10 月 20 日，#Celestia 公布由 Bain Capital Crypto 和 Polychain Capital 领投，约 5500 万美元的最新融资。此轮融资使 Celestia 成为估值逾 10 亿美元独角兽，也再次推了市场对模块化区块链概念的关注热潮。
从概念起源开始，Dr.DODO 聊聊专注于数据可用性的模块化区块链和解决方案。
Threads：
1/概念起源
区块链的主要堆栈有数据可用层，共识层，结算层和交易执行层。单体区块链（monolithic）中，四层工作都在一个网络完成。网络的每个节点都需处理数据的验证到交易的执行。
交易量上升带来的数据累积下，单体区块链逐渐遇到瓶颈。为推动大规模采用，单体区块链向模块化推进成为了一种必然。
1.1/
实际操作过程上，以以太坊的最终扩容计划 - 分片（Sharding）为例，其初步实施是让分片出来的链执行数据可用。
由此可见，专注于做数据可用性的模块化区块链或方案值得关注。由于整体区块链架构的限制，数据可用性对于实现去中心化的可扩展性至关重要。
2/模块化区块链：定义，特点与优势
总体来说，一旦一个区块链网络把它的工作任务之一外包出去，就可以被称为模块化区块链，这可以是交易执行/结算，共识，或者数据可用。
我们以 Celestia 为例，展示模块化的特点与优势。
2.1/
Celestia 是第一个专注与模块化的区块链网络，其主网预计于 2023 年正式上线。
Celestia 是可插拔的共识和数据可用性层，它利用 Tendermint 共识协议，仅负责交易背后数据的排序和可用（availability）而不管交易的有效性（validity）。
2.2/
Celestia 具有以下特点：
1）去中心化：Celestia 上的共识层只专注于数据可用性，网络中的轻节点可利用数据可用采样的方法确认可用性；轻客户节点也可以直接在手机上运行，极大地降低了运行节点的门槛。
2.3/
2）扩容性：Celestia 把区块有效性问题简化为数据可用问题，即 Celestia 网络只需轻节点可以保证数据可用性。当越多的节点加入数据可用性采样，区块空间便呈线性增长。
3）安全性：Celestia 的安全性取决于轻节点。只要网络中存在足够的节点进行采样，那数据被隐藏可能越小，安全性便越高。
2.4/
此外，模块化区块链具有以下几点优势：
1）可插拔，灵活性：用户可基于 Celestia 部署自己的执行层，依靠 Celestia 的数据可用作为安全保障。Celestia 也对“执行层无感知”的状态开放了虚拟机的设计空间，即无须与 EVM 兼容，这赋予了如 LLVM, MoveVM, CosmWasm 等其他 VM 们展示和竞争机会。
2.5/
2）费用便宜：吞吐量增长情况下，Celestia 的验证费用呈下面右图次线性增长。
数据可用采样的工作原理只需要轻节点随机下载区块中的一小部分数据。即便随着数据量增大至无限，用来验证的数据并不会呈线性增长，因此费用相对便宜且有上限。
2.6/
3）主权性（sovereignty) ：硬分叉下网络的共识层发生了分歧，底层的安全性被稀释，网络需更多节点加入来维持原先的安全性。但基于 Celestia 搭建的 Rollup 可以自主决定节点的升级，代币的供应量，或定义自己的有效性准则。这样的主权行赋予 Rollups 极大的自由和实验空间。
3/解决扩容问题：数据可用的原理和重要性
区块链中，用部分数据还原全部数据的过程被称为数据可用性证明。
单体区块链的实现方式是将全部数据下载到全节点。此方式扩展性较差，对节点的要求也很高。
而模块化扩容解决方案将数据可用性跟共识和执行层分开，不要求对节点升级。这是最理想化的方案。
3.1/
具体实现中，区块提议者需发布每个区块的信息，节点(Validator) 根据可用数据还原交易信息，并验证。
但区块提议者只发布部分数据，其存在隐藏或篡改数据，对交易发起攻击的可能性。而这种攻击被称为 “data withholding attacks”。
3.2/
目前有以下 4 种方式来避免 “data withholding attacks”：
1）Data Availability Committees：Pure Validium 通过区块生产者将交易数据存储在链下，这在一定程度上集中化。 DAC 离线记录链下数据的副本，但需要在发生争议时使其可用。 DAC 成员还发布链上证明，以证明上述数据确实可用。
3.3/
2）Proof-of-stake data availability committees：任何人都能成为验证者，但必须提供“保证金”并存放在智能合约中。这一定程度解决了 DAC 中心化风险的问题。
3）Data Availability Sampling(DAS)：节点对小块多轮随机采样来验证数据可用性。此方式适用于轻客户端数据可用性和模块化 DA 方案。
3.4/
4）Data Availability Proofs: 将 DAS 与纠删码结合。纠删编码通过在数据本身上增加冗余数据来实现用更少的数据还原交易。由于要求区块提议者发布的数据更少了，那么如果区块提议者想实施攻击，就需要保留至少 50% 的区块数据，而未使用纠删码时只需保留 1% 便可实施攻击。
4/ 模块化解决方案
我们从验证方式、验证网络、DA type、扩容程度和 DA bandwidth 五个角度对比了 Celestia、Polygon Avail、zkPorter、Validium (StarkEX)、#Danksharding 这六个模块化解决方案。
具体内容可参考下图：
5/ Danksharding
Danksharding 是以太坊模块化解决方案。其使用了 DAS 来验证数据可用性， 以解决 Sharding 的单个分片验证者隐藏数据作恶问题。
此外，Danksharding 引入了合并市场费用的概念，唯一的区块提议者将处理所有的交易数据；并将区块建设者和提议者分离 (PBS)，避免提升节点要求问题。
5.1/
Proto-danksharding (EIP-4844) 是实现完整分片路线图的途径。其提出了一种新的交易类型 “Blob 携带交易” (Blob-carrying Transaction)。
Blob 的特点是相同数据大小下，比 calldata 便宜很多，且数据容量大于 calldata。不同于 EIP-4488，blob 不降低 gas 费用，但降低 layer2 协议交易费用。
6/Validium
Validium 是以以太坊为中心的 L2 扩容方案。Validium 实现数据可用性方案的项目是 StarkEX。
StarkEX 采用 zk-STARK 有效性证明的独立式定制化扩容解决方案。目前有 dYdX、Sorare、Immutable 和 Deversifi 四款产品。
StarkEX 的数据可用性有：zk-Rollup，Validium 和 Volition。
6.1/
Validium 作为链下的数据可用性方案，数据的安全性由数据可用委员会（DAC）的八个节点来维护。用户需权衡的是，虽然 Validium 使交易费用降低且拥有相对的隐私性，但用户首先需信任 DAC 成员。
此外，Validium 的操作者/数据可用性管理者可以不向用户披露来冻结用户资产。
6.2/
而 zkRollup 的解决方案不会发生冻结用户资金的问题，在 zkRollup 的安全性和状态性均由以太坊主网保证。用户可以向以太坊上的 zkRollup 合约提交申请来提取资产，但需支付相应的 gas 费用。
StarkEX 的第三种方案 Volition 中，用户可以自主选择把数据可用放在链下还是链上。
7/zkPorter
在 zkRollup 中，若用户想证明其在此账户拥有资产，用户可以自己提供一个 Merkle Path 并把状态的改变/最终状态广播至以太坊网络每个全节点。即使 zkRollup 的操作者作恶想隐藏某个数据，用户都可以直接从以太坊网络提取数据。此方案赋予了用户对数据可用的自主掌握权，但伴随了扩容瓶颈。
7.1/
而 zkPorter 是 zkRollup 的进阶扩容方案。区别是zkPorter account 的用户不会把状态改变作为 calldata 更新至以太坊主网上，而是发送至守护者组成的网络（下图右侧）。
此外，zkRollup 和 zkPorter 两种扩容方案的合约和账户可以无缝交互。用户体验上，zkPorter 账户交易费用减少了 100 倍。
8/Eigenlayer
Eigenlayer 是建立在以太坊 POS 基础上的再质押协议。通过将权益证明质押的 ETH、包含 ETH 的 LP 代币，或者包含 stETH 的 LP 代币进行二次质押，来运行节点验证服务。
Eigenlayer 不仅为其他协议的节点验证服务带来了统一标准，也提高了 ETH 质押者的收益。
8.1/
Datalayr 是建立在 Eigenlayer 之上的数据可用性协议中间件。Datalayr 使用 KZG 多项式承诺和纠删码，结合欺诈证明和强制披露为节点提供诚信保证。节点数量越多，可用吞吐量越多，验证也越便宜。
缺点是尚不知道能激励多少 ETH 质押者提供数据可用性服务；其扩展能力和安全性也难以保证。
9/Polygon Avail
Polygon Avail 采用 KZG 多项式承诺，数据可用性抽样(DAS)和纠删码，使得轻客户端也能作为数据可用性验证。
根据 Polygon 8 月 30 日发布数据，Avail 目前出块时间为 20 秒，单块可保存约 2 MB 数据。 假设平均事务为 250 字节，现在每个块可容纳约 8,400 个事务（420 个事务/秒）。
9.1/
Polygon 生态的扩容解决方案还有：
1) Polygon PoS：EVM 兼容的以太坊侧链；
2) Polygon Edge：提供可定制模块化框架；
3) Polygon Miden：基于 zk-STARK 的以太坊二层扩容解决方案，核心是 Miden VM；
4) Polygon Zero：使用 Polygon 开创的 Plonky2 零知识证明系统。
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