PSE Trading：模块区块链新叙事——DA层群雄逐鹿

原文作者： @cryptohawk ， PSE Trading Analyst

1. 模块化区块链中必不可缺的一环

历史主流区块链架构为非分层结构，即计算/结算/共识/数据可用性四部分核心功能由同一批节点来执行。分层结构的区块链则相反，节点只需要专注于计算/结算/共识/数据可用性四部分核心功能中的一部分，从而降低节点硬件门槛，进而实现扩容。

区块链的四大核心功能模块定义：

在以太坊为核心的 Ethereum Rollups 生态如火如荼发展的当下，L2的 gas fee 相比L1已能够节约近 90% ，却依旧不够低，距离未来设想的接入数亿 C 端用户的目标还存在距离。

根据 23.7 ETH Community Conference 上 Avail 创始人的演讲，目前 Rollups 近 70% 的成本在于以太坊L1上发布 tx 数据&证明数据。模块化区块链的下一步几乎可预见的是，ETH L1和众多专用 DA 层在数据可用性层面的竞争将大幅降低新 rollups 的进入门槛，不牺牲安全性和去中心化的情况下进一步增强区块链的可扩展性&降低交互成本。

2 DA 层最新发展情况

2.1 DA 层技术路径

关于如何保障数据的可用性，DA 层采用了许多技术创新，一些技术方向得到了 DA 层的共识，比如在确保完整数据可被获得/恢复：

（1）纠删码

为了防止 DA 节点丢失数据片段，纠删码技术将原始数据从 N 个元素扩展为 M 个元素 (M > N)，只要从扩展数据的 M 个元素中获得任何 N 个独特元素，就能够重建完整的扩展数据。

DA 层以区块内 tx/blob 作为最小元素，EigenDA & Espreeso 采用一维 Reed-Solomon 编码方案， Celestia & ETH Darksharding 采用二维 Reed-Solomon 编码方案。

（2）数据可用性抽样

数据可用性抽样机制建立在纠删码的基础上，即不需要节点下载完整区块数据，通过足量节点（甚至是轻节点）向区块构建者随机采样一定数量的数据块，即可保证最差情况下完整区块可被恢复。

当然，在另外一些技术方向上，比如如何证明原始数据已被正确地编码扩展，不同 DA 层采用的方案存在差异：

（1）欺诈证明模式

代表项目：Celestia

通过轻节点采样到足够的独特数据块并广播至全节点，诚实的全节点便能够执行编码恢复完整区块，并重新计算 Data Merkle Root 与区块构建者发布的 Root 进行对比验证。倘若验证不通过，即证明原始数据未被正确地编码扩展，全节点将向轻节点&全节点广播欺诈证明。

优势：博弈论激励机制落地的技术障碍更小；

劣势：需要满足最小诚实假设。

（2）KZG 承诺模式

代表项目：EigenDA、 Espresso 、Avail、ETH Darksharding

KZG 承诺是一种多项式承诺证明，根据 DA 层的 tx 数据规范，将所有原始数据和扩展数据映射到 X, Y 网格上，如下图中的 8 个元素(d 0, x 0),(d 1, x 1)…(e 0, x 4),(e 1, x 5)…，然后通过拉格朗日插值找到贯穿它们的最小阶多项式，Prover 需要对此多项式 f(x)配合一个秘密的可信设置做出承诺 C(f)。

随后，Prover 将针对群元素根据产生一个固定 48 字节大小的证明Π，配合 C(f)即可使 verifier 针对每个元素验证其 y=f(x)是否成立，倘若所有原始数据和扩展数据的元素点均处于相同的多项式上，就能够证明原始数据已被正确地编码扩展。

优势：验证证明速度快；

劣势：需要提前进行可信设置&不抗量子计算。

（3）DA 委员会多签模式（Data Availability Committee）

代表项目： Arbitrum Nova

此模式下，区块链依赖一个外部的 DA 委员会来存储 tx 数据，并承诺根据 B 端/C 端用户需求提供数据。所谓 DA 承诺，即委员会成员对某个 tx 数据区块的 Hash & DA 到期时间进行满足一定数量阈值的 BLS 签名即可。

优势：成本极低；

劣势：数据可用性还依赖于匹配的诚实激励模式+作恶惩罚模式+DAO 治理模式，可靠性低于欺诈证明&KZG 承诺证明，因此适用于价值较低的非金融应用的交互 tx 数据存储。

2.2 模块分工方案

针对区块链不同模块在具体项目之间如何分工，市面上也存在诸多设计方案，下面列举了 Celestium、Celestia Sovereign Rollup、Eigen Rollup、Espresso Rollup、Ethereum Rollup 六种主流设计框架。

抛出几个核心观点：

（1）统一结算层能够使众多 Rollup 享受跨链安全性&聚合流动性。

相比起L1之间通过中继信任层进行跨链，Rollup 之间通过统一结算层，可实时在结算层共享彼此之间的全局状态，进行代币&信息跨链的安全性更高。

下面笔者列举了两个第三方跨链桥方案：

• 通过 Rollups 其下官方跨链桥合约&SDK 实现无需更大信任假设的跨链；

• 通过第三方流动性池实现更快速更低成本的跨链。

（2）tx 排序权不应该由 DA 层承担。

近期 Celestia 研究员 NashQ 提出多种 Rollup 变体模块，其中将 tx 排序权主要分配给聚合器/DA 层。笔者认为，如今有关 mev 民主化分配的讨论越来越受到重视，以 PBS 为代表的机制能够将 mev 价值在套利者&节点/排序器之间合理分配，将大概率被头部 Rollup 采用。而 DA 层在共识机制和网络架构的设计更应该专注于数据可用性的保障上，倘若加入 tx 排序相关的额外 mev 分配机制，或将对网络架构的技术要求提出不必要的挑战。

（3）未来十年内 Ethereum 依旧是大多数 Rollup 共识层&结算层的最佳选项。

在模块化区块链框架下，大多数区块链用户（甚至从业者）不太关心共识层所提供的安全性&区块终结性究竟如何，而笔者认为共识层是区块链模块中的最重要一环，即使是在 2023 年也出现过 Polygon POS 链的异常区块回滚事件，使得 Cex & 跨链协议针对 Polygon POS 链的区块确认时间大幅延长，产生了不利的深远影响。因此，笔者判断未来十年内 Ethereum 作为智能合约公链的共识层龙头（九一开）难以动摇，也是 Rollup 共识层的最佳选项。而结算层作为 Rollup 区块&全局状态结算确认的关键模块，与共识层统一是最好的选择。

3 主流 DA 层项目简介

3.1 Celestia

Celestia 作为首个提供 DA 层的解决方案，其网络架构分为共识层和数据可用性层。

（1）共识层：Celestia 在很大程度上借鉴了 Cosmos 的架构，构建了一条名为 Celestia APP 的 POS 链作为共识层，其下 Celestia-core 将 Tendermint 的修改版本作为共识算法，节点仍使用 Tendermint p2p网络规则，并通过 ABCI++连接到应用层（即状态机）执行 PoS 逻辑并进行治理。

（2）数据可用性层：Celestia 通过数据可用性采样（DAS）技术，允许轻节点无需下载完整的区块，仅下载包含区块数据 Merkle root 的区块头就能够生成接近全节点的安全属性。

具体来看，在每一轮 DAS 中，Celestia 轻节点会对每个区块进行纠删码编码后的 2 k × 2 k 数据块进行采样。每个轻节点在扩展矩阵中随机选择一组坐标，并在全节点中查询数据块以及这些坐标处相应的 Merkle 证明。

假设全节点在广播包含 1000 笔 tx 的区块时隐藏了 tx，要求轻节点通过采样检验对所有区块数据可用（即未检验到错误/丢失无法足以恢复完整区块的数据块）的假设达到 99.9999% 的置信概率，倘若针对 1000 个原始数据块简单采样&恶意全节点隐藏了 1 笔 tx，则需要约 1.38 万次采样才能达到，还不如直接下载完整区块；而倘若针对 400 万个扩展数据块作抽样&恶意全节点隐藏了超过 100 万个数据块，仅需 48 次采样即可，效率相差约 288 倍。

DAS 能够实现什么：

1. 少量采样即可发现全节点广播的区块是否隐藏超过 25% 的区块数据；

2. 采样获得 75% 的数据即可保证能恢复完整的区块数据。

DAS 不能实现什么：

1. 倘若区块生产者隐藏了超过 25% 的数据，就有可能无法恢复完整的区块数据；

2. 倘若没有足够的轻节点进行采样，就有可能无法采样到足够的不重复数据块以重建整个区块。

3.2 EigenDA

EigenDA 作为 EigenLayer 官方自己开发的第一条 AVS 网络，属于 EigenLayer 的“亲儿子”，定位于以太坊安全性子集的 DA 层，并主推结算层由执行层兼任的主权区块链方案。

创始人 Sreeram Kannan 在 DA 上对 Coded Merkle Tree、Scalable Data Availability Oracle、DispersedLedger 等技术进行了创新性的研究，目前采用区块数据 2 倍冗余一维纠删码+KZG 承诺+Authenticated Coded Dispersal (ACeD)单节点存储 1/n 数据块（网络节点数量 n）的技术框架，希望在 DA 效率和节点宽带上大大实现超过 ETH 最终 DA 方案 Danksharding。

3.3 Espresso

Espresso Sequencer 网络选择在相同节点集下以模块化方式分离 DA 层和共识层，DA 层负责筛选&排序 tx+保证数据可用性，共识层仅负责就数据集的简短承诺达成一致。另外，DA 层和共识层还将通过如 EigenLayer 的重质押层来租用/共享 ETH 的安全性。

优点：

（1）灵活性：乐观条件下通过 CDN&小型 DA 委员会可大幅提高网络的数据传输能力&区块确认速度，悲观条件下网络也能够及时转向P2P协议&DA 基础层保证安全性；

缺点：

（1）架构冗余：Espresso Sequencer 共识层完全没必要与 DA 层分离；

（2）网络安全性几乎等同于 EigenLayer 在 Espresso Sequencer 网络的重质押 ETH 数量，与 EigenDA 同赛道竞争格局下存在 EigenLayer 资源倾向亲儿子的风险；

（3）MEV 捕获能力&交易审查权完全集中在 Tiramisu 即 Espresso DA 层，未来需要接入如 PBS 方案进行优化。

3.4 ETH Proto-Darksharding

在 Vitalik 于 22.11.5 展示的以太坊未来路线图中，清楚地展示了继 The Merge ：POW 转 POS 阶段后，以太坊下一阶段的重点目标就是通过 EIP 4844 为 Rollups 实现交易性能的进一步提升，而整个以太坊的定位为 DA&共识&结算层，单独只将执行层赋予 Rollups。

EIP 4844 预计将在年底的坎昆升级中上线，该 EIP 引入了一种新的 transaction type，即 blob-carrying transaction，Rollup 上传的 tx 数据能够通过 blob 的形式在 ETH Layer 1 上作非永久存储。单 blob 大小为 128 KB，每个 block 理想状态包含 8 个 blob，大小约为 1 MB，最多包含 16 个 blob，大小约为 2 MB，相比目前 ETH 的平均区块大小 90 KB 进行了极大的专项扩容。为防止 ETH 节点存储状态爆炸，计划对一段时间窗口以外的 blob（具体的时间窗口未定，可能为 2 周或 1 个月）进行自动删除，因此可以将 blob 看成一种缓存。

尽管 Vitalik 设想的未来终局只有状态根存储在以太坊链上，详细的交易数据存储在专用的 DA 层上，但近在咫尺的短期折衷解决方案 EIP 4844 将会指向 ETH 链与专用 DA 层的直接业务竞争，专用 DA 层除了打“数据存储费用更低”的牌之外，能否探索出更广阔的商业模式，构建出更好的 DAPP 生态，将会是成功与否的关键。

4 结论

在过去一轮周期内，整个泛数据存储赛道在资本泡沫的堆积和对开发者的吸引力上并不占优势，或源于用户对中心化数据存储&托管风险并不敏感，去中心化存储的需求暂时被证伪。而 DA 层作为模块化区块链中不可或缺的一个模块，定位于最有价值的执行层交易 tx 数据的存储，并以更低的成本保证数据的可用性（公开访问无准入&抗审查）&完整性&正确性&隐私性，将会是更有商业需求的一种叙事。

中短期来看，DA 层赛道将出现群雄割据的局面。

（1）Ethereum Rollup 在坎昆升级后受益于 EIP 4844 带来的 blob 数据存储成本下降，或将继续保持 ETH L1在 DA 模块的市场竞争力；

（2）看好以 ETH L1作为结算层的 DA 层解决方案（如 Celestium），通过使执行层共享跨链安全性/流动性，给执行层之间带来更好的“乐高积木”互操作性，有利于生态发展的良性循环；

（3）看好依托 EigenLayer 重质押协议的 DA 层解决方案（如 EigenDA、Espresso）,既能获得 tx 数据存储成本的降低，又能共享部分 ETH L1安全性；

（4）拥有良好激励分配机制（如 PBS）的共享排序器方案将受到头部 Rollup 执行层的采用，tx 筛选/排序权不应该赋予 DA 层，DA 层应专心做好数据可用的任务。

10. Don't overload Ethereum's consensus

11. https://hackmd.io/@EspressoSystems/HotShot-and-Tiramisu

12. https://github.com/EspressoSystems/HotShot/blob/main/docs/espresso-sequencer-paper.pdf

13. HotStuff 共识算法详解

14. The Hitchhiker's Guide to Ethereum, by Jon Charbonneau