Все о доступности данных в блокчейне

Основные выводы

• Доступность данных имеет решающее значение в блокчейнах для обеспечения того, чтобы все участники сети могли проверять транзакции и поддерживать целостность системы и доверие к ней. Эффективное функционирование сетей на основе блокчейнов также в значительной степени зависит от доступности данных.
• Такие проблемы, как утаивание данных, компромисс между масштабируемостью и безопасностью, а также технические ограничения, создают значительные препятствия для эффективной доступности данных.
• Для обеспечения надежного хранения и доступности данных блокчейна уровни доступности данных (DALS), такие как Celestia, используют такие методы, как кодирование стирания.
• Также разрабатываются инновационные решения. Например, отбор проб для обеспечения доступности данных и создание комитетов по их обеспечению.

Неизменность и отсутствие доверия, присущие технологии блокчейн, обещают кардинально изменить то, как люди записывают и проверяют данные (начиная с финансов). В настоящее время такие крупные публичные блокчейны, как Ethereum, сталкиваются с проблемой доступности данных.

Для компаний, разработчиков и пользователей, зависящих от технологии блокчейн, это может привести к серьезным опасениям по поводу надежности и эффективности доступа к жизненно важной информации.

Представьте, что вы покупаете дом, продавец которого уверяет вас, что все документы в порядке. Но при переезде вы обнаруживаете, что важные документы отсутствуют. Вы не можете доказать, что продажа была законной, и ваше право собственности под вопросом. Этот тревожный сценарий аналогичен рискам, с которыми сталкиваются блокчейны, если данные недоступны для проверки в полном объеме.

Доступность данных является основой принципа «Не доверяй. Проверяй».

В чем особенность доступности данных?

Доступность данных в блокчейне означает способность участников сети получать доступ к данным, хранящимся в блокчейне, и проверять их. Эти данные включают детали транзакций, информацию о блокировке и состояние реестра.

Обеспечивая доступность данных, сети блокчейна могут иметь следующие особенности:

• Независимая проверка: любой узел может полностью подтвердить легитимность новых блоков и транзакций, предотвращая добавление мошенничества или недействительной информации в блокчейн.
• Децентрализация и доверие: это укрепляет основные принципы блокчейна, устраняя необходимость доверять центральному органу и позволяя пользователям самостоятельно проверять состояние сети.

Выполнение операций в модульной дорожной карте Ethereum перенесено на накопительный период. Rollups регистрируют транзакции, которые происходят на их платформах, и как только они подтверждаются, запись транзакции подтверждается в блокчейне уровня 1. Для тех, кто следит за системой, уровень доступности данных гарантирует, что любой может проверить входные и выходные данные этих транзакций, чтобы убедиться, что они были выполнены правильно.

Источник: Ethereum2077 на substack.com.

Надежная модель доступности данных обеспечивает устойчивость и надежность блокчейна, ведь она предотвращает утечку данных и обеспечивает доступность всей необходимой информации для проверки транзакций.

Некоторые из широко используемых решений для обеспечения доступности данных, которые будут рассмотрены ниже, включают:

1. Уровень доступности данных (DAL);
2. Отбор проб для обеспечения доступности данных (DAS);
3. Комитет по обеспечению доступности данных (DAC).

Какова роль доступности данных в проверке блоков?

Источник: docs.celestia.org.

Верификация блоков в блокчейне тесно переплетена с концепцией доступности данных. Каждый шаг в процессе верификации зависит от способности узлов получать доступ к полным и точным данным о блоках и транзакциях и проверять их.

Проверка блокировки состоит из пяти этапов:

1. распространение блокировки;
2. проверка транзакции;
3. проверка заголовка блока;
4. соответствие механизму консенсуса;
5. обновление блокчейна.

Источник: Sankrit.

Распространение блока

Когда создается новый блок, он передается в сеть. Для эффективной проверки блока он должен быть легко доступен всем участвующим узлам. Если узлы не могут получить доступ к данным блока, они не могут начать процесс проверки.

Проверка транзакции

Каждый блок содержит список транзакций. Сначала узлы проверяют действительность этих транзакций. Это включает в себя проверку соответствия транзакций правилам сети. Например, проверку правильности цифровых подписей и наличия необходимых средств у отправителя. Все соответствующие данные транзакции должны быть доступны узлам для надлежащей проверки.

Проверка заголовка блока

Заголовок блока содержит важную информацию, такую как хэш предыдущего блока, временная метка и одноразовый номер. Узлы проверяют заголовок блока, чтобы убедиться, что он соответствует протоколу блокчейна. Хэш предыдущего блока связывает новый блок с существующим блокчейном, устанавливая хронологическую и неизменяемую последовательность. Полная доступность данных является жизненно важной для проверки того, что новый блок правильно ссылается на предыдущий блок в блокчейне.

Соответствие механизму консенсуса

Для согласования текущего состояния реестра в блокчейнах используются различные механизмы согласования. Например, подтверждение работы или доли участия. На этом этапе узлы проверяют, соответствует ли блок определенным правилам используемого механизма согласования. Например, в Proof-of-Work узлы проверяют, соответствует ли хэш блока требуемой сложности. Успешная проверка зависит от наличия всех необходимых данных о блоке.

Обновление блокчейна

Как только блок проверен, он добавляется в блокчейн. Каждый узел обновляет свою копию реестра, обеспечивая постоянную доступность данных для будущих процессов проверки.

Проблемы с доступностью данных

Хотя доступность данных является краеугольным камнем масштабируемости и эффективности блокчейна, она не лишена проблем.

Сохранение данных и доверие

В блокчейн-сети, особенно при объединении, целостность всей системы зависит от предположения, что все необходимые данные доступны для проверки и выполнения. Однако всегда существует риск того, что участник (например, секвенсор) может утаить важные данные либо непреднамеренно из-за сбоя системы, либо намеренно по злонамеренным причинам.

Масштабируемость по сравнению с компромиссом в плане безопасности

Другой важной проблемой является классический компромисс между масштабируемостью и безопасностью.

Повышение доступности данных может повысить масштабируемость, но может быть связано с потерей безопасности. Обеспечение масштабируемости блокчейн-сети за счет увеличения пропускной способности не должно ставить под угрозу безопасность сети. Такой баланс имеет решающее значение для долгосрочной жизнеспособности и надежности блокчейн-сетей.

Технические и инфраструктурные ограничения

Повышение доступности данных связано не только с улучшением программных алгоритмов, но и с преодолением аппаратных и сетевых ограничений. Способность узлов хранить и передавать большие объемы данных играет решающую роль в определении того, насколько масштабируемой может быть блокчейн-сеть.

Сложность модульных подходов

Отделение доступности данных от других функций блокчейна, таких как выполнение и согласование, дает множество преимуществ, но также усложняет проектирование и работу системы. Эта сложность может проявляться в интеграции различных модулей и поддержании общей целостности и эффективности блокчейна.

Проблемы взаимодействия и стандартизации

По мере развития технологии блокчейн появляются различные сети и решения со своими подходами к обеспечению доступности данных. Это разнообразие, хотя и способствует внедрению инноваций, также вызывает опасения по поводу совместимости различных систем и необходимости стандартизации для обеспечения бесперебойного взаимодействия и обмена данными.

Доступность и масштабируемость данных

В настоящее время блокчейны сталкиваются с дилеммой масштабируемости. Они стремятся к тому, чтобы им полностью не доверяли, что приводит к тому, что на нескольких узлах хранятся целые копии бухгалтерской книги.

По мере роста блокчейнов и увеличения объемов транзакций требование к каждому отдельному узлу хранить и обрабатывать полную историю транзакций становится узким местом для масштабируемости.

Не все узлы могут справиться с требованиями к хранению и обработке данных, предъявляемыми к полностью реплицирующемуся блокчейну (типу блокчейн-сети, где каждый узел поддерживает полную копию всей бухгалтерской книги), особенно на устройствах с меньшими ресурсами.

Это становится проблематичным по следующим причинам:

• Увеличение объема хранилища: по мере накопления транзакций необходимость хранить все данные на каждом узле становится дорогостоящей и обременительной, особенно для менее мощных устройств.
• Накладные расходы на проверку: обработка каждой транзакции замедляется по мере увеличения объема данных. Это снижает скорость и пропускную способность сети.

Если существует практичное и эффективное решение для обеспечения доступности данных без загрузки блокчейна, верификацию можно ускорить без ущерба для децентрализации.

Чтобы преодолеть дилемму доступности и масштабируемости данных, которая зависит от единого блокчейна для управления всеми процессами, появляется все больше специализированных решений для обеспечения доступности данных, которые обеспечивают более высокую общую производительность и снижают затраты на газ.

Что такое уровень доступности данных?

Уровни доступности данных (DALS) — это решения для хранения данных в сети или за ее пределами. Они отделяют задачу обеспечения доступности данных от других функций блокчейна, таких как выполнение (обработка транзакций) и консенсус (согласование порядка транзакций).

Данные блокчейна в системах с уровнем доступности хранятся отдельно от основного блокчейна. Этот уровень отвечает за обеспечение надежного хранения данных и возможности доступа узлов, когда это необходимо для проверки.

На уровне доступности данных часто используются такие методы, как кодирование при стирании, сегментирование и другие формы разделения данных. Эти методы гарантируют, что данные хранятся таким образом, что, даже если некоторые части будут потеряны или станут недоступными, все равно все данные можно будет восстановить.

Синергия между накоплениями и уровнями доступности данных

Накопительные пакеты — это форма масштабируемого решения для блокчейнов, таких как Ethereum. Они предназначены для увеличения производительности обработки транзакций в блокчейне путем выполнения транзакций за пределами основного блокчейна, а затем отправки данных о транзакциях обратно в основной блокчейн.

Однако для эффективного функционирования накопительных систем они в значительной степени зависят от базовой инфраструктуры доступности данных. Если нет гарантии доступности данных, т.е. доступа к данным в любое время, когда это необходимо, то вся модель накопительных систем потерпит крах.

По сути, пропускная способность Ethereum — объем данных, которые он может обрабатывать, — зависит от того, насколько эффективно работает уровень доступности данных. Эта взаимосвязь имеет решающее значение для концепции масштабирования Ethereum, где накопительные пакеты играют важную роль.

«Система Ethereum будет обеспечивать немасштабируемые вычисления и масштабируемые данные. И что делает роллап примечательным, так это преобразование масштабируемых данных и немасштабируемых вычислений в масштабируемые вычисления, — говорит соучредитель Ethereum Виталик Бутерин.

Уровни доступности данных, такие как Celestia, служат основой для создания сводных отчетов, гарантируя доступность данных, необходимых для проверки транзакций. Такая доступность необходима не только для обеспечения эффективности, но и для защиты сети. Это гарантирует прозрачность и поддающуюся проверке работу накопительного пакета, тем самым поддерживая доверие между пользователями.

Теперь давайте рассмотрим некоторые распространенные решения для обеспечения доступности данных.

Что такое выборка доступности данных?

Выборка доступности данных — это метод, используемый блокчейнами для обеспечения того, чтобы данные в сети блокчейнов действительно были доступны для всех узлов, не требуя от каждого узла загрузки и проверки всего набора данных.

В блокчейн-сетях, особенно с высокой пропускной способностью, критически важно обеспечить доступность всех данных (таких как данные о транзакциях или изменениях состояния) для всех участников. Такая доступность необходима для проверки транзакций и поддержания целостности сети. Однако загрузка и проверка всех данных может оказаться непрактичной, особенно для узлов с ограниченными ресурсами.

Выборка доступности данных решает эту проблему, позволяя узлам случайным образом выбирать небольшие части данных блокчейна. Вместо проверки всего набора данных узлы проверяют случайные фрагменты.

Такой подход значительно сокращает объем данных, которые необходимы для обработки каждым узлом, что позволяет узлам с ограниченной пропускной способностью или емкостью хранилища подключаться к сети.

Как работает выборка доступности данных?

• Сегментация данных: данные блокчейна делятся на небольшие фрагменты или порции.
• Случайная выборка по узлам: узлы сети случайным образом выбирают и загружают только некоторые из этих порций, а не весь набор данных.
• Вероятностная проверка: анализируя эти выборки, узлы могут вероятностно проверить доступность всего набора данных. Если выбранные фрагменты являются доступными и действительными, вполне вероятно, что остальные данные также доступны и действительны.

Что такое Комитет по обеспечению доступности данных (Data Availability Committee, DAC)?

Комитет по обеспечению доступности данных (DAC) — это специализированная группа доверенных узлов, которые работают вместе для обеспечения доступности данных блокчейна, как правило, в решениях для масштабирования вне сети.

У DAC есть две ключевые функции:

1. Проверка данных: DAC отвечает за проверку правильности хранения данных, таких как транзакции или изменения состояния, и возможности доступа к ним при необходимости.
2. Обеспечение доступности: DAC гарантирует, что данные, необходимые для проверки транзакций или смарт-контрактов, доступны любому участнику сети, которому они могут понадобиться.

В идеале Комитет по обеспечению доступности данных должен состоять из децентрализованной группы участников, чтобы избежать централизованных точек сбоя или контроля. Эти участники часто отбираются на основе определенных критериев надежности или с помощью децентрализованного процесса отбора.

Комитеты по обеспечению доступности данных особенно полезны в следующих случаях:

1. Решения для масштабирования уровня 2, такие как роллапы в Ethereum, могут помочь в управлении данными, связанными с вычислениями вне сети.
2. Сегментированные блокчейны: когда разные сегменты могут содержать разные наборы данных, обеспечение доступности между сегментами становится критически важным.
3. Блокчейны с высокой пропускной способностью: в сетях с большим объемом транзакций эти комитеты помогают поддерживать эффективность и скорость.

Доступность данных в сравнении с консенсусом

Как доступность данных, так и консенсус играют важную роль в проверке и валидации транзакций. Следовательно, эти два понятия легко спутать или не увидеть тонкую грань, которая разделяет их.

Доступность данных обеспечивает доступность всех данных блокчейна для участников, в то время как консенсус — это соглашение о действительности и порядке транзакций.

Ниже приведена таблица, в которой сравниваются доступность данных и консенсус:

	Доступность данных	Механизм консенсуса
Что он делает?	Обеспечивает доступность всей необходимой информации для проверки.	Обеспечивает единый процесс принятия решений для проверки транзакций и добавления их в блокчейн.
Почему это важно?	Чтобы предотвратить манипулирование данными, их сокрытие или потерю, убедитесь, что каждый участник может самостоятельно проверять данные блокчейна.	Чтобы предотвратить двойные траты и мошеннические транзакции, поддерживайте общее доверие и безопасность сети.
Примеры решений	Уровень доступности данных (DAL), выборка доступности данных (DAS), комитет по доступности данных (DAC).	Подтверждение работы (PoW), подтверждение участия (PoS), делегированное подтверждение участия (DPoS)
В чем заключаются некоторые трудности?	Проблемы масштабируемости, избыточность данных и обеспечение равномерного и широкого распределения данных.	Поиск баланса между пропускной способностью, безопасностью и децентрализацией (трилемма).

Лучшие протоколы обеспечения доступности данных в 2024 году

Число протоколов обеспечения доступности данных растет в связи со спросом на масштабируемость. Одними из наиболее популярных являются: Celestia, Near DA, EigenLayer, Avail и KYVE.

Celestia: Пионер модульной архитектуры

Celestia выделяется тем, что блокчейн специально разработан для обеспечения доступности данных (DAL). Он не фокусируется на смарт-контрактах или их исполнении.

Его основные функции — упорядочивание транзакций, обеспечение их доступности и использование выборки доступности данных (DAS), позволяющей узлам с ограниченными ресурсами участвовать в проверке.

Это делает его потенциальной основой для объединения и других модульных архитектур блокчейна, которые хотят разгрузить задачи, связанные с большими объемами данных.

Near DA: сегментирование с акцентом на доступность

Подход Near Protocol к масштабированию предполагает сегментирование, разделяя блокчейна на более мелкие подмножества.

Однако очень важно обеспечить доступ к данным из определенного сегмента по всей сети. Near DA предлагает решения для координации доступности данных между сегментами, обеспечивая более масштабируемую систему и эффективную межсетевую связь.

EigenLayer: перенастройка для получения расширенных услуг

Собственный уровень представляет собой уникальную модель. Он позволяет пользователям «перезапускать» свой Ethereum (ETH) для предоставления дополнительных услуг поверх сети Ethereum. Одной из таких потенциальных услуг является повышение доступности данных, как это видно из Mantle, сводного пакета, который в настоящее время использует технологию Agenda для обеспечения доступности данных. Это может обеспечить большую гибкость и индивидуальные решения для обеспечения доступности данных, адаптированные к различным вариантам использования.

Avail: решение Polygon для обеспечения доступности данных

Polygon Avail — это уровень доступности данных в экосистеме Polygon. Он использует комбинацию кодирования для удаления (что делает данные устойчивыми к потере) и Комитета по доступности данных, гарантирующего поиск данных. Благодаря подключениям к сети Polygon, Avail обладает широким потенциалом для внедрения.

KYVE: хранилище данных Web3

KYVE — это децентрализованная сеть хранения данных, специализирующаяся на упрощении поиска проверенных данных. Хотя она и не является блокчейном, ее эффективные механизмы хранения и индексации данных делают ее потенциальным строительным блоком для масштабируемых блокчейн-приложений, которым требуется надежный доступ к внешним данным или специализированные решения для обеспечения доступности данных.

Вывод

Блокчейны стремились разрушить обнесенные стеной сады централизованных баз данных и предоставить отдельным лицам прямой доступ и контроль. Тем не менее, по мере развития этого пространства мы становимся свидетелями постепенной «рецентрализации», но не с точки зрения единого органа власти.

Идеалом блокчейна не должно быть просто масштабирование ради масштаба. Речь идет о сохранении доступности и подлинной проверяемости для обычного пользователя. Решения для обеспечения доступности данных приближают нас на шаг к утопии блокчейна.

По мере продвижения вперед борьба между масштабируемостью и безопасностью будет обостряться, возможно, по крайней мере до тех пор, пока не будет найдено решение или золотая середина, которая всех устраивает.

Эта статья предназначена исключительно для образовательных и информационных целей и не должна восприниматься как финансовый совет. Всегда следует проводить собственное исследование, прежде чем инвестировать в какие-либо криптопротоколы.