為什么「數據可用性」對區塊鏈擴容來說至關重要？_ROLL:TROLLER價格

你可能聽說了，Ethereum的分片路線圖已經基本上取消了執行分片，如今只專注于數據分片，從而使Ethereum的數據空間吞吐量最大化。

你可能也看到了最近關于模塊化區塊鏈的討論，深入地研究了Rollup，了解了volitions與validiums，然后也聽說了「數據可用性解決方案」。

但是，在這個過程中你可能也會產生一個疑問：「到底什么是數據可用性？」。

在我們開始解釋這個問題之前，我們可以先來回顧一下大多數區塊鏈的工作原理。

交易、節點與惡名昭著的區塊鏈三難困境問題

當你遇到了一個新的OHM分叉，如果它有著高得驚人的年利率，那你肯定會毫不猶豫的按爆「質押」那個按鈕。但是，當你在上Metamask提交交易時會發生什么？

簡單來說，你的交易會進入到內存池當中，假設你給礦工或驗證者的賄賂足夠高，你的交易會被放入到下一個區塊中，并被添加到區塊鏈上供后人查閱。然后，這個包含著你交易的區塊會被發送到區塊鏈的節點網絡中。之后，全節點將下載這個新的區塊，執行并計算這個區塊中包含的每一筆交易，同時確保這些交易都是有效交易。比如，在你的交易中，這些全節點可能會驗證你是否有從其他人那里竊取資金，以及你是否有足夠的ETH來支付Gas費等等。因此，全節點的重要任務便是對礦工和驗證者執行區塊鏈的各項規則。

正是因為這一機制，傳統區塊鏈便出現了擴容的問題。由于全節點會檢查每筆交易以驗證它們是否遵循區塊鏈的規則，因此區塊鏈無法在不提高硬件水平的情況下每秒鐘處理更多的交易。但是，如果運行全節點的硬件要求提高了，那么全節點的數量就會變少，而去中心化的進程也會受到影響——如果能夠確保礦工/驗證者遵守規則的人少了的話，那情況就相當危險了。

工信部部長金壯龍：將加快人工智能、區塊鏈等新興數字產業發展:金色財經報道，工信部部長金壯龍在今日召開的第31屆中國國際信息通信展覽會上表示，工信部將加快5G行業虛擬專網建設，深入實施5G應用揚帆行動，進一步豐富拓展5G應用場景，深化工業互聯網融合，完善工業互聯網技術體系、標準體系、應用體系，打造一批5G工廠，大力推進制造業智能化、綠色化、融合化。同時，加快新興產業培育，搶占未來新優勢，持續增強移動通信、光通信等領域全產業鏈優勢，鞏固優勢產業領先地位，前瞻布局下一代互聯網等前沿領域，全面推進6G技術研發，營造良好發展環境，引導支持企業加大研發投入，加快人工智能、區塊鏈、云計算、網絡安全等新興數字產業發展。（21財經）[2023/6/4 21:14:38]

數據的可用性是我們不能同時擁有擴容、安全與去中心化的主要原因之一

這種機制也說明了在傳統單片式區塊鏈中保證數據可用性的重要性：區塊生產者必須公布并提供他們生產區塊的交易數據，以便全節點來檢查他們的工作。如果區塊生產者不提供這些數據的話，全節點就無法檢查他們的工作，而且也就無法確保他們有在遵守區塊鏈規則。

現在你應該理解了為什么數據可用性在傳統單片式區塊鏈中非常重要了，接下來讓我們來探討一下它在人見人愛的可擴展性解決方案——Rollup中扮演著怎樣的角色。

在Rollup背景下，數據可用性發揮著怎樣的重要性

Kriptolik：最大的BTC巨鯨錢包將14,412枚BTC轉移到一個新錢包:金色財經報道，加密分析師Kriptolik在社交媒體上稱，最大的BTC巨鯨錢包將14,412枚BTC轉移到一個新錢包，總價值約為3.87億美元。[2023/5/23 15:19:56]

讓我們先來重溫一下Rollup是如何解決可擴展性問題的：與其提高運行全節點的硬件要求，為什么我們不去減少全節點需要驗證有效性的交易數量？我們可以將交易的計算和執行工作從全節點交由給一個更強大的計算機來完成。

但這是否也意味著我們必須信任序列器？如果全節點的硬件要求要保持在較低水平，那么在檢查工作時，它們的速度肯定會慢于序列器。那么，我們如何確保這個序列器提出的新區塊是有效的呢。鑒于這個問題一直被反復提及，我相信你已經知道了這個問題的答案，但也請你繼續耐心讀完接下來的內容：

對于OptimisticRollup，我們可以靠欺詐證明來維持序列器的可靠性。但是，如果我們想讓其他人也能計算欺詐證明，那么他們便會需要序列器所執行的交易數據，以便提交欺詐證明。換句話說，序列器必須提供交易數據，否則沒人能保證OptimisticRollup序列器的可靠性。

有了ZKRollup，保證序列器的可靠性就變得簡單多了——序列器在執行一批交易時必須提交有效性證明，而這個有效性證明便可以保證序列器中不會出現無效或惡意交易。此外，任何人都可以輕易地驗證這些證明。但對于ZK-Rollup的序列器來說，數據可用性依然是舉足輕重，這是因為我們作為Rollup的用戶，如果想快速投資于Shitcoin的話，就需要知道我們在Rollup上有多少賬戶余額。但如果交易數據不可用的話，我們就無法知道我們的賬戶余額，也就無法再與Rollup進行互動。

芭比娃娃制造商Mattel與Boss Beauties聯手推出\"Boss Beauties x Barbie \"系列NFT:金色財經報道，芭比娃娃制造商 Mattel與由女性領導的Web3品牌Boss Beauties聯手推出\"Boss Beauties x Barbie \"的系列NFT，這個名為 \"Boss Beauties x Barbie \"的系列以Boss Beauties的標志性風格設計的NFT為特色，向芭比的250種職業致敬。第一批產品將包括藝術家、宇航員、CEO、醫生、獸醫、飛行員等等。（decrypt.co）[2023/5/11 14:56:23]

上文讓我們明白了，人們一直以來推崇Rollup的原因。鑒于全節點不一定要能跟上序列器的速度，那我們為什么不直接把它變成一臺功能強大的計算機？這一改變將讓序列器每秒執行大量的交易，從而降低了Gas費，并令所有人都感到滿意。但是，序列器還是需要提供交易數據，也就是說，即使序列器是一臺真正的超級計算機，它實際能計算的每秒交易數量仍將受到它所使用的底層數據可用性解決方案或數據可用性層的數據吞吐量的限制。

簡而言之，如果Rollup所使用的數據可用性解決方案或數據可用性層無法儲存Rollup序列器想要轉儲的數據量，那么序列器即使想處理更多的交易，也都無能為力了。與此同時，這也會讓Ethereum上的Gas費用升高。

這正是數據可用性之所以極其重要的原因——如果數據可用性得到了保證，我們就可以規范Rollup序列器的行為，而如果Rollup準備最大化其交易吞吐量，數據可用性解決方案或數據可用性層數據空間吞吐量的最大化也將變得至關重要。

方舟基金Cathie Wood稱危機可以創造機會，今年1月份ARK已經3次加持Coinbase:金色財經報道，方舟基金(Ark Investment)創始人兼首席執行官Cathie Wood表示，受到“擔憂之墻”困擾的股市“基本上忽略了”去年改變游戲規則的創新，其中包括區塊鏈技術和數字錢包。她強調，貨幣供應和大宗商品價格下降可能意味著通脹下降，甚至通縮。“對未來的恐懼是顯而易見的，但危機可以創造機會。”同時1月12日Cathie Wood創立的資產管理公司Ark Invest再次增持74792股Coinbase股票，價值約328萬美元。

對此，小牛精選特邀分析師梭哈君表示，從Cathie Wood目前行動看出，對目前加密市場持續看好，ARK 仍在加倉的路上，據統計1月份ARK 已經3次加持Coinbase。Cathie Wood曾經在彭博采訪中做出了更大膽的預測，稱比特幣在2030 年會觸及100 萬美元門檻。[2023/1/13 11:10:05]

但你可能已經意識到，我們尚未完全解決序列器能否正常運作的問題。如果Rollup主鏈全節點的計算速度不需要跟上序列器的話，序列器就可以扣留很大一部分的交易數據。問題在于，主鏈節點如何才能強制序列器將數據轉儲到數據可用性層之上？而如果節點不能做到這一點的話，我們就根本不會在可擴展性方面取得任何進展，因為這樣的話我們就不得不去信任序列器或自己出資購買超級計算機了。

上述問題也被稱為「數據可用性問題」。

「數據可用性問題」的解決方案

數據可用性問題最直接的解決方案是，強制全節點下載由序列器轉儲的所有數據到數據可用性層或解決方案上。但與此同時，我們也清楚這對我們并無幫助，因為這需要全節點跟上序列器的交易計算速度，并提高運行全節點的硬件要求，最終會阻礙去中心化的發展。

數據：5374枚BTC從Coinbase轉移至未知錢包:7月21日消息，據Whale Alert數據顯示，1小時前，3374枚BTC（價值77,512,543美元）從Coinbase轉移至未知錢包。5小時前，2000枚BTC（價值45,496,292美元）從Coinbase轉移至未知錢包。[2022/7/21 2:29:27]

因此很明顯，我們需要一個更好的解決方案來解決這個問題，而且幸運的是，我們碰巧就有一個。

數據可用性證明

每當序列器轉儲一個新的交易數據塊時，節點可以通過數據可用性證明來進行數據「采樣」，以確保這些數據確實是由序列器所提供的。

雖然數據可用性證明的工作原理涉及大量數學計算以及技術術語，但我還是會盡力向大家解釋清楚。

我們首先可以要求由序列器轉儲的交易數據塊進行擦除編碼處理，而這也就意味著原始數據的規模將變大一倍，之后新的以及額外的數據則被編碼為冗余數據。擦除數據編碼之后，我們便可以用任意50%擦除編碼的數據來恢復原始數據的全部內容。

擦除代碼技術和游戲《堡壘之夜》中能讓你在那次嚇到貓以后繼續欺負你那個討人厭的表弟和他的朋友，使用的是一個技術。

不過請注意，交易數據塊進行了擦除編碼處理以后，序列器要想做出不當行為必須扣留該區塊50%以上的數據。但如果該區塊沒有被擦除編碼的話，那么序列器只留存1%的數據就可以做出不當行為了。所以說，通過對數據進行擦除編碼處理，全節點就更能確保序列器能夠實現數據可用性了。

盡管如此，我們也想盡可能確保序列器能提供全部數據。在理想情況下，我們希望序列器能達到的可靠性與我們直接下載整個交易數據塊一樣高，而事實上，這是完全可以實現的：全節點可以隨機從該區塊下載一些數據。如果序列器行為不端，全節點將有小于50%的幾率被欺騙，即在序列器試圖扣留數據時隨機下載一部分數據。這是因為，如果序列器意圖行為不當、扣留數據，那么它們必須扣留大于50%擦除編碼的數據才行。

與此同時，這也就意味著，如果全節點可以兩次進行該操作的話，就可以大幅降低被欺騙的可能性。全節點通過隨機選擇另一塊數據進行第二次下載，就可以把被欺騙的概率降到25%以下。事實上，全節點第七次隨機下載數據時，其未能檢測到序列器扣留數據的幾率將小于1%。

這一過程被稱為使用數據可用性證明的抽樣，或者也可以直接稱為數據可用性抽樣。它的效率非常高，因為該抽樣可以讓節點在只下載序列器于主鏈上發布的一小部分數據的情況下，就可以保證其效果與下載并檢查整個區塊相一致。為了讓大家有一個更直觀的感受，你可以想象一下，如果你在小區散步10分鐘就能消耗和跑步10公里一同樣多的熱量，是不是就能感受到數據可用性抽樣的強大了。

如果主鏈全節點可以進行數據可用性采樣的話，我們就能確保Rollup序列器不出現錯誤行為。我們現在都應該感到高興，因為我們已經可以確信Rollup的確能夠擴展我們最喜愛的區塊鏈。但在你想退出這個網頁之前，是否還記得我們仍需要找到一種方法來擴展數據可用性本身？如果我們想讓世界上所有人都加入到區塊鏈當中，從而掙到更多的錢，那我們就需要建設Rollup；如果我們想用Rollup來擴展區塊鏈，那我們不僅需要限制序列器做出不當行為，而且我們還必須擴展數據空間的吞吐量，從而降低序列器轉儲交易數據的成本。

數據可用性證明也是擴展數據空間吞吐量的關鍵

近期，一個有著專注于擴展數據空間吞吐量路線圖的layer1便是Ethereum了。它希望通過數據分片來擴展數據空間的吞吐量，這也就意味著不是每個驗證器都會像目前的節點那樣繼續下載相同的交易數據。相反，Ethereum將從本質上把它的驗證器網絡分為不同的分區，該操作也被稱為「分片」。假設你有1000個驗證器，并且它們都用來存儲相同的數據，那么如果你把它們分成4組，每組250個驗證器，你一瞬間就將Rollup轉儲數據的空間增加了4倍。這看起來很簡單，對嗎？

Ethereum在其「近期」數據分片路線圖中正嘗試設置64個數據分片

然而，問題是，一個分片內的驗證器只能下載被轉儲到他們分片上的交易數據。而且這意味著一個分片內的驗證器不能保證序列器轉儲的全部數據都可用——它們只能保證轉儲到他們分片的數據是可用的，但不能保證其他分片的數據可用。

因為，我們可能會遇到這樣的情況：一個分片中的驗證器不能確定序列器是否發生了錯誤行為，因為他們不知道其他分片中發生了什么，而這一問題也可以用數據可用性抽樣來解決。如果你是一個分片中的驗證者，那么你就可以使用其他每一個分片中的數據可用性證明進行數據抽樣。這樣一來，你就相當于是每個分片的驗證者了，數據可用性也就因此得到了保證，而Ethereum也可以安全地進行數據分片了。

其他一些區塊鏈，也就是Celestia和PolygonAvail也想大規模擴展其數據空間吞吐量。與其他大多數區塊鏈不同的是，Celestia和PolygonAvail都只做兩件事：下單區塊與交易，以及成為數據可用性層。這意味著，為了保證Celestia與PolygonAvail驗證者的可靠，我們非常需要一個去中心化的節點網絡，以確保其驗證者有在正確存儲和訂購交易數據。但是，由于這些數據不需要做任何處理，你就并不需要使用全節點來保證他們的可靠性了。相反，能夠完成數據可用性采樣的輕節點將也可以完成全節點的工作，而如果有很多輕節點都可以用數據可用性證明進行采樣的話，就足以讓驗證者在保證數據可用性方面負起責任了。也就是說，只要有足夠的節點使用數據可用性證明進行數據可用性采樣，你就可以擴大區塊，提升驗證者的硬件要求，從而提高數據空間的吞吐量。

現在讓我們來回顧一下：數據可用性問題也許是區塊鏈三難困境的關鍵，對我們所有在擴展方面的努力都造成了影響。幸運的是，我們能夠利用數據可用性證明這一核心技術來解決數據可用性問題。這讓我們得以大規模擴展數據空間的吞吐量，降低了Rollup轉儲大量交易數據的成本，以便其處理足夠多的交易，從而讓全世界的人都能參與進來。此外，數據可用性證明也讓我們可以在無需信任Rollup序列器的情況下，就可以保證它的可靠性。希望這篇文章能讓你理解為什么要想充分發揮Rollup的全部潛力，數據可用性是如此的重要了。

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