ARE:解析 Celestia 与 DA

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（数据可用性）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（特别是个人用户）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（全节点）。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？

奇虎360公开“基于联盟区块链的标识解析方法”专利:8月30日消息，北京奇虎科技有限公司、中国信息通信研究院日前联合公开一种“基于联盟区块链的标识解析方法、装置、存储介质及服务器”专利，申请日期为2021年4月29日，申请公布号：CN113315811A。天眼查App显示，该专利属于计算机技术领域。方法包括在第一对外节点接收到标识解析请求的情况下，从第一对外节点对应的本地数据库中查询是否存在与标识解析请求中的标识符对应的IPFS哈希值。

若未查询到IPFS哈希值，则基于标识解析请求向联盟区块链中除第一对外节点之外的其他节点发送第一查询请求；接收由联盟区块链中响应于第一查询请求的节点发送的IPFS哈希值，并基于IPFS哈希值通过第一对外节点访问IPFS服务，以获取IPFS哈希值对应的标识解析信息由此可有效提高对标识解析过程的安全性，保证通过标识解析得到的数据不易被篡改。（邮箱网）[2021/8/30 22:45:51]

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。

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。

DeFiBox上线Mdex 合约解析功能:据官方公告，Heco 数据合作平台 DeFiBox 现已上线Heco项目Mdex 的合约解析功能，用户通过 DeFiBox 可以直观查看收益率，并根据相关数据进行策略调整，提高了用户体验。[2021/1/27 13:38:26]

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。

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。

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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。

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：

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

动态 | EOS疑似将推出基于EOS的HandShake DNS解析服务:EOS疑似将推出基于EOS 的 HandShake DNS解析服务，一位开发者的Github显示正在开发EOS-handshake服务。Cosmos社区总监Chjango Unchained4月30日发推表示发现EOS开发者正在复用 Handshake 的开源代码。EOS或许会加入域名解析服务，生态会进一步扩大。（IMEOS）[2019/4/30]

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。

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。

分析 | 杯柄形态ENJ最高涨幅83% 盘面解析:金色分析师：今日山寨币ENJ最高涨幅83%，消息面上，ENJ确定成为三星Galaxy S10手机的合作伙伴。从盘面上看，小时图币价在未启动前一直处于上升趋势中，前期已经涨了一波，缩量调整回落，然后放量上攻，到达前期高处时候，又再次缩量调整，然后在放量上攻突破前期高点，然后币价进入直线拉升趋势，营造杯状带柄形态。[2019/3/8]

最后将这 4?k 个根，组成一个默克尔树，得到根 dataRoot。

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：

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。

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。（大于等于 k 个）

每个shares 在 dataRoot对应的默克尔树中的默克尔证明。

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（之前接收的）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。

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（ shares，shares 所在行或列的默克尔证明，对应行或列的默克尔根，长度，坐标位置索引）其中前面 2 个数据是证明携带的数据，后面 3 个是本地（之前接收的）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。

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