ARE:解析 Celestia 与 DA

什么是DataAvailability

大家都知道，区块链技术的一个特点就是：存放在链上的数据是安全可靠的，不可篡改的。那数据可用性是指的什么呢？难道区块链的共识不能保证数据的安全了吗？显然不是，区块链数据的安全性，是大家都认可的，也是区块链一直持续发展的一个动力之一。那么DA层是什么，我们先来看看下面几种情况。

一个节点如果想验证某一笔交易或者某一个区块，这个节点需要下载所有的区块和交易数据。由于区块链的持续运行，区块和交易数据会持续增长，这个节点的成本也会越来越高。以至于越来越多的节点只能选择运行轻节点。这些轻节点，没有下载所有的交易数据，它们不能对交易和区块进行验证，只能相信它们选择的共识节点。因此，实际上这些轻节点是不知道获得的数据是否可用。

同时区块链网络为了提高效率，一直在尝试进行扩容。以太坊的L2就是以太坊的一种扩容方案，从而提高以太坊的吞吐量。但L1和L2在本质上还是两个网络，L1是不会参与L2的共识，也不会验证和执行L2的交易，同理L2也不会参与L1的共识，亦不会验证和执行L1的交易。但是在此时，L1与L2之间其实是有信任问题的，例如：Rollup要求将所有交易数据都记录到以太坊的交易中，那么Rollup的用户为了验证自己的交易是否存入以太坊，他还需要运行一个以太坊的全节点吗？

从目前区块链的工作机制当中我们可以知道，当一个节点不参与共识的时候，特别是没有存储所有交易数据的时候，对于它自己获得的数据是否有效它是无法验证的，这些节点目前都只能相信自己连接的共识节点不会自己，或者多连接几个共识节点，做一个小小的容错。

分析师：比特币现货交易量跌至2021年初以来的最低水平:金色财经报道，加密交易员 Mikybull Crypto 分析称，比特币现货交易量的7天平均值已降至2021年初以来的最低水平。比特币 IV 也处于年度最低水平。他认为，这表明即将到来的巨大波动将使 BTC 飙升至新水平。但分析师警告称，BTC价格回撤至25,000美元以上是“有可能的”，对于比特币多头来说，28,300美元是一个压力线。[2023/8/1 16:10:02]

因此DA层解决的问题是，在不参与共识、以及不用存储所有交易数据的情况下，依然能够对交易进行验证，从而证明这个交易是否可用。

Celestia

在上面先介绍了什么是DA，接下来，我们再来看看Celestia项目是打算如何来解决这个问题的。

Celestia项目围绕二维Reed-Solomon纠删码，设计了一套随机抽样来验证数据、以及恢复数据的方案从而确保数据可用。

当一个全节点发现轻节点收到有问题的数据时，会构建一个欺诈证明并发送给这个轻节点，轻节点收到欺诈证明之后，从网络中通过随机抽样的方式，获得需要的数据，来验证这个欺诈证明是否有效，从而能够明确的知道自己之前获得的数据是否可用。轻节点不需要信任给自己发送数据的节点，也不需要信任给自己发送欺诈证明的节点，这是因为轻节点是通过随机抽样的方式，来获取进行此次验证所需要的数据，因此安全性能是由整个网络来提供的。这样也使得DA层的安全等级，能够接近共识层的安全等级。

Cumberland和XBTO Group在芝商所执行首次ETH/BTC合约大宗交易:金色财经报道，交易公司Cumberland宣布和XBTO Group在芝商所(CME Group) 执行了首次ETH/BTC合约大宗交易，Cumberland指出，尽管加密货币市场的现货交易活动陷入低迷，但期货和期权市场的流动性正在随着新的流量和产品而趋于稳定。芝商所已经拥有多种加密货币衍生品，包括其旗舰比特币期货和期权产品。 新的ETH/BTC 合约将为交易者提供一种方式来表达对比特币与以太坊生态系统作为价值储存手段的价值的看法，XBTO Group是交易对手方，该合约允许机构市场参与者执行类似交易，而无需担心不受监管的交易所的托管或保证金问题。[2023/8/1 16:09:59]

接下来，我们来了解一下Celestia具体是如何工作的。由于Celestia项目还处于开发测试阶段，因此这里采用的都是现阶段的白皮书的介绍方案，可能会与实际的解决方案有出入。

准备

欺诈证明的验证，必须是高效的，并且不需要全部的交易数据，也不需要执行具体的交易，因此Celestia对于自己区块的数据，进行了一些扩展。

1.stateRoot

状态的稀疏默克尔树的根，这种默克尔树的叶节点，是一个key-value对。

定义了一种变量，状态见证(w)：是一些key-value对，以及他们在默克尔树中的证明，组成的集合：

Lido社区发起通过生态赠款计划向LEGO提供30万枚DAI用于Impact Staking:6月23日消息，Lido社区发起关于通过Lido Ecosystem Grants Organization（LEGO）向Launchnodes提供赠款用于LidoImpact Staking initiative的投票，提议将30万枚DAI赠款提供给Launchnodes，用于研究和实施负责任的质押计划的解决方案。该提案投票截止时间为6月30日02:00。Lido Impact Staking智能合约旨在使ETH质押者能够承诺对正在进行的项目进行奖励。受益者包括联合国儿童基金会、GiveDirect、Treedom等。

通过Lido进行Impact Staking预计将吸引个人、基金会和家族办公室。在该项目进行之前，Launchnodes将与国际税务专家合作，以确保其以节税的方式运营，还将确认合作伙伴组织符合KYC/KYB和AML要求。[2023/6/23 21:56:17]

定义了一个函数，rootTransition：可以通过状态根、交易、以及这些交易的状态见证，转换得到交易执行后的状态的根。也就是每个交易执行后的状态的默克尔根stateRoot`可以通过rootTransition(stateRoot,t,w)得到

Galaxy Digital联席总裁：今年应该加强收购后的管理:金色财经报道，Galaxy Digital 联席总裁 Chris Ferraro 表示，在去年年底进行了两次基础设施收购后，Galaxy Digital有剩余资金，但计划通过第一笔投资来解决问题。

Ferraro 在 JMP 证券技术会议上发言时表示，今年应该加强收购后的管理，整合它们，打好基础并进行建设。我们很幸运拥有多余的资本，即使在这一切之后也能资本化。我不会打折我们可能会在并购方面再次活跃起来，但如果我们做不到这些，我们就做不到正确的购买更多的公司。

去年 12 月，Galaxy Digital同意以约 6500 万美元的价格从 Argo Blockchain 手中收购 Helios 比特币挖矿设施及其相关业务，并于上个月完成了对安全机构数字资产托管平台 GK8 的几乎所有资产的收购，价格约为4400万美元。[2023/3/7 12:45:54]

2.dataRoot

将交易，以及这些交易执行的中间状态根，组合成一个固定大小与固定格式的shares。这些所有的交易的shares，按照二维RS纠删码，进行扩展，最后得到一个默克尔树的根，即dataRoot。

报告：今年三季度国内元宇宙投融资总额达228.4亿元，环比降低8.9%:10月11日消息，据新浪VR联合企查查联合发布的《2022年Q3国内元宇宙投融资报告》，2022年三季度，国内元宇宙投融资总额达到了228.4亿元人民币，投融资总额较二季度减少22.2亿元，环比降低8.9%；投资事件总数为339起，较二季度增加188起，环比增长125%。其中，三季度已披露融资额的企业中，融资过亿元人民币的事件有49起，在投融资事件总数中占比14.5%，融资总额196亿元，占融资总额超86%。

从赛道分布来看，国内元宇宙市场投融资涉及领域主要包括硬件、软件、基础设施、场景应用四大板块。其中硬件板块共发生270起投融资事件，占投融资事件总数的79.6%；硬件板投融资总额216亿元，占投融资总额的64%，硬件板块投融资数量和总额较二季度增长均超过10倍。

此外，报告称，国内元宇宙融资额前十名企业融资总额高达115.84亿元，占投融资总数的50.7%，国内投融资分布总体两级分化趋势显著，强者恒强局面初步形成。[2022/10/11 10:30:59]

具体步骤

将初始的交易数据，按照shares的大小与格式进行封装。

将shares放入一个k×k的矩阵，如果数量不够，则填充补齐。

然后应用RS纠删码，按照行和列进行3次补齐，最终得到一个2k?2k的矩阵。

对这个矩阵的每一行和每一列，都构建一个默克尔树，得到2?k个行根和2?k个列根。

最后将这4?k个根，组成一个默克尔树，得到根dataRoot。

shares

shares是Celestia项目定义的一个固定大小和格式的数据结构。主要内容是交易，以及执行这些交易的中间状态根。

由于没有具体规定多少交易，需要生成对应的中间状态根，项目方设定了一个Period变量，作为最大限制周期，这个限制可以是最大多少交易之内必须生成中间状态根，也可以是多少字节，或者多少GAS。

还定义了两个函数来帮助验证：

parseShares函数：输入shares，得到消息m，可以是中间状态根，也可能是交易。

parsePeriod函数：输入消息，得到前状态根，执行后状态根，以及交易列表。

固定256字节

0-80：开始的交易

81-170：包含的交易

171-190：中间状态根

191-256：下一批开始的交易

设定的格式举例

白皮书中，介绍了两种欺诈证明，下面将分别对此进行介绍：

3.状态转换无效的欺诈证明

这是一个针对stateRoot的一个欺诈证明。全节点利用dataRoot中的shares，来帮助轻节点验证收到的区块头中的stateRoot是否有效。

状态转换无效的欺诈证明的组成：

对应块的blockhash

相关的shares

这些shares在dataRoot对应的默克尔树中的默克尔证明

这些shares包含的交易的状态见证。

证明的验证：

验证blockhash，确定是对于哪个区块的欺诈证明。

验证证明中的每个shares的默克尔证明是否有效。

通过shares的两个解析函数，可以正确得到对应的交易列表，以及这批交易的执行前状态根和执行后状态根。并且如果执行前状态根为空，则第一个交易一定是块的第一笔交易；同时如果执行后状态根为空，则最后一笔交易一定也是块的最后一笔交易。

根据rootTransition函数，来验证得到的两个状态根。

4.错误生成扩展数据的欺诈证明

这是一个针对shares在网络传播时，当一个全节点从网络中收到shares恢复的数据，与自己的数据不匹配时，会向网络回应欺诈证明。

错误生成扩展数据的欺诈证明的组成：

错误的shares所在行或列的默克尔根。

这个行或列的默克尔根，在dataRoot对应的默克尔树中的默克尔证明。

这足够恢复这一行或列的shares。

每个shares在dataRoot对应的默克尔树中的默克尔证明。

证明的验证：

验证blockhash，确定是对于哪个区块的欺诈证明。

验证证明中行或列的默克尔根的默克尔证明是否有效。注：VerifyMerkleProof(行或列的默克尔根，行或列的默克尔根的默克尔证明，dataRoot，长度，位置索引)其中前面2个数据是证明携带的数据，后面3个是本地数据。

验证证明中每个shares的默克尔证明是否有效。注：VerifyShareMerkleProof（shares，shares的默克尔证明，dataRoot，长度，位置索引)其中dataRoot是本地数据，另外数据都是从证明中获得。

通过收到的shares，恢复这一行或列的所有数据，并验证其默克尔根是否等于自己之前收到的对应行或列的默克尔根。

数据可用性

通过2维RS纠删码，Celestia的轻节点通过随机抽样的方式，来获取区块数据，以及验证欺诈证明的相关数据。同时随机抽样的数据，并在网络中传播，当达到一定的数量时，也可以帮助网络恢复区块数据。下面介绍一下具体的工作流程：

轻节点从任意一个连接的全节点中获取一个新区块的块头，以及2k个行和2k个列的默克尔根。先用这些默克尔根与区块头中的dataRoot进行初步校验。如果错误则拒绝这个区块头。

在这个2k×2k的矩阵中，轻节点随机挑选一组不重复的坐标，将这些坐标发送给与自己相连的全节点们。

如果一个全节点拥有这些坐标所对应的所有数据，就会将这个坐标对应的shares，以及shares的行或列的默克尔证明，回应给轻节点。

轻节点对于每一个收到的shares，都会验证其默克尔证明是否有效。注：VerifyMerkleProof其中前面2个数据是证明携带的数据，后面3个是本地数据。

如果一个全节点没有回应某一个坐标的shares，轻节点则会将自己收到的对应的shares、以及它的默克尔证明发送给这个全节点，这个全节点也会将收到的数据转发给相连的其他全节点。

如果步骤4中的验证都没有问题，并且步骤2中抽样的坐标都有收到回应，同时在一个设定的时间段内没有收到关于这个区块的欺诈证明，则轻节点认为这个区块是数据可用的。

来源：金色财经

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