SHA:解析 Celestia 与 DA_One Basis Share

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。

拜登：美债违约将对美国经济和人民产生灾难性后果:金色财经报道，当地时间5月17日，美国总统拜登发布讲话称，美国政府明白，美国债务违约将对美国经济和美国人民产生灾难性的后果。拜登表示，他于当地时间16日晚与国会领导人举行了一次关于预算问题的会议，他们一致同意如果美国不出现债务违约，政府将就预算相关问题达成协议。两党将继续对预算的分歧部分进行谈判，就细节达成协议。拜登还表示，他将在未来几天继续与国会领袖进行关于债务上限的讨论，直到达成协议。他预计将在当地时间21日召开新闻发布会讨论该问题。拜登重申，美国不会出现债务违约。[2023/5/18 15:10:41]

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。

DAO Maker攻击者通过Tornado Cash转移60万枚DAI:金色财经报道，据PeckShield 称，?与 DAO Maker 相关的的黑客地址通过 Tornado Cash 转移了价值 600,000 美元的稳定币。该攻击者的钱包已超过 200 天没有出现活动。

DAO Maker 是一个众筹平台，最初于 2021 年 8 月被黑客攻击。去中心化自治组织的智能合约中的一个漏洞允许黑客获利超过 700 万美元的稳定币。随后将资金转移到几个钱包中。[2023/4/14 14:04:32]

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：

以太坊信标链ETH质押APR跌破4%:11月14日消息，据以太坊官方网站数据显示，以太坊信标链ETH质押ARP已跌破4%，截至目前为3.9%。当前以太坊信标链质押ETH总量为15,797,401 ETH，验证者总量为466,308个。[2022/11/14 13:02:42]

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。

将shares放入一个k×k的矩阵，如果数量不够，则填充补齐。

Circle：过去一周USDC流通量减少5亿美元:8月14日消息，据官方公告，8月5日至12日期间，Circle共发行10亿美元USDC，赎回15亿美元USDC，USDC流通量减少5亿美元。截至8月12日，USDC总流通量为538亿美元，储备量为540亿美元，其中现金115亿美元，短期美国国债425亿美元。[2022/8/14 12:24:08]

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。

东莞法院判决涉虚拟货币“矿机”元件交易的竞业禁止协议无效:6月21日消息，日前，东莞市第三人民法院对一起涉虚拟货币“矿机”元件交易的合同纠纷案作出一审判决，对于原告深圳某科技有限公司诉被告东莞某模具有限公司违反竞业禁止协议约定，要求赔偿百万的诉请，法院认为该协议涉及虚拟货币“挖矿”活动，损害社会公共利益，合同无效，一审驳回了原告诉请。

据悉，深圳某科技有限公司与东莞某模具有限公司建立散热片的长期采购合同关系，双方先后签署了两份《采购框架协议》和一份《商业竞业禁止协议》，约定协议中的竞业对象特指除深圳科技公司之外的其他虚拟货币“挖矿”设备厂商。而东莞模具公司擅自与深圳另一家虚拟货币“矿机”厂商建立采购关系，因此深圳科技公司将其告上法院。（羊城晚报）[2022/6/21 4:42:29]

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。

来源：金色财经

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