PSE Trading：模块区块链新叙事——DA层群雄逐鹿

原文作者：@cryptohawk，PSE Trading Analyst

1. 模块化区块链中必不可缺的一环

历史主流区块链架构为非分层结构，即计算/结算/共识/数据可用性四部分核心功能由同一批节点来执行。分层结构的区块链则相反，节点只需要专注于计算/结算/共识/数据可用性四部分核心功能中的一部分，从而降低节点硬件门槛，进而实现扩容。

区块链的四大核心功能模块定义：

在以太坊为核心的Ethereum Rollups生态如火如荼发展的当下，L2的gasfee相比L1已能够节约近90%，却依旧不够低，距离未来设想的接入数亿C端用户的目标还存在距离。

根据23.7 ETHCommunity Conference上Avail创始人的演讲，目前Rollups近70%的成本在于以太坊L1上发布tx数据&证明数据。模块化区块链的下一步几乎可预见的是，ETHL1和众多专用DA层在数据可用性层面的竞争将大幅降低新rollups的进入门槛，不牺牲安全性和去中心化的情况下进一步增强区块链的可扩展性&降低交互成本。

2 DA层最新发展情况

2.1 DA层技术路径

关于如何保障数据的可用性，DA层采用了许多技术创新，一些技术方向得到了DA层的共识，比如在确保完整数据可被获得/恢复：

（1）纠删码

为了防止DA节点丢失数据片段，纠删码技术将原始数据从 N 个元素扩展为 M 个元素 (M > N)，只要从扩展数据的 M 个元素中获得任何N 个独特元素，就能够重建完整的扩展数据。

DA层以区块内tx/blob作为最小元素，EigenDA&Espreeso采用一维Reed-Solomon编码方案，Celestia&ETH Darksharding采用二维Reed-Solomon编码方案。

（2）数据可用性抽样

数据可用性抽样机制建立在纠删码的基础上，即不需要节点下载完整区块数据，通过足量节点（甚至是轻节点）向区块构建者随机采样一定数量的数据块，即可保证最差情况下完整区块可被恢复。

当然，在另外一些技术方向上，比如如何证明原始数据已被正确地编码扩展，不同DA层采用的方案存在差异：

（1）欺诈证明模式

代表项目：Celestia

通过轻节点采样到足够的独特数据块并广播至全节点，诚实的全节点便能够执行编码恢复完整区块，并重新计算DataMerkleRoot与区块构建者发布的Root进行对比验证。倘若验证不通过，即证明原始数据未被正确地编码扩展，全节点将向轻节点&全节点广播欺诈证明。

优势：博弈论激励机制落地的技术障碍更小；

劣势：需要满足最小诚实假设。

（2）KZG承诺模式

代表项目：EigenDA、Espresso、Avail、ETHDarksharding

KZG承诺是一种多项式承诺证明，根据DA层的tx数据规范，将所有原始数据和扩展数据映射到X,Y 网格上，如下图中的8个元素(d0,x0),(d1,x1)…(e0,x4),(e1,x5)…，然后通过拉格朗日插值找到贯穿它们的最小阶多项式，Prover需要对此多项式f(x)配合一个秘密的可信设置做出承诺C(f)。

随后，Prover将针对群元素根据产生一个固定48字节大小的证明Π，配合C(f)即可使verifier针对每个元素验证其y=f(x)是否成立，倘若所有原始数据和扩展数据的元素点均处于相同的多项式上，就能够证明原始数据已被正确地编码扩展。

优势：验证证明速度快；

劣势：需要提前进行可信设置&不抗量子计算。

（3）DA委员会多签模式（Data Availability Committee）

代表项目：ArbitrumNova

此模式下，区块链依赖一个外部的DA委员会来存储tx数据，并承诺根据B端/C端用户需求提供数据。所谓DA承诺，即委员会成员对某个tx数据区块的Hash&DA到期时间进行满足一定数量阈值的BLS签名即可。

优势：成本极低；

劣势：数据可用性还依赖于匹配的诚实激励模式+作恶惩罚模式+DAO治理模式，可靠性低于欺诈证明&KZG承诺证明，因此适用于价值较低的非金融应用的交互tx数据存储。

2.2模块分工方案

针对区块链不同模块在具体项目之间如何分工，市面上也存在诸多设计方案，下面列举了Celestium、Celestia Sovereign Rollup、EigenRollup、EspressoRollup、EthereumRollup六种主流设计框架。

抛出几个核心观点：

（1）统一结算层能够使众多Rollup享受跨链安全性&聚合流动性。

相比起L1之间通过中继信任层进行跨链，Rollup之间通过统一结算层，可实时在结算层共享彼此之间的全局状态，进行代币&信息跨链的安全性更高。

下面笔者列举了两个第三方跨链桥方案：

• 通过Rollups其下官方跨链桥合约&SDK实现无需更大信任假设的跨链；

• 通过第三方流动性池实现更快速更低成本的跨链。

（2）tx排序权不应该由DA层承担。

近期Celestia研究员NashQ提出多种Rollup变体模块，其中将tx排序权主要分配给聚合器/DA层。笔者认为，如今有关mev民主化分配的讨论越来越受到重视，以PBS为代表的机制能够将mev价值在套利者&节点/排序器之间合理分配，将大概率被头部Rollup采用。而DA层在共识机制和网络架构的设计更应该专注于数据可用性的保障上，倘若加入tx排序相关的额外mev分配机制，或将对网络架构的技术要求提出不必要的挑战。

（3）未来十年内Ethereum依旧是大多数Rollup共识层&结算层的最佳选项。

在模块化区块链框架下，大多数区块链用户（甚至从业者）不太关心共识层所提供的安全性&区块终结性究竟如何，而笔者认为共识层是区块链模块中的最重要一环，即使是在2023年也出现过PolygonPOS链的异常区块回滚事件，使得Cex&跨链协议针对PolygonPOS链的区块确认时间大幅延长，产生了不利的深远影响。因此，笔者判断未来十年内Ethereum作为智能合约公链的共识层龙头（九一开）难以动摇，也是Rollup共识层的最佳选项。而结算层作为Rollup区块&全局状态结算确认的关键模块，与共识层统一是最好的选择。

3 主流DA层项目简介

3.1 Celestia

Celestia作为首个提供DA层的解决方案，其网络架构分为共识层和数据可用性层。

（1）共识层：Celestia在很大程度上借鉴了 Cosmos 的架构，构建了一条名为Celestia APP的POS链作为共识层，其下Celestia-core将Tendermint的修改版本作为共识算法，节点仍使用Tendermint p2p网络规则，并通过ABCI++连接到应用层（即状态机）执行PoS逻辑并进行治理。

（2）数据可用性层：Celestia通过数据可用性采样（DAS）技术，允许轻节点无需下载完整的区块，仅下载包含区块数据Merkle root的区块头就能够生成接近全节点的安全属性。

具体来看，在每一轮DAS中，Celestia 轻节点会对每个区块进行纠删码编码后的 2k × 2k 数据块进行采样。每个轻节点在扩展矩阵中随机选择一组坐标，并在全节点中查询数据块以及这些坐标处相应的 Merkle 证明。

假设全节点在广播包含1000笔tx的区块时隐藏了tx，要求轻节点通过采样检验对所有区块数据可用（即未检验到错误/丢失无法足以恢复完整区块的数据块）的假设达到99.9999%的置信概率，倘若针对1000个原始数据块简单采样&恶意全节点隐藏了1笔tx，则需要约1.38万次采样才能达到，还不如直接下载完整区块；而倘若针对400万个扩展数据块作抽样&恶意全节点隐藏了超过100万个数据块，仅需48次采样即可，效率相差约288倍。

DAS能够实现什么：

1.少量采样即可发现全节点广播的区块是否隐藏超过25%的区块数据；

2.采样获得75%的数据即可保证能恢复完整的区块数据。

DAS不能实现什么：

1.倘若区块生产者隐藏了超过25%的数据，就有可能无法恢复完整的区块数据；

2.倘若没有足够的轻节点进行采样，就有可能无法采样到足够的不重复数据块以重建整个区块。

深度研报见:https://www.notion.so/web3-research/Celestia-27c77558cd5145c1ae3d7c8ab0d2084b

3.2 EigenDA

EigenDA作为EigenLayer官方自己开发的第一条AVS网络，属于EigenLayer的“亲儿子”，定位于以太坊安全性子集的DA层，并主推结算层由执行层兼任的主权区块链方案。

创始人 Sreeram Kannan在DA上对Coded Merkle Tree、Scalable Data Availability Oracle、DispersedLedger等技术进行了创新性的研究，目前采用区块数据2倍冗余一维纠删码+KZG承诺+Authenticated Coded Dispersal (ACeD)单节点存储1/n数据块（网络节点数量n）的技术框架，希望在DA效率和节点宽带上大大实现超过ETH最终DA方案Danksharding。

深度研报见:https://www.notion.so/web3-research/EigenLayer-8424bc53c2714fec99c68d9324787e6a

3.3 Espresso

Espresso Sequencer网络选择在相同节点集下以模块化方式分离DA层和共识层，DA层负责筛选&排序tx+保证数据可用性，共识层仅负责就数据集的简短承诺达成一致。另外，DA层和共识层还将通过如EigenLayer的重质押层来租用/共享ETH的安全性。

优点：

（1）灵活性：乐观条件下通过CDN&小型DA委员会可大幅提高网络的数据传输能力&区块确认速度，悲观条件下网络也能够及时转向P2P协议&DA基础层保证安全性；

缺点：

（1）架构冗余：Espresso Sequencer共识层完全没必要与DA层分离；

（2）网络安全性几乎等同于EigenLayer在Espresso Sequencer网络的重质押ETH数量，与EigenDA同赛道竞争格局下存在EigenLayer资源倾向亲儿子的风险；

（3）MEV捕获能力&交易审查权完全集中在Tiramisu即Espresso DA层，未来需要接入如PBS方案进行优化。

深度研报见:https://www.notion.so/web3-research/Espresso-Systems-8883e47a65dc485cb823090d32206ebd

3.4 ETH Proto-Darksharding

在Vitalik于22.11.5展示的以太坊未来路线图中，清楚地展示了继The Merge：POW转POS阶段后，以太坊下一阶段的重点目标就是通过EIP4844为Rollups实现交易性能的进一步提升，而整个以太坊的定位为DA&共识&结算层，单独只将执行层赋予Rollups。

EIP4844预计将在年底的坎昆升级中上线，该EIP引入了一种新的transaction type，即blob-carrying transaction，Rollup上传的tx数据能够通过blob的形式在ETH Layer 1上作非永久存储。单blob大小为128KB，每个block理想状态包含8个blob，大小约为1MB，最多包含16个blob，大小约为2MB，相比目前ETH的平均区块大小90KB进行了极大的专项扩容。为防止ETH节点存储状态爆炸，计划对一段时间窗口以外的blob（具体的时间窗口未定，可能为2周或1个月）进行自动删除，因此可以将blob看成一种缓存。

尽管Vitalik设想的未来终局只有状态根存储在以太坊链上，详细的交易数据存储在专用的DA层上，但近在咫尺的短期折衷解决方案EIP4844将会指向ETH链与专用DA层的直接业务竞争，专用DA层除了打“数据存储费用更低”的牌之外，能否探索出更广阔的商业模式，构建出更好的DAPP生态，将会是成功与否的关键。

4结论

在过去一轮周期内，整个泛数据存储赛道在资本泡沫的堆积和对开发者的吸引力上并不占优势，或源于用户对中心化数据存储&托管风险并不敏感，去中心化存储的需求暂时被证伪。而DA层作为模块化区块链中不可或缺的一个模块，定位于最有价值的执行层交易tx数据的存储，并以更低的成本保证数据的可用性（公开访问无准入&抗审查）&完整性&正确性&隐私性，将会是更有商业需求的一种叙事。

中短期来看，DA层赛道将出现群雄割据的局面。

（1）EthereumRollup在坎昆升级后受益于EIP4844带来的blob数据存储成本下降，或将继续保持ETHL1在DA模块的市场竞争力；

（2）看好以ETHL1作为结算层的DA层解决方案（如Celestium），通过使执行层共享跨链安全性/流动性，给执行层之间带来更好的“乐高积木”互操作性，有利于生态发展的良性循环；

（3）看好依托EigenLayer重质押协议的DA层解决方案（如EigenDA、Espresso）,既能获得tx数据存储成本的降低，又能共享部分ETHL1安全性；

（4）拥有良好激励分配机制（如PBS）的共享排序器方案将受到头部Rollup执行层的采用，tx筛选/排序权不应该赋予DA层，DA层应专心做好数据可用的任务。

参考资料：

1.https://docs.celestia.org/

2.'Unpacking Celestia'，from Analyst DAO

3.'Pay Attention To Celestia', by Can Gurel, from Delphi Digital

4.'State of Modular Blockchains', by Roy Lu

5.'Fraud and Data Availability Proofs: Maximising Light Client Security and Scaling Blockchains with Dishonest Majorities', by Mustafa Al-Bassam, Alberto Sonnino, and Vitalik Buterin

6.Data availability sampling and danksharding: An overview and a proposal for improvements，byValeria Nikolaenko andDan Boneh

7.Exploring MEV on EigenLayer，by Walt Smith

8.Hack Summit 2023 How to build new VMs and rollups using eigenDA

9.EigenLayer: The Restaking Collective，by EigenLayer Team

10.Don't overload Ethereum's consensus

11.https://hackmd.io/@EspressoSystems/HotShot-and-Tiramisu

12.https://github.com/EspressoSystems/HotShot/blob/main/docs/espresso-sequencer-paper.pdf

13.HotStuff共识算法详解

14.The Hitchhiker's Guide to Ethereum,by Jon Charbonneau

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