HTX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

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HTX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HTX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,HTX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。

1.2 DA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:

•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:

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BTC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。

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关于我们

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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-a2532da9d2be

EigenLayer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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