原文标题:《火币研究院丨谁是 DA 赛道最后王者?关于 Data Availability War 背景、生态与后续展望》原文来源:火币研究院

概述:

市场上,DA(Data Availability)项目已经如雨后春笋出现,其中具有强竞争力的项目是 Celestia、EigenLayer、Avail、NearDA 和 Covalent 等。

根据火币研究院的分析,核心内容的 DA 并没有那么难。最简单的一个单机就可以做 DA,最复杂的如 Celestia 用抽样模式做去中心化。简单来说,DA 就是存储,占据成本又很高。如果你不严格的要求以太级别的安保服务,选用哪家 DA 就是一个成本和安全之间的衡量。

使用 DA 层最重要的原则是:价值越大的服务,DA 应该尽量安全。

本篇研究报告是火币研究院对 Data Availability War 背景、生态和后续展望的分析,包括 V 神眼中的 DA、各 DA 项目的盘点和梳理。基于对 DA 赛道全面的分析,火币研究院认为未来的 DA 也许是分散的,未来市场有 7-8 家主要的 DA 也许就够用了。

1. Data Availability 数据可用性问题的出现

1.1 什么是 DA

简单来说,数据可用性是指区块生产者将区块的所有交易数据都发布到网络中,以便使验证者可以进行下载。如果一个区块生产者发布了完整数据并使验证者可以下载,我们就说数据是可用的;如果它隐瞒了一些数据使验证者无法下载完整数据,我们就说数据是不可用的。

1.2DA 问题的两个关键点:安全与成本

因此,结合 DA 的定义,我们看到 DA 里面包含以下两个方面:

一是确保验证机制安全进行,二是降低发布数据的成本。

○确保验证机制安全进行的问题

为了使验证安全进行,目前的 L2 排序器(Sequencer)普遍都将 L2 的状态数据与交易数据都发布在安全性较强的以太坊上,依靠以太坊进行结算并获得数据可用性。

因此,数据可用性层实际就是 L2 发布交易数据的地方,目前主流的 L2 都将以太坊当做数据可用性层。

○降低发布数据的成本问题

L2 简单的将数据可用性与结算都发生在以太坊上,虽然有了足够的安全性,但也承担着巨大成本。这也是 L2 面临的第二个问题,即如何降低发布数据的成本。

2. DA 中的成本构成&降本增效方向

从第 1 章节的介绍中我们看到,DA 中关注的一个重要问题就是如何降低成本。

要想让 L2 整体更加便宜就得降低发布数据的成本。那么,该如何降低成本呢?主要有两种方法:

○降低在 L1 上发布数据的成本,例如以太坊即将进行的 EIP-4844 升级。

○仿照 Rollup 将交易执行从 L1 中剥离,数据可用性也可以从 L1 中剥离从而降低成本,也就是不使用以太坊作为数据可用性层。

因此各方均在降低成本方面做了很多努力。从目前的 DA 方案来看,以 Near DA 的成本最低,约$0.0016/block. 其次是 Celestia,EngenLayer, EIP4844 等。

3. V 神眼中的 DA

3.1 不使用以太坊 DA 的方案不是真正的 Layer2--以太坊基金会和 V 神的第一第反击

在 Celestia 暴火后,V 神曾暗示「以太坊的 layer2 项目必须要在 ETH 上使用 data availability」。随后以太坊基金会成员 Dankrad Feist 也发表了言论。他指出,不采用 ETH 作 DA 层 (数据可用性层) 的不是 Rollup,也不是以太坊 Layer2。

这样的话,Arbitrum Nova 和 Mantle 都要从 Layer2 名单「除名」,因为它们只在 ETH 之外(名为 DAC 的链下 DA 网络)披露交易数据。

同时,Dankrad 还表示,像 Plasmas 和状态通道这种不需要链上数据可用性(Data Availability)来确保安全的方案仍算是 Layer2,但 Validium(不用 ETH 作 DA 层的 ZKRollup)不算 Layer2。

3.2 使用非以太坊作为 DA,那么它就是以太坊 Validium--V 神的妥协

随后 V 神在他的推特流的一次回复中表示「being a validium is a correct choice for many apps, and using good distributed DA guarantee systems can be a good way to increase the practical security of a validium"

同时,他认为作为 rollup 的核心就是是无条件的安全保证:即使所有人都与你为敌,你也能取出你的资产。如果数据可用性依赖于外部系统,就无法得到这种保证。

3.3 关于 ENS 与 Data availability ---V 神想通过 ENS 来收拢 DA 的控制力

ENS 域名服务会定义一套交互逻辑,用户只需要输入一个短域名就可以自动连接 ENS 智能合约对应的关联长地址,解决了 EOA 地址复杂难记且不易辨识的痛点。应该讲,ENS 的这套域名服务更指向用户流量更庞大的未来扩展市场,尤其是一些 Mass Adoption 的用户群体。而 layer2 才是以太坊扩展并吸纳大流量的未来。

V 神认为若 ENS 的域名解析方案不能覆盖到 Layer2,只停留在以太坊主网层面,很难打开想象空间。基于此背景,V 神在推特中说明 ENS 的重要性,"it needs to be affordable!" .ENS 自然会考虑面向 Layer2 提供一整套的数据解析方案,使得用户可以直接在 Layer2 上进行域名解析和数据查找,减少其对各自 Layer2 偏中心化网关的依赖。

不难看出,用户在 Layer2 上要正常使用 ENS 的域名,前提需要调用且验证以太坊主网上的全局数据。这意味着要享受 ENS 的这套服务必须得采用正统的以太坊 Data Availability 能力,而那些基于 OP Stack 走发链捷径且把 DA 放在 Celestia 等第三方 DA 平台上的 Layer2 就无法兼容 ENS 了。话到此,就不难理解 Vitalik 的用意了。总之,V 神的深层意思是用 ENS 来给 Layer2 众平台定一套可交互操作性规范标准,同时收拢一下 DA 控制力。

3.4 V 神谈 Plasma 回归

a.Vitalik 文章中说了,以太坊的 2 层扩容方案原本有:Plasma、Rollup、Validium、Parallel 等多种方案,Vitalik 期待中的扩容方向应该是均衡发展,适配各类应用场景进行多样化的 layer2 构建,但现实市场格局是,Rollup 方案一家独大,且日益内卷。

b.Plasma 相当于一种侧链解决方案,会定期向主网同步默克尔状态数据,是一种数据和计算依赖主网的扩容方案。这样的话,2 层可以用非常中心化的方式,且设计非常复杂的账本模型来高效扩展,还能复用主网 validator 这些系统能力。Vitalik 新文章重新搬出了 Plasma,而且引导了一种 ZK+Plasma 的扩容解决方案,显然又是一次事关 Layer2 政治摇旗。

3.5 小结

以上 V 神的各种操作,总结起来就是:

DA 的需求过旺,但是又不想把市场分给 Celestia。先说安全性,又祭出 ENS 的事, 最后发现市场不买单,还是有很多人去用第一方 DA,干脆说你使用 Validium 也算,过几天又翻出陈旧的 Plasma 有意引导市场往 ZK+Plasma 方向探索。从其本意上来讲,就是要不断地把 DA 市场往以太坊上面拉过来。

4. DA 解决方案和各 DA 项目梳理

4.1 DA 解决方案

从上述的内容我们可以看出,DA 层的方案是有很多。从大的方向上来分,可以分为链上和链下两个大的部分。

•链上解决方案

指的是 L2 依然将以太坊作为 DA 层,并且依靠以太坊降低数据可用性成本。这意味着以太坊未来将作为一个实时公告板,板上的数据公告一段时间后便会删除,L2 必须自己想办法储存所有数据的备份。

•链下解决方案

即是不再将以太坊当做 DA 层,转而寻找更加经济的方式获得数据可用性。根据去中心化和安全性的不同,可将链下解决方案分为四种:Validium、数据可用性委员会(DAC)、Volition、通用型 DA 方案。

4.2 Celestia

Celestia 是模块化公链的开山鼻祖,其基于 Cosmos SDK 进行开发,专注于数据可用性。是目前已经主网上线的强有竞争力的 DA 龙头项目。

•技术特点

○数据可用性采样 (data availability sampling,DAS)

DAS 使轻节点无需下载整个区块的情况下能够验证数据可用性。轻节点因仅下载区块头无法验证数据可用性,Celestia 使用二维 RS 纠删码编码方案(2-dimensional Reed-Solomon encoding scheme)对区块数据进行重新编码以实现轻节点的 DAS。数据可用性采样(DAS)的工作原理是让轻节点对小部分块数据进行多轮随机采样。随着轻节点完成更多轮的块数据采样增加数据可用的信心。一旦轻节点成功达到预定的置信水平(例如 99%)就认为数据可用。

○ 命名空间默克尔树 (Namespaced Merkle trees,NMT)

NMT 使 Celestia 上的执行层和结算层仅下载与其相关的交易。Celestia 将区块当中的数据划分为多个命名空间,每个命名空间都对应构建在 Celestia 上的 rollup 等应用,每个应用仅需下载和自己相关的数据从而提高网络效率。

• Celestia 主要通过两种方式从应用程序中获得收入:

○ 支付 blob space 费用:Rollup 使用$TIA 付费,将数据发布到 Celestia 的 blob space。

○ 支付 gas 费用:开发人员使用$TIA 作为 Rollup 的 gas 代币,类似于基于以太坊 Rollup 的 ETH。

•发展潜力

○项目已上线,技术成熟度较高

○潜在的丰富空投,来自$TIA 的质押,例如项目 Dymension、Altlayer 的空投对象都会选择$TIA 的质押者,未来更多的以太坊 Layer2 项目、模块化公链、Cosmos 生态项目都有很大可能走类似的空投路线。

○ 生态丰富性:与跨链桥、结算层方案、defi 项目、游戏、排序器等合作。

○DA 合作项目方不断增加,合作方包括 Manta、Eclipse、Caldera、Snapchain。同时还与 Arbitrum Orbit 集成、与 Polygon CDK 集成、与 Aevo 衍生品交易平台的集成等。

4.3 EigenDA

EigenLayer 是一个基于以太坊的再质押(Restaking)协议,允许用户将 ETH、lsdETH 及 LP Token 重新质押在其他侧链、预言机、中间件等,作为节点并得到验证奖励,这样第三方项目可以享受到 ETH 主网的安全性,ETH 质押者也能得到更多收益,实现了双赢。

EigenDA 是建立在以太坊上的利用 EigenLayer Restaking 构建的去中心化数据可用性(DA)服务,并将是 EigenLayer 上的首个主动验证服务(AVS)。与 Celestia 或 Avail 不同,EigenDA 不需要引导新的验证器集,以太坊验证者可以自由选择加入。

•技术特点:

○增强以太坊的 DA 能力:Blob 区块数据+KZG 承诺

EigenDA 调动了坎昆升级后的 Blob 区块数据 + KZG 承诺,Rollup 链可以对 Blob Data 进行纠删码生成 KZG 承诺然后发布到 EigenDA 合约,由 EigenDA 的节点来给后续的链 DA 能力进行保证,相当于增强了以太坊的 DA 能力。关键是,EigenDA 的整个过程都围绕 Blob、KZG 这些以太坊既有的基础设施来完成,其节点验证工作也由以太坊的 Validators 参与。

○ 无自主共识和 P2P 网络

EigenDA 节点必须在以太坊 L1 上的 EigenLayer 合约中重新抵押 ETH(或者更确切地说,抵押 ETH 衍生品)。EigenDA 节点是以太坊验证器的子集。随后,DA 购买者(例如 rollup,也称为分散者)收到数据 blob 后,用纠删码对其进行编码,并生成 KZG 承诺,发布并分发以供节点确认。之后,分散者一一收集这些签名,生成聚合签名,并将其发布到 EigenDA 智能合约,EigenDA 智能合约对签名进行验证。

○采用托管证明方式

EigenDA 没有采用数据可用性采样的方式去验证节点是否真正存储了数据,而是使用托管证明方法来实现。任何人都可以向 EigenDA 智能合约提交证明,该证明将由智能合约进行验证。如果验证成功,惰性验证器将被削减。

•发展潜力

○多个合作项目方,与 Celestia 展开竞争:现已集成 Celo、Mantle、Fluent、Offshore、OP stack 等多个 L2 项目;

○背靠 Eigenlayer 多样生态,包括排序器、跨链桥、预言机等。

4.4 其他 DA 项目

4.4.1 Avail

Avail 可对交易进行高效的排序和记录,提供对数据的存储和数据可行性的验证,支持与以太坊虚拟机(EVM)兼容的区块链,允许 Rollup 将数据直接发布到 Avail,且其轻客户端网络验证机制(下文将介绍)使得 Avail 上的 Rollup 可以通过轻客户端网络而无需依赖智能合约和基础层来验证状态。并且由于其模块化性质,开发人可在 Avail 存储数据并选择其他网络进行结算。

•共识机制:继承自 Polkadot SDK 的 BABE 和 GRANDPA 共识机制

•去中心化:

○Avail 采用 Polkadot 的提名权益证明(NPoS),支持多达 1000 个验证节点,NPoS 还具有有效的奖励分配可以降低权益中心化的风险。

○Avail 有能力从其轻客户端的 P2P 网络中进行数据抽样,这一特性为 Avail 提供了一个高效且可靠的备份机制,即使在出现故障的情况下也能确保数据的可用性。

•有效性证明:Avail 采用 KZG 多项式承诺

现状:主网尚未上线

4.4.2 Near DA

2023 年 11 月 8 日,NEAR 基金会宣布推出 NEAR 数据可用性(NEAR DA)层,为 ETH rollup 和以太坊开发者提供了强大、高性价比的数据可用性。首批用户包括 StarkNet 的 Madara、Caldera、Fluent、Vistara、Dymension RollApps 和 Movement Labs。

•安全性:继承 Near 网络的安全性

•费用优势:NEAR 上的 100kB calldata 花费 0.0033 美元

•现状:NEAR DA 已与 Polygon CDK 集成,用于开发人员构建以太坊 ZK Rollups。

4.4.3 Covalent

区块链数据查询服务平台 Covalent 可以标准化来自多个区块链的数据,其统一 API 允许开发者在支持的网络中重复使用查询,解决了区块链数据难以获取的问题。

坎昆升级之后,以太坊主网只保存 L2 提交的状态数据 1 个月时间,之后会丢弃。Celestia 为保持网络的去中心化程度和 DAS 轻节点机制的成立,也会定期丢弃 L2 提交的状态数据。然而,Covalent 在去年底推出长期 DA 服务 EWM(以太坊时光穿梭机),永久保存以太坊丢弃的 L2 提交的状态数据。Covalent 负责 L2 状态数据的读取。

而且 Covalent 会将这些数据索引和结构化,整合入其平台的链上数据 API 服务,为专业区块链数据网站、政府监管部门、人工智能研究团队提供服务和支持。

•现状:截至 2023 年 12 月,Covalent 共支持 210 多条区块链,计划在 2024 年底时支持 1000 多条区块链。据不久前 Messari 发布 Covalent 数据可用性报告指出,Covalent 拥有数十亿条数据,是目前最适合为需要通用、广泛适用数据的应用提供服务。

4.4.4 zkPorter

zkPorter 是以太坊扩容方案 zkSync 推出的针对去中心化优化的链下数据可用性解决方案,通过结合 zkRollup 和分片思想的混合方法来处理数据可用性。zkPorter 引入了可选的验证器机制,由 zkSync 代币持有者质押代币后来验证和签署区块。虽然 zkPorter 的产品进展在很长时间里一直未向外界披露,但从 zkSync 上的 Layer3 应用链 GRVT 计划在今年 Q1 上线主网,且该项目是在 zkPorter 上存储数据来看,zkPorter 被外界猜测或将在此之前启动。

4.5 DA 项目对比

技术方面:

性能方面:

总结

•以上 DA 项目,具有强有竞争力的项目是 Celestia、EigenLayer、Avail 和 NearDA,而 Covalent 不走寻常路,为它在 DA 应用上,开辟了独特的需求。

•在所有数据可用性的实现方案当中,数据可用性采样加 KZG 多项式承诺是最主流的方案,其能够在降低节点成本,提升证明效率的同时保证数据可用性。

•从技术角度,以太坊 Danksharding 和 Celestia 是最去中心化的,因为都用到了抽样技术,这样降低了节点的性能要求的同时可以做到大带宽。EigenDA 次之,也用到了抽样,但是 EigenDA 是寄生于以太,其节点数是以太的子集。其他的 DA 项目应该没用到抽样,例如 NearDA 的去中心化程度就相当于 Near Protocol 的去中心化程度。

•Celestia 所选的 Optimistic 证明的落地门槛相比较 KZG 多项式承诺而言更低,技术成熟度更高,但是未来的技术上限不如 KZG 多项式承诺,与同类型的 Avail 以及 EigenDA 相比,Celestia 的开发进度目前更快,将会更早一步落地主网,但是 Celestia 同时也将在坎昆升级之后面临 Ethereum 的直接竞争。

• 作为一个 Layer2 开发者,摆在面前的无非是 DA 正统性和发链成本性的 Tradeoff。DA 正统性在商业化市场相对更被动,它适合一些更关心安全共识问题,有一定品牌底蕴和市场基础的综合 layer2 项目,而一些新锐小 layer2,尤其是基于 OP Stack 一键发链速成的 layer2 链,会想尽办法把成本压榨到最低。对它们来说,Celesitia 这类第三方 DA 自然是更好的选择。而 Eigenlayer 还是无法降低项目方开发 L2 的实际成本。

• 但是对于 DA 层项目,其场景单一、to B 模式,这些项目并不能像一个综合性公链(例如 Solana)那样能靠着 ToC 场景招商 DAPP 来获取大量的流动性。如果不能成功吸引许多 Rollup 项目的采用,其生态建设就会走弱。而且 Celestia 似乎缺乏极为强劲的资本推手,虽然其技术叙事本身 make sense,但如果不能在以太坊生态内很好的扎根,其宏大蓝图很可能变为空中楼阁。

5. DA 层与区块链的模块化

DA 层 其实一直就有,无论是 BTC,ETH,还是 Solana。例如,在 Bitcoin network 中,数据是直接存储在区块上的,15 年前,中本聪发表了比特币白皮书,并将区块大小限制在 1MB,区块大小限制了每个区块能够容纳的交易数据的上限。后来的 隔离见证 (SegWit),Taproot,以及 Ordinal 协议,其实在某种程度上说,也是为了增强 BTC 网络的数据可用性。

而在Pre-4844 的 Ethereum 网络中,Layer2 回传到 Layer1 的数据都存储在 Calldata 里,Rollup 虽然把计算安全的转移到了 L2,但是存储仍然在 L1,由于 L1 存储能力有限,限制了以太坊上 Rollup 的容量。以太坊 Blocksize 约为 150K - 250K,即使所有空间都给 Rollup 用,存储空间也是有限的,限制了 L2 的吞吐量。所以,以太坊才要采用 Proto-Danksharding,通过引入包含 Blobs 的新的交易类型,来增强数据可用性。

因此,可以这么说,其实 DA 层 是伴随着各个区块链的扩容需求,以及对数据可用性更高的要求,而抽象出来的一层,是区块链技术发展演化过程中,类似人类发展过程中社会分工的细化,而模块化区块链则是将单体区块链中的某一个功能层级解耦出来,外包给其他区块链网络进行负责,从而更进一步实现分工,提升效率。

Celestia 提出模块化区块链

传统整体区块链的架构通常由四个功能层组成:

○执行层——执行层主要负责处理交易和执行智能合约。它包括交易的验证、执行和状态更新。

○数据可用性层——模块化区块链中的数据可用性层负责确保网络中的数据可被访问和验证。它通常包括数据的存储、传输和验证等功能,以保证区块链网络的透明度和信任。

○共识层——负责节点之间的协议,以实现网络中数据和交易的一致性。它通过特定的共识算法(例如工作证明(PoW)或权益证明(PoS))验证交易并创建新区块。

○结算层——负责完成交易的最终结算,确保资产的转移和记录永久保存在区块链上,决定区块链的最终状态。

Celestia 首先提出模块化区块链概念,将不同的功能层级从单体区块链中节解耦出来,这样就使得区块链能够专注于某一层级的特殊功能,合理分工,以实现整体可用性最大化。

这里并不是说,区块链的模块化一定比单体区块链有优势,而是希望,用模块化的思维去看区块链未来的发展,这样就可以有更多的可能性和猜想。

6. 关于未来的猜想

6.1 用模块化的眼光看区块链的组合方式

上一段,有讲到,将区块链模块化来看,可以分为执行层,数据可用性层,共识层和结算层。

这里就以以太坊生态为例子,共识层就是以太坊主链,

对于以太坊生态来说 未来模块化区块链的可能性数量有 = 执行层方案数量 * 结算层方案数量* DA 层方案数量

6.2 DA 层将是分散的

DA 层可以已经如雨后春笋出现,核心内容是 DA 并没有那么难。最简单的一个单机就可以做 DA,最复杂的如 Celestia 那样做抽样下的去中心化。用抽样模式做的去中心化,节点越多带宽越大(想象一个 p2p 电影下载网络),这块也是具备网络效应的,所以我认为最终不会有太多这种「去中心化抽样的 DA」。但是其他形式的 DA 则没有限制,可以有无数个。

在这里我们可以打个比方,DA 就是存储,占据成本又很高。如果你不严格的要求以太级别的安保服务,选用哪家 DA 就是一个成本和安全之间的衡量。

原则是:价值越大的服务,DA 应该尽量安全。

因此,未来的 DA 也许是分散的。即使如此,也许有 7-8 家主要的 DA 也许就够用了。

6.3 以太坊也许将会在 ETH3.0 中,做出专门的 DA 层

以太坊从 1.0 升级到 2.0, 将以太坊分为了执行层 和 共识层,新引入的 Blobs 也将挂在在信标链的共识层上。

未来也许在以太坊下一次升级的时候,随着技术的进步和对数据可用性的增加,以太坊将可能在执行层和共识层的基础上,再专门加载一层 DA 层;又或者,下一次升级中,可能会出现类似分片链的专有数据存储链。当然这都只是猜想,至于会朝哪个方向发展,我们一起期待。

参考文献:长推:jianshu 关于 Da 的分析 https://twitter.com/jianshubiji长推:后坎昆升级时代冉冉升起的新叙事——DA War https://twitter.com/0xNing0x/status/1744350282509631590?s=20以太坊 Rollups(STARKNET)战事终结,新叙事 DA: https://news.marsbit.co/20240220083034666673.html头等仓研报:模块化区块链 Celestia https://medium.com/@first.vip/%E5%A4%B4%E7%AD%89%E4%BB%93%E7%A0%94%E6%8A%A5-%E6%A8%A1%E5%9D%97%E5%8C%96%E5%8C%BA%E5%9D%97%E9%93%BEcelestia-a2532da9d2beEigenLayer 深度研报:以太坊的中间件协议,引领再质押叙事https://www.aicoin.com/article/360322.html长推:DA 解决方案https://twitter.com/i/web/status/1700728653750087945再质押协议 EigenLayer 旗舰产品 EigenDA 是什么?https://www.blocktempo.com/what-is-eigenda-that-eigenlayer-will-launch/一览模块化 DA 设计的五种因素:Celestia、Avail 和 EigenDA 谁是赢家?https://foresightnews.pro/article/detail/52019

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