【MyToken研报】Celestia研究报告

Celestia 是首个提出模块化概念的权益证明（PoS）区块链网络，它通过将执行、数据可用性、共识三者脱钩，提供了一个可插拔的数据可用性（DA）层，实现了共识层和DA 层的解耦。为 L2 Rollup 和其他需要数据验证的 L1 区块链，提供数据可用性服务。Celestia 的出现让公链架构更加模块化，为区块链扩展性问题提供了新的思路。

在传统的单体区块链中，共识、执行和数据可用性这三层工作全都由一个网络来完成，从数据的验证到交易的执行都由节点完成。要让共识节点验证一个新区块，首先检查该区块是否达成共识。节点还必须下载并执行所有交易，以确保块在计算要求高的过程中有效。但是，将所有这些一起做并不能有效地扩展。 因为当前的区块链是单体的，技术的限制下，单链上无法同时实现三个基本属性（安全性、去中心化和可扩展性）的同时提升，对区块链的一个属性进行优化会对其他属性造成制约，只能在其中进行权衡。

模块化的区块链 (Modular Blockchains) 采用了目前单片式区块链 L1 的三大组件 (共识、执行和数据可用性)，并将它们进行了划分。就想劳动分工一样，将这三个组件进行拆分后，能够优化每个组件，并生产出更好的产品，使得整体性能大幅提升。

Celestia 的模块化架构

Celestia 原理

Celestia 采用模块化架构，将区块链堆栈解耦为专门的组件。 共识、执行和数据可用性，被分成不同的层。单体架构可能会受到限制。 共识和执行功能被捆绑在一层，然后在该捆绑层上构建智能合约。 用户被绑定在一个执行环境中，限制了针对特定用例进行优化和专门化的潜力。

由于 Celestia 节点不执行交易的特性，发布到 Celestia 上的交易永远不会像其他区块链一样支付高交易费来争夺算力，此外，由于节点不像在单片 L1 中那样执行双重角色，因此它们不需要高性能处理器。例如验证一个100MB 区块只需 10KB 数据的采样。 具有最小处理能力的机器（例如智能手机）可以充当节点。

能够实现这一特性要归功于Celestia所采用的一种加密技术，即数据可用性采样技术（DAS），它允许轻节点生成接近完整节点的安全属性，并且无需下载整个区块。在实际应用中 Celestia 通过抽取区块 25% 的数据即可验证 100% 的数据可用，只要轻节点足够多，保证概率阈值在 99.9999%，每个节点只需要抽取 10 笔 TX 即可验证数据的完整性。这使得单个节点所需要的数据大大降低，轻节点和忠诚的全节点遵循了同一条链，实现了最大化轻节点验证的功能。采样的数据越多，可以确定的数据可用性就越多。也就是说，随着参与数据采样的节点数量增加，可以安全地增加区块大小，提升tps。

Celestia 组成部分

Celestia 主要包含三个组件； Optimint、Celestia-app 和 Celestia-node。

Celestia-node组件的任务是为此区块链达成共识和联网。 该组件确定轻节点和完整节点如何生成新区块、从区块中采样数据以及同步新区块和区块头。

使用 Optimint，Cosmos Zone作为Rollup直接部署在 Celestia 上。Rollup将交易收集到区块中，然后将它们发布到 Celestia 以获得数据可用性和共识，链的状态机位于 Celestia 应用程序中，它是处理交易处理和质押的应用程序。

在 Optimint 上，将在同步区块、数据可用性层集成、通用工具和索引事务方面进行改进。 在 Celestia 应用程序中，团队将致力于交易费用的实施，并评估对 ABCI++ 的升级。 最后，该团队希望使其网络服务在 Celestia 节点上更加健壮，并完善轻节点和不良编码欺诈证明。

Celestia与Rollup的结合

Celestia把Rollup分成了自己原生的，和以太坊原生的。前者非常简单，Rollup可以直接和Celestia打交道，先上传数据，然后让Celestia查看数据可用性，最后Rollup在看到新状态之后再去自己做验证，整个过程里Celestia可以说十分清闲，它甚至连Rollup上传的数据代表了什么都不知道（因为只有切片样本），而Rollup找它来做数据可用性，也只是因为它更便宜，性能压榨地够狠。

而在以太坊当中，情况就复杂了一些，首先以太坊目前还没有分片和DAS，但Rollup们即便承受不住链上处理成本，也可以转战链下，让业内名气最大的第三方审计机构做数据可用性，这成本甚至可以低到忽略不计。事实上，ZK 2.0已经在这么做了，StarkEx和Plasma这类更不用提。当然在Celestia看来，链下验证毕竟是中心化的，不能排除作恶的可能。可即便是这些机构作恶，这些链下验证者能做的也仅仅是把交易冻结住一段时间。

ZK 2.0的计划是为用户提供更多选择，如果用户能忍受高成本，就是还是把数据可用性放到以太坊上做，如果用户能接受交易在最坏情况下被冻结的假设，那ZK 2.0可以给一个超低gas出来。

总结

与 Polygon Avail（Polygon 优化 L2 的解决方案的主要组件之一）相比，Celestia 在项目应用、开发进展以及多链跨链的需求等方面要优于 Avail。 相比以太坊，Celestia 可以在不分片的情况下增加，随着更多的轻节点参与到网络的数据可用性采样，增加其数据可用性吞吐量，而 以太坊仍会受其数据分片数量的限制。 但专用的数据层有个不足点：共识安全层无法和以太坊相比，因为 Celestia 更容易受到 51%攻击。一旦独立的数据层受到攻击，以太坊也无法为用户提供额外安全保障。要为以太坊上的原生资产提供原生安全性，必须使用以太坊作为数据层（对于任何其他生态系统也是如此。 在以太坊还未完成分片升级之前，其上的数据可用性仍然非常昂贵。在以太坊合并之后，有一个重大的叙事热点将转为分片和数据可用性层，分片不是提高以太坊数据可用性的唯一条件，Celestia 作为一个专用数据层，其可扩展性的数据吞吐量，稳定费用结构，可作为一个Validium 模式存在于 L2 的数据可用性选择方案中，以太坊仍然是基础结算层，由用户决定是否使用 Celestia。

在未来，公链格局是 Rollup 和其他 L1 的竞争，而 Rollup 的发展离不开数据可用性的应用，这也给了 Celestia 这种数据专用层的项目的潜在发展机会。 此外，Celestia 还能应用于 Cosmos 的跨链生态中，帮助 Cosmos 实现多链间安全性共享。多链间可以通过 IBC 以信任最小化的方式相互通信，并有一个共享的数据可用性层来检查彼此的块是否包含在 Celestia 数据可用性链中，形成一个模块化的跨链集群。