるブロックである場合）、そのブロックは利用できないものとして拒否されます。ランダム ブロックをダウンロードしようとすると、50% の確率でそのブロックが利用できないことが検出されます。 2 ブロック後は 75% の確率、3 ブロック後は 87.5% というように、7 ブロック後は 99% の確率になります。これは、クライアントがその一部をダウンロードするだけで済み、ブロック全体が公開されたかどうかを物理的に確認できる可能性が高いことを意味するため、非常に便利です。

つまり、テクノロジーによって検証に必要なデータが大幅に増加しても、拡張コストが増幅されるだけです。現在、レイヤー 2 チェーン上のデータ可用性は非常に高価であり、ロールアップ全体のコストの 80% ～ 95% を占めており、イーサリアムはこの問題を改善するために Danksharding などのデータ収集関連テクノロジーの導入を検討しています。

さらに、データをオフチェーンに置き、この問題を解決する主体としてブロックチェーン トラストを導入することもでき、その代表的なプロジェクトが Celestia です。 Celestia が行うことは、データ可用性レイヤーをより分散化することです。一連の検証ノード、ブロックプロデューサー、投票メカニズムを備えた「DA 固有」と同等のパブリックチェーンを提供して、信頼レベルを強化します。セキュリティの向上に加えて、データ可用性レイヤー自体がチェーンである場合、特定のロールアップまたは特定のチェーンにデータ可用性を提供するだけでなく、普遍的なソリューションとしても機能します。

Celestia による量子重力ブリッジ運用マップの Ethereum Rollup への適用

Celestia の Ethereum Rollup での量子重力ブリッジのアプリケーションを例として説明しましょう。 Celestia が提供するデータの可用性とは別に、イーサリアム メイン チェーンの L2 コントラクトは、通常どおり証明または不正証明を検証します。 Celestia チェーンにはスマート コントラクトがありません L2 オペレーターがトランザクション データを Celestia メイン チェーンに公開します Celestia 検証者が DA 認証のマークル ルートに署名します 同時にイーサリアム メイン チェーンに DA ブリッジ コントラクトが表示されます検証用に DA を実際に使用します。アテステーションのマークル ルートは、代わりにすべてのデータの可用性を証明します。イーサリアム メイン チェーン上の DA ブリッジ コントラクトは、このマークル ルートを検証して保存するだけで済み、ヘッダーが大幅に改善されました。

データ可用性委員会 (DAC): 少なくともステータスの更新ごとに署名することでデータの受信を確認します。

最も簡単な解決策は、集中管理されたデータ オペレーターがデータの可用性を確保する責任を負うことであり、ユーザーはオペレーターが悪事をしないと信頼する必要があります。低コストが利点ですが、実際にはセキュリティの保証はほとんどなく、ブロックチェーン制作者はデータオペレーターと共謀して無効なトランザクションを公開し、トランザクションデータを隠蔽することで概要の真実の状態を隠します。

StarkEx は、2020 年にデータ可用性委員会 (DAC) によって維持されるソリューションをさらに提案しました。データはオフチェーンに保存され、データの正確性はオンチェーンで証明され、信頼できるノードのグループで構成されるデータ可用性委員会によって署名されます。データ可用性委員会はオフチェーン データをオフラインで保存しますが、紛争が発生した場合にはそれを提供する必要があります。 DAC メンバーは、データが実際に利用可能であることを証明するオンチェーン証明書を発行することも求められます。 DAC メンバーは、法律分野でよく知られている個人または組織です。

zkPorter は、データ可用性を維持するためにデータ可用性委員会をガーディアン (トークン所有者) に置き換えることを提案しています。このシステムでは、誰でもバリデーターになってデータをオフチェーンに保存できますが、「デポジット」を提供する必要があり、悪意のある行為があった場合は、 、バリデーターがデータを保留している場合など、デポジットを減らすことができます。

これらのスキームを比較すると、2 番目のスキームは信頼の前提という点では最初のスキームと同じくらい優れていることがわかりますが、データ可用性委員会とブロック作成者が共謀してトランザクション データを隠蔽している可能性が依然としてあります。データ利用委員会は通常、規模が大きくないため、共謀のリスクが高まり、外部の関係者がグループを弱体化させる可能性が高まります。 3 番目のタイプは、公平性を促進するために経済的インセンティブと罰則を使用する従来の DAC スキームより安全ですが、バリデーター グループの動作は依然として同じであり、中央集権性が弱いです。

さらに、ユーザーがトランザクション データをオンチェーンまたはオフチェーンに保存することを選択できる Volition と呼ばれるソリューションがあります。 Volition は、すべてのトランザクションが同じステート ルートを共有し、コンセンサス コストを分散できるようにしながら、トランザクション側でデータ可用性ソリューションを提供するため、いくぶん革新的です。ただし、この解決策は上記の他の解決策よりも複雑であり、まだ実装されていません。

どちらのオプションにも独自の長所と短所があり、開発者は独自の特性に基づいてオプションを評価できます。

これら 2 つのオプションを比較すると、どちらにも独自の利点があることがわかります。 DAC と比較すると、DAS はより分散化されており、信頼レベルとセキュリティが優れていますが、それでもデータ検証に一定のコストが必要です。より集中化されたソリューションである DAC は安全性は劣りますが、運用コストが低いため、ブロックチェーン運用の効率が向上します。

現在、ほとんどの人は、独立したデータ可用性レイヤーがパブリック チェーンである場合、意識の高い人々のグループで構成される可用性委員会が存在すると信じています。なぜなら、委員会メンバーの秘密鍵が盗まれてオフチェーンデータが利用できなくなると、ユーザーの資金とデータの安全性が大きく脅かされるからである。 Celestia の COO である Nick 氏は、Celestia が現在行っていることは、データ可用性レイヤーをより一元化することであり、一連の検証ノード、ブロックプロデューサー、世論メカニズムを備えた独立したデータ可用性パブリックチェーンを提供し、それによってセキュリティレベルを向上させることであると指摘しました。 . .

DAC と DAS に関する彼の見解に関する質問に関して、ニックは次のように答えました。ブロックチェーンは実際には検証可能なコンピューターです。したがって、委員会など他の人を信頼する必要はありません。分散化の目的は、エンドユーザーがチェーンを検証できるようにすることで達成されます。したがって、DAC を使用する場合、定義上、委員会を信頼する必要があるため、データ可用性委員会は実際にはブロックチェーンではありません。対照的に、データ可用性サンプリングは、サンプルを採取することでチェーンを直接検証する方法です。したがって、検証可能性の観点から見ると、これは真のブロックチェーンです。 Celestia の検証者を信頼する必要はなく、自分自身で検証できます。たとえ彼らがあなたを騙そうとしたり、共謀しようとしたとしても、彼らはあなたを騙すことはできません。これは根本的な違いであり、非常に重要であり、認識する必要があります。

全体として、両方のテクノロジーには独自のアプリケーション シナリオがあり、積極的に開発が進められており、ブロックチェーン テクノロジーのスケーラビリティがさらに向上します。