区块链:一文读懂Layer2的数据可用性

原文作者：ZKCross

原文标题：《DataAvailabilityinLayer-2Blockchains》

原文编译：麟奇，链捕手

货币领域的人都可能好奇在这种情况下区块链数据可用性意味着什么。

术语“区块链中的数据可用性”是指许多区块链扩展方案面临的特定问题。它检查区块链节点如何生成新块，以及这些新块中包含的所有数据是否都广播到网络。困难在于，如果区块生产者不发布区块中包含的所有数据，则没有人能够发现该区块中是否隐藏了恶意交易。要充分了解数据可用性如何在区块链上工作，重要的是要了解区块链中的区块构成以及区块链节点的功能。

区块头是区块的元数据，包含区块的一些基本信息，例如交易的默克尔根。

交易部分的区块包含实际交易。

区块链网络中有两种类型的节点：全节点和轻客户端。区块链必须支持数据可用性，尤其是rollup和layer2链。

安全性、可扩展性和去中心化。

三难困境指的是人们普遍认为，在任何给定时刻，去中心化网络只能提供去中心化、安全性和可扩展性这三个好处中的两个。可扩展性、安全性和去中心化都是相互作用的。在交易达成之前，网络必须对其合法性达成一致。如果系统庞大，达成协议的过程可能需要一些时间。

数据：SmartMoney地址昨日再次买入约2300亿枚PEPE，今日买入39.8亿枚RFD:5月24日消息，据lookonchain数据显示，某Smart Money地址于15小时前再次将200ETH兑换为大约2300亿枚PEPE，今日于2小时前将165ETH兑换为约39.8亿枚RFD。lookonchain称，该地址2日内通过交易RDF已获利102ETH。[2023/5/24 15:22:50]

Vitalik之后将其普及。轻节点所做的仅仅是存储区块头和验证pow需求。他们依靠全节点来验证区块并在不正确的区块中提供欺诈证明。

在轻节点情况下，数据可用性攻击不是致命的。通常，矿工也会对完整的节点进行操作。如果一个区块不可用，他们会忽略它并同时挖矿。只要区块无法访问，任何诚实的矿工都不会在区块上进行构建。它最终会脱离最长的链。此时，轻节点会自动忽略这样的区块。当涉及二级区块链和分片时，这种攻击更加需要被重视。

关键区别在于，除了区块链之外，可能缺少大多数诚实的矿工/完整节点。因此，侧链中的参与者没有统一、系统的方法来决定是否将缺失的区块合并到他们的分布式账本中。

解决数据可用性攻击

在模块化区块链中，由于验证和数据可用性的脱钩，确保模块化区块链中数据可用性的单独方式至关重要。Rollups提供交易证明并在链下计算新状态，但仍需要在链上发布某些交易数据以防止数据可用性问题。ZK-rollups主要将三个关键数据位发布到主链：

ENS将允许用户使用MoonPay以法币购买.eth域名:4月20日消息，以太坊域名服务ENS与加密支付平台MoonPay达成合作，将允许用户使用MoonPay以法定货币购买.eth域名。（Blockworks）[2023/4/21 14:17:00]

新状态的加密承诺

密码学证明确定新状态是将有效交易应用于初始状态的结果。

以calldata的形式为批处理中的每一笔交易提供一小段数据

密码学证明的零知识特性确认交易和状态变化是合法的，但不提供有关交易本身的信息。完整的节点不再需要交易数据来验证交易并主动重新计算新的状态根。但是，假设没有足够的交易数据广播到主链。在这种情况下，L1上的节点无法检测到rollup的当前状态，这通常仅在特定情况下是必须的。

区块链的数据可用性层

区块链的数据层既用于区块链的数据结构，也用于物理存储。区块链账本是使用相互连接的区块列表或默克尔树所设计的，这些区块列表使用非对称加密方法进行加密。数据层由以下部分组成：

区块：区块是用于对交易分组进行分组并将它们分布在网络节点之间的数据结构。挖矿是生成区块的过程。每个区块都有一个区块头，它是能够验证区块合法性的元数据。

MerkelTree和交易：在区块链中，交易作为MerkelTree的一部分进行维护。MerkelTree通过生成完整交易集合的数字指纹来汇总块中的所有交易，允许用户确定是否包含某笔交易。每个叶子节点都有交易的数据，而每个非叶子节点都包含其先前哈希值的哈希值。MerkelTree是二进制，需要奇数个叶子节点。如果有奇数个交易，则将最终哈希复制一次，以生成偶数个叶子节点。

以太坊扩容项目Scroll将于1月9日执行Pre-Alpha网络重置:1月3日消息，以太坊扩容项目Scroll表示将于1月9日执行Pre-Alpha网络重置，提高Pre-Alpha测试网吞吐量。网络重置完成后，Scroll建议用户重置并从钱包中删除所有Scroll网络，然后再重新添加。[2023/1/3 22:22:55]

网络层：区块链使用分布式网络，允许任何人下载区块链上的所有信息并与之交互。点对点(P2P)网络跨节点分发/广播交易。区块链平台主要利用三种类型的网络：中心式、去中心式和分布式网络。

物理层：该层包括服务器、边缘节点和物联网(IoT)设备，它们作为区块链网络上的节点运行。这些通常通过点对点网络连接。节点可以是任何活跃的电子设备，例如计算机、电话或打印机，只要其连接到网络并具有IP地址。

虚拟层：位于硬件之上的虚拟层，用于将硬件和资源分配给虚拟机。

共识层：该层负责实施网络规则，这些规则指定网络内的节点应如何反应，以就广播交易建立共识。

激励层：该层参与分布式网络中节点努力为达成共识而获得激励的活动。这一层是否被使用由区块链协议使用的共识机制决定。

合约层：由服务和可选组件组成，使区块链平台能够与其他技术集成，例如数据馈送、智能合约、预言机、DAO和状态通道。

上海成立张江元宇宙创新发展联盟，张江元宇宙生态已涵盖2400家企业:7月30日消息，在日前举行的2022上海元宇宙峰会上，张江元宇宙创新发展联盟正式成立。首批成员包括百度、维智科技、达观数据、SAP、埃森哲、上海科技大学等20余家政、产、学、研、资各领域的专业机构和龙头企业。据了解，当前张江元宇宙生态涵盖科学城生命健康、集成电路、人工智能三大世界级产业集群，6大类、17个赛道、124个技术路线，2400家企业，包含几乎所有的张江科学城重点园区。张江元宇宙创新发展联盟旨在整合全产业资源，打造以提升元宇宙行业发展为核心，集研发生产、人才培养、创新应用、数字赋能、品牌推广于一体的合作平台。据悉，下一步，张江集团将在张江中区4.1平方公里建设数字孪生的张江科学城，元宇宙原生的张江科学会堂等，打造元宇宙的场景首发地，集成创新场，打造张江的未来之城。[2022/7/30 2:47:13]

API层：在区块链之上提供应用程序接口，并为第三方应用程序提供与账本和智能合约通信的机制。

应用层：这一层具有能够在区块链之上创建应用程序的特征。

Layer2解决方案旨在通过在应用层的链下方式提高可扩展性。

SegregatedWitness：具有协议增强功能，已部署用于防止交易延展性并提高区块容量。

中国独角兽公司数量全球第二:7月23日消息，据CB Insights数据统计显示，截至2022年2月，全球估值在10亿美元以上的独角兽公司总数超过1000家。独角兽数量排名前五依次为美国、中国、印度、英国和韩国。其中，中美两国独角兽数量占比高达70%以上。榜单显示，截至2022年4月，中国地区独角兽共356家、总估值高达9.4万亿人民币。[2022/7/23 2:33:10]

DAG：交易在一个DAG中连接，这意味着一个交易验证下一个交易。每个节点由许多交易级别组成。当一个交易在节点中注册时，它必须首先验证另外两个交易。这两个交易是使用数学过程选择的。然后，节点必须验证两个交易不冲突。为了验证交易，一个节点必须解决类似于比特币网络上的加密难题。

分片：一个区块链可以分片成多个链来提高吞吐量。每个分片都有自己的区块生产者，并且可以进行通信以交易代币。分片不是每个区块生产者处理每笔交易，而是将网络的处理能力划分为只处理特定交易的分片。因此，非分片区块链通常有一个或两个功能齐全的完整节点和一个或多个轻客户端。值得注意的是，分片旨在将网络资源分布在不同的节点上。

共识：共识层对区块链的存在至关重要。任何区块都依赖于共识层才能正常运行。这一层负责组织验证区块并确保其进度一致。

ZKRollups解决方案

当下有些以太坊Layer2解决方案，例如optimisticrollups、ZKrollups和Validiums。这些解决方案将执行操作转移到链下，同时可确保应用程序验证和数据在链上的可用性。虽然基于链下执行的架构提高了吞吐量，但它仍然受到主链可以处理的数据量限制。虽然执行是链下的，但验证或争议解决过程是必须在链上的。交易数据在以太坊上作为calldata提交，以确保数据可用于未来重建。这是极其重要的。

对于optimisticrollups，操作员可能会提交无效交易，然后压制部分区块。这种方式下，系统中的其他全节点将无法验证提交的主张是否正确。由于缺乏数据，他们将无法提供任何欺诈证明来表示主张确实无效。

在基于零知识的roll-ups的情况下，ZKP的完整性确保接受的交易是有效的。然而，即使存在这样的保证，不揭露支持交易的数据也会产生严重的负面影响。这可能导致其他验证者无法计算系统的当前状态，用户被排除在系统之外，并且他们的余额也是被冻结的。

为了提高吞吐量，将执行操作移到链下是有必要的，但也需要有一个可扩展的数据托管层来确保数据可用性。借助ZKcross类似的生态系统，使用零知识Rollup提供可靠的数据托管和排序组件。执行层将包含几个将要被合并的链下ZKRollups扩展解决方案。我们目前正使用ZKcross研发必要的技术，来实现这一点。

公链的信息具有公开访问的特性。依照数据可以有三个主要分类。

每个区块的规格

每笔交易非常详细

智能合约的调用和使用

链上数据提供有关区块链整体健康状况的信息：网络安全、财务完整性、透明度和利用率。该层的数据是原始且详细的，几乎不需要修改。任何区块链搜索引擎都可以访问它。它是网络上的基础“factsheet”，与所有市场参与者相关。

链下数据

对于比特币用户来说，链下和链上交易各有优缺点。可扩展性是区块链技术的一个限制，它可以通过链下解决方案来解决。链上交易的确认时间可能因网络拥堵情况而产生差异。链下交易是即时执行的，交易成本也更便宜，某些交易在被上链之前不会产生任何费用。链下交易的隐私也更强，因为交易的细节与主链分开并且没有被公开披露。

一些区块链工具，特别是智能合约，依靠基于区块链的触发器和真实世界的数据来验证条件和执行合约。例如，一个转让土地所有权的智能法律合约。购买房产所需的资金由智能合约托管，该合约需要验证现实世界的房产事实，类似于实际的契约转让。然而，如果区块链不能检索数据，如第三方已确认的契约转让，智能合约的标准如何能被满足以释放卖方的资金。对于链下数据；这些数据为智能合约提供真实世界的信息，以成功执行契约和买卖。随着区块链和加密货币的不断发展，链下解决方案有可能成为一个永久性的解决方案，但唯有时间才是检验其的唯一标准。

借助ZKCross等支持与多链ZKRollups和跨链层技术进行跨链互操作的协议，将增强链上和链下数据的可用性。ZKcross创建了一个无所不在的层充当跨链Layer2，ZKCross在多个区块链上保持对全局状态变化的跟踪和同步。通过验证计算和使用zk-snark证明进行多链rollup，其解决了跨链第三方的可靠性问题，以及数据可用性攻击的问题。

总结

我们正处于一个巨大范式转变的前夕，这将永久地改变比特币的生态系统。ZK-Rollups将以最有效的方式扩展以太坊。这个范式变化将是如此深刻，以至于它有效地标志着所有其他L1智能合约链的死亡，包括我们今天熟知的以太坊。有几个关于可扩展性的争论。数千小时的研究、实现、成功和失败都被用于创造ZK-Rollups。

当然，努力还远未结束。虽然前方道路曲折，但目标从未像现在这样明显。由于目前的单体区块链架构的效率仍然低得惊人，而且在受限的三元悖论下，增加吞吐量就意味着降低安全性和/或去中心化。特殊的模块化设计，将执行分为不同的执行层，如ZKrollups，将区块链行业的效率提高了100倍到10000倍。毫无疑问，这是将其扩展为全球普遍性和提高至数百万TPS的唯一方法。此外，预计在几年内，90%以上的区块链活动将会发生在zkRollups上，而不会对安全或去中心化产生明显影响。

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