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SHA:解析 Celestia 与 DA

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时间:1900/1/1 0:00:00

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。

Numen发布微软漏洞解析,黑客可通过该漏洞获取Windows完全控制权:6月9日消息,安全机构 Numen Cyber Labs 发布微软 win32k 提权漏洞解析。Numen 表示,该漏洞系 win32k 提权漏洞,是微软 Windows 系统层面的漏洞。通过该漏洞,黑客可获取 Windows 的完全控制权。

Numen 指出,win32k 漏洞历史众所周知。但在最新的 windows11 预览版中,微软已经在尝试使用 Rust 重构该部分内核代码。未来该类型的漏洞在新系统可能被杜绝。

此前报道,5 月,微软发布的补丁更新解决了 38 个安全漏洞,其中包括一个零日漏洞。[2023/6/9 21:25:55]

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。

ENS将推出区块链原生的、可通过域名解析系统路由的顶级域名.box:6月7日消息,ENS开发者nick.eth发推称,ENS将推出区块链原生的、可通过域名解析系统路由的顶级域名.box。该域名系统中所有注册和转移都将在链上进行,NFT的所有者将同时拥有DNS和ENS域名。

据悉,.box域名可用于DID配置文件和钱包、去中心化的网站和消息传递、Web2网站和电子邮件、收藏与交易等。[2023/6/7 21:21:43]

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:

ENS开发负责人:以太坊已支持CCIP读取与ENS通配符解析解决方案:3月14日,ENS开发负责人Nick Johnson在推特上表示,以太坊已支持CCIP读取与ENS通配符解析解决方案。据悉,跨链互操作协议(CCIP)为ENS采用的跨链解决方案,旨在支持在二层网络上发行链上的域名。[2022/3/14 13:55:55]

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

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。

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。

BitDNS入选火种源计划,将为BitCherry生态应用提供域名解析服务:据官方消息,2021年4月14日,BitDNS成为首批加入BitCherry分布式商业生态的合作伙伴。BitDNS将为BitCherry链上应用提供分布式域名解析服务,实现一键去中心化,帮助企业和个人用户更加便捷、安全的参与数字资产交易,管理链上价值数据信息。BitCherry将携手BitDNS打造去中心化的网络生态系统,建立安全便捷的链上分布式商业生态体系。[2021/4/14 20:18:34]

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。

V神:预测市场的结果解析层和市场层正在分离:V神在推特表示,预测市场正在分离:结果解析层(如果发生某些事件,给1美元的代币,没有发生返回0代币)与市场层(如何交易这些代币)分离。[2020/9/26]

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。

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