Каковы различия между разными уровнями доступности данных? В этой статье мы рассмотрим преимущества и недостатки каждого подхода.

В последние годы уровень 2 начал набирать обороты и признание благодаря растущему вниманию к масштабированию выполнения. В то же время все больше и больше игроков сталкиваются с проблемами роста из-за ограниченного пространства блоков и высоких затрат. Они начали понимать, что для эффективного масштабирования блокчейна решающее значение имеет масштабируемый уровень доступности данных. Это также означает, что им нужен базовый технологический уровень, который был бы экономически эффективным и имел бы большее пространство блоков для поддержки различных типов объединений.

Avail и несколько других команд создают масштабируемые решения по обеспечению доступности данных с нуля, в то время как другие, такие как Ethereum, пытаются увеличить емкость существующих блокчейнов по обеспечению доступности данных. Независимо от выбранного подхода, факт остается фактом — базовый уровень, который разработчики выберут сегодня, определит их конкурентное преимущество в ближайшие годы.

Avail является частью быстрорастущей модульной экосистемы, целью которой является повышение доступности данных в блокчейнах. Помимо Avail, существуют и другие решения по обеспечению доступности данных (DA), такие как Celestia и EigenDA, которые работают над достижением той же цели. Различные решения используют разные стратегии и технические пути для достижения масштабируемости блокчейна. В качестве примера можно привести тот факт, что в настоящее время Ethereum внедряет технологию Proto-Danksharding, также известную как EIP-4844. Эта технология является шагом на пути к долгосрочной цели Ethereum — достижению полной технологии Danksharding.

В этой статье будут оценены сильные и слабые стороны каждого подхода. Мы рассмотрим различные варианты дизайна, чтобы предоставить вам полное представление. И помогите разработчикам найти наиболее подходящий им уровень DA.

Давайте начнем с обзора, а затем углубимся в каждую категорию:

Кибербезопасность

При рассмотрении базового уровня в первую очередь обращают внимание на безопасность и устойчивость сети. Ниже приведены ключевые факторы при оценке надежности вашей сети.

Механизм консенсуса

В механизмах консенсуса существует фундаментальная дилемма между жизнеспособностью и безопасностью. Живучесть гарантирует быструю обработку транзакций и сохранение работоспособности сети, а безопасность — точность и безопасность транзакций. Различные блокчейн-системы делают разные выборы, чтобы найти правильный баланс для своих уникальных вариантов использования.

Avail использует два механизма консенсуса, BABE и GRANDPA, из Polkadot SDK. BABE в основном используется для генерации блоков. Чтобы обеспечить жизнеспособность сети, она координирует свои действия с проверяющими узлами, чтобы определить, какой узел станет новым производителем блоков. GRANDPA в основном отвечает за окончательное подтверждение блока. Когда более двух третей валидаторов подтверждают, что цепочка содержит определенный блок, GRANDPA разрешает подтверждение всех предыдущих блоков вплоть до этого конкретного блока. Объединив эти два механизма, Avail формирует гибридный реестр, который повышает устойчивость сети, позволяя ей продолжать нормально работать в случае временных разделов сети или масштабных сбоев узлов.

Конструктивные решения Avail аналогичны Casper и LMD GHOST, используемым в Ethereum. LMD GHOST — это механизм производства блоков Ethereum, который, как и BABE, полагается на вероятностную окончательность, в то время как Casper FFG, как и GRANDPA, представляет собой механизм окончательности, который предоставляет гарантии окончательности.

Выбор Celestia в пользу использования Tendermint позволяет им финализировать блоки по мере их генерации. Однако недостаток такого варианта заключается в том, что если более трети операторов или валидаторов выйдут из строя, существует риск остановки цепочки. Также важно отметить, что окончательность блока не гарантирует доступности данных. Celestia использует дизайн, защищенный от мошенничества. В этой конструкции, даже если блок быстро достиг окончательности (то есть он был подтвержден и не будет изменен), пользователям все равно придется подождать, пока они не убедятся, что соответствующие данные доступны.

Комитеты по доступности данных (DAC) — это группа организаций или структур, отвечающих за обеспечение доступности данных или проверку доступности данных. Когда они подтверждают, что данные доступны, они используют специальную криптографическую подпись для обозначения этого подтверждения. Это означает, что когда большинство членов комитета соглашаются с тем, что определенные данные доступны, они используют специальную цифровую подпись для подтверждения этого факта.

EigenDA — это DAC, который не хранится напрямую в основной цепочке Ethereum, поэтому его называют «внецепочечным» DAC. Валидаторы в сети Ethereum имеют право присоединиться к EigenDA. Когда члены DAC подтверждают доступность определенных данных, они предоставляют доказательство или заявление на основе смарт-контракта. Это подтверждение показывает, что они проверили подлинность и целостность данных. В дополнение к этому, для обеспечения порядка или структуры данных члены DAC также полагаются на внешнюю независимую службу для сортировки или организации данных.

Децентрализация

При рассмотрении безопасности сети следует учитывать два ключевых фактора: общую сумму ставок и распределение этих ставок. Степень децентрализации, то есть насколько равномерно распределена сумма ставки, напрямую влияет на безопасность сети. Стоимость потенциальной атаки используется для оценки безопасности сети. Это связано с тем, что если сумма ставки равномерно распределена между большим количеством валидаторов, то злоумышленнику, желающему атаковать сеть, потребуется убедить большее количество узлов получить ту же сумму ставки.

Avail унаследовал Nominated Proof of Stake (NPoS) от Polkadot, что позволяет ему поддерживать до 1000 валидаторов. Поскольку NPoS использует последовательный метод Фрагмена, метод выборов с несколькими победителями, он обеспечивает эффективное распределение вознаграждения, что снижает риск централизации ставок.

Avail является уникальным решением среди всех решений по обеспечению доступности данных, поскольку он имеет возможность извлекать данные из своей P2P-сети легких клиентов, а не полагаться исключительно на полные узлы для извлечения данных при возникновении сетевых проблем или узких мест, как это делают другие системы. Эта функция отличает Avail от других существующих и будущих решений по обеспечению доступности данных. Благодаря этой функции Avail обеспечивает эффективный и надежный механизм резервного копирования, который гарантирует доступность данных даже в случае сбоя. Это дополнительно повышает стабильность и помехоустойчивость сети доступности данных Avail.

Celestia использует Tendermint в качестве своего протокола консенсуса с набором валидаторов, насчитывающим до нескольких сотен.

Хотя Ethereum как единый блокчейн является золотым стандартом безопасности с его более чем 900 000 узлов-валидаторов, это число не в полной мере отражает распределение сети.

Напротив, DAC обычно включает в себя лишь несколько узлов, отвечающих за подтверждение доступности данных блокчейна.

Важно отметить, что процесс повторного размещения не зависит от безопасности, обеспечиваемой Ethereum, его безопасность в первую очередь зависит от общего количества Ether, повторно размещаемого на платформе. То есть, само по себе повторное размещение не способствует повышению безопасности платформы напрямую, а просто использует часть существующего размещения, заблокированного на Ethereum.

EigenDA объединяет подписи со своих полных узлов. Однако заявления о проверке посредством смарт-контрактов не обеспечивают того же уровня гарантий доступности данных (DA), что и выборка доступности данных. EigenLayer применяет стратегию повторного размещения, которая использует средства или активы, заблокированные на Ethereum, для поддержки собственной сети. Некоторые критиковали этот подход, поскольку он потенциально может повторно использовать определенные валидаторы и перегружать механизм консенсуса.

Дополнительное потребление среды исполнения

За последнее десятилетие отдельные блокчейны с возможностями смарт-контрактов внедрили революционные инновации. Однако даже передовые технологии этой эпохи, такие как Ethereum, где доступность данных, исполнение и расчеты объединены в единое целое, имеют существенные ограничения масштабируемости. Эти ограничения привели к появлению технологий уровня 2, которые выводят выполнение за пределы блокчейна, и стимулировали разработку предложений по улучшению, таких как EIP-4844 (также известных как Proto-danksharding и Danksharding).

Священный смарт-контракт определяет состояние и действует как мост к накоплениям. При таком подходе Ethereum выступает в качестве авторитетного источника и стандарта для проверки точности сводок.

Avail отделяет выполнение и расчеты от базового уровня и позволяет накопителям публиковать данные непосредственно в Avail. Преимущество этого модульного подхода заключается в том, что накопительные пакеты, созданные на базе Avail, могут использовать легкую клиентскую сеть P2P Avail для легкой проверки своего состояния. Более того, если эта сеть используется для предоставления доказательства исполнения, накопительные пакеты могут обновляться самостоятельно, без необходимости полагаться на смарт-контракты или базовые уровни для определения своего состояния. Это обеспечивает большую гибкость и автономность накопителей. Этот новый подход предоставляет разработчикам базовый уровень, который можно расширять по мере необходимости, что дает им возможность перейти на любой поддерживаемый уровень для урегулирования.

Celestia применяет аналогичный подход к Avail. Единственное отличие состоит в том, что его легкий клиент пока не может поддерживать сеть в случае выхода из строя полного узла.

EigenDA также не имеет фиксированного слоя осадконакопления.

Потенциал развития

Помимо безопасности и устойчивости уровня доступности данных (DA), решающее значение для их успеха имеет способность удовлетворять возросший спрос на накопительные пакеты и блокчейны, созданные на его основе. Давайте рассмотрим некоторые ключевые факторы, которые следует учитывать.

Доказательство действительности

При обсуждении доказательств действительности крайне важно понимать компромиссы между доказательствами мошенничества и доказательствами действительности на уровне доступности данных. Обязательство KZG, используемое Avail, представляет собой доказательство действительности для обеспечения DA, которое снижает требования к памяти, полосе пропускания и хранилищу, а также обеспечивает простоту, то есть размер доказательства фиксирован и не зависит от полиномиальной сложности. Это делает KZG идеальным выбором для блокчейнов с нулевым разглашением, где важны эффективность, конфиденциальность и масштабируемость.

Кроме того, легкие клиенты Avail могут быстро получать доступ к данным и выполнять выборку, а также обеспечивать правильное кодирование блоков, предоставляя гарантии доступности данных при финализации новых блоков, в то время как для защиты от мошенничества необходимо дождаться окончания периода проверки. Сочетание обязательств KZG и легкого клиента Avail ускоряет процесс проверки в Avail, позволяя накопительным или суверенным цепочкам, созданным поверх него, использовать преимущества быстрого процесса проверки и обеспечивая масштабируемость и гибкость для проектирования блокчейна на долгие годы вперед. Такой подход к аутентификации является ключевым фактором, отличающим Avail от слоев DA, ​​таких как Celestia.

Celestia использует безопасную хеш-функцию, которая намного быстрее генерации обязательств KZG. Компромисс здесь заключается в том, что им приходится полагаться на доказательства мошенничества для подтверждения точности стирающего кодирования, что приводит к потенциальным задержкам в обеспечении гарантий доступности данных.

Легкие узлы Celestia не могут однозначно подтвердить, доступны ли данные или имеются ли доказательства мошенничества, которые еще не получены. Другими словами, использование доказательств мошенничества снижает способность легких узлов сети однозначно подтверждать доступность данных после выборки, поскольку часть оптимистической проверки требует необходимого периода проверки.

EigenDA будет использовать обязательства KZG и загружать только небольшие объемы данных, а не полные блоки, а также применять доказательства действительности. Их подход заключается в использовании стирающего кодирования для разделения данных на более мелкие фрагменты и в том, чтобы операторы загружали и сохраняли только фрагмент, составляющий часть полного размера блока данных.

Что касается Ethereum, то, хотя текущая версия не использует доказательства действительности, EIP-4844 и полный Danksharding будут использовать доказательства действительности после их внедрения.

Расширенные возможности

Распространение L2 обусловлено ограничениями Ethereum, такими как дорогостоящие и медленные транзакции. Они стали исполнительным слоем Ethereum, что привело к увеличению спроса на пространство блоков. В настоящее время стоимость размещения данных в Ethereum оценивается в 70–90 % от общей стоимости накоплений. Это создает дополнительные затраты для валидаторов и приложений, разработанных на базе Ethereum.

Базовые слои, такие как Avail и Celestia, призваны решить эту проблему. Они оптимизированы для обеспечения доступности данных и обладают возможностью динамического масштабирования размера блока по мере увеличения спроса. Объединяя легкие клиенты и выборку данных о доступности (DAS), они получают преимущество в виде масштабирования размеров блоков доступности данных по мере увеличения нагрузки на их сеть. Это означает, что по мере увеличения пространства блоков приложения, построенные на его основе, остаются незатронутыми, поскольку легкие клиенты в этих сетях могут выполнять DAS без загрузки целых блоков. Эта уникальная возможность отличает их от отдельных блокчейнов.

По состоянию на сентябрь 2023 года Ethereum имеет крупнейшее сообщество и рыночную капитализацию в 191 миллиард долларов. Хотя протоколы, созданные на базе Ethereum, обеспечивают экономию за счет масштаба, в последние несколько лет они также сталкиваются с высокими транзакционными издержками из-за ограниченного пространства блоков. На фоне роста числа накопителей и количество пользователей, и объемы транзакций достигли пика, и накопители стали лучшим вариантом для исполнения. По мере того, как технология блокчейн становится все более распространенной, спрос на пространство блоков будет только расти.

Хотя DAC могут масштабироваться благодаря простому централизованному подходу, некоторые объединения используют DAC в качестве временной меры, пока не будет разработано децентрализованное решение DA.

Выборка доступности данных

И Avail, и Celestia поддерживают легкие клиенты с функцией выборки доступности данных (DAS), что позволяет легким клиентам обеспечивать минимальную надежность. Как упоминалось ранее, основное отличие заключается в том, как выполняется проверка и как сеть P2P легкого клиента Avail может заменить полные узлы для поддержки сети в случае сбоя или возникновения узких мест.

Напротив, Ethereum после EIP-4844 не будет оснащен DAS. Это означает, что его легкие клиенты не будут иметь этой усовершенствованной функции безопасности с минимальным уровнем доверия. Идя на шаг дальше, решение DA от Ethereum включает в себя среду смарт-контрактов. При полном danksharding будет реализована технология DAS для расширения пространства BLOB-объектов, что, как ожидается, станет возможным в ближайшие несколько лет.

Безопасность EigenDA основана на доверии небольшому количеству полных узлов или других сущностей, поскольку в нем отсутствует выборка доступности данных (DAS). Целостность протокола зависит от честности подавляющего большинства членов комитета и наличия копии данных хотя бы у одного другого субъекта, что аналогично оптимистичной конструкции. Хотя подход с двойным кворумом повышает безопасность по сравнению с подходом с одним кворумом, он все еще не достигает идеала независимой проверки с помощью DAS.

расходы

Ethereum — самое дорогое решение по сравнению с перегрузками и спросом. Даже с EIP-4844 Ethereum все равно будет дорогим, поскольку он обеспечивает лишь единовременное увеличение пространства блока. DAC являются самыми дешевыми, но это достигается за счет более централизованного подхода.

Благодаря отсутствию уровня исполнения Avail и Celestia смогут поддерживать низкие затраты. Они также могут легко увеличить пространство блока, чего Ethereum сегодня не может сделать без DAS.

Что касается EigenDA, то компания заявила, что внедрит гибкую модель затрат с переменными и фиксированными сборами, однако ее фактические расходы пока не объявлены.

Основные моменты производительности

Теперь, когда мы рассмотрели потенциал роста, давайте взглянем на производительность этих блокчейнов.

Время блока

В таблице выше указаны сроки выполнения каждого необходимого строительного блока.

Измерение производительности блокчейна исключительно по времени, необходимому для создания блока, является одномерной метрикой, поскольку она охватывает только один аспект процесса — от подтверждения блока до завершения проверки. Даже при наличии механизма консенсуса, обеспечивающего мгновенную окончательность, проверка DA может занять время при использовании подходов, основанных на доказательстве мошенничества.

Ethereum использует Casper для финализации блока каждые 64–95 слотов, что означает, что финализация блоков Ethereum составляет около 12–15 минут.

EigenLayer — это не блокчейн, а набор смарт-контрактов, работающих на Ethereum. Это означает, что он наследует ту же детерминированную синхронизацию, что и Ethereum. Таким образом, если пользователь отправляет транзакцию в накопительный пакет, накопительный пакет должен будет переслать данные транзакции в EigenLayer, чтобы подтвердить, что данные доступны. Однако транзакции считаются завершенными только после завершения блока Ethereum, что может привести к задержкам, даже если объединение блоков приняло транзакцию. Были обсуждены способы обойти эту проблему путем предоставления более быстрых гарантий DA и криптоэкономических мер.

Пространство блока

Поскольку накопительные пакеты становятся уровнем исполнения будущего, спрос на блочное пространство будет только расти. Уровни DA, такие как Avail и Celestia, смогут удовлетворить спрос благодаря своей модульной конструкции, в то время как рост блочного пространства Ethereum будет ограничен. Тестовая сеть Kate компании Avail настроена на размер блока 2 МБ, который реплицируется и кодируется стиранием до 4 МБ. Avail уникален своей способностью увеличивать размер блока, используя эффективные методы проверки на стороне клиента. С помощью внутренних тестов компания Avail без труда протестировала блоки размером до 128 МБ.

Celestia также может увеличивать размер блока по мере роста спроса на пространство для блока благодаря DAS.

EigenDA будет масштабировать пропускную способность за счет разделения DA и консенсуса, стирающего кодирования и прямой одноадресной передачи. Однако это достигается за счет того, что созданные поверх них накопители не наследуют устойчивость к цензуре базового слоя.

Подвести итог

Выбор прочного базового слоя для дальнейшего строительства может оказаться непростой задачей. Мы надеемся, что эта статья поможет читателям лучше понять плюсы и минусы различных вариантов дизайна и выбрать подходящий именно вам слой DA.

Чтобы оставаться в курсе событий, следите за нами в Twitter и подписывайтесь на нашу рассылку. Если какие-либо пункты, упомянутые в этой статье, требуют дополнительных разъяснений, не стесняйтесь обращаться к команде на форуме Avail.