SHA:解析 Celestia 与 DA

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。

Cobo区块链安全团队公开0xDAO潜在盗币漏洞发现过程及技术细节解析:4月2日消息，0xDAO v2原计划上线前的几个小时，Cobo区块链安全团队启动对该项目的DaaS投前例行安全评估工作，随后在github开源的项目代码中发现了一个严重的安全漏洞。经评估，如果 0xDAO v2此时继续上线，该漏洞预计会造成数亿美金的资产损失。Cobo区块链安全团队立即启动应急预案，快速通过多个渠道联系到0xDAO项目方，提交该漏洞的完整攻击流程，紧急叫停了项目上线，随后协助0xDAO项目方对该漏洞进行了修复。

日前，0xDAO官方发布推文向Cobo区块链安全团队表示了感谢，并且表示会按照严重漏洞级别给予Cobo区块链安全团队漏洞赏金奖励。[2022/4/2 14:00:31]

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。

ENS开发负责人：以太坊已支持CCIP读取与ENS通配符解析解决方案:3月14日，ENS开发负责人Nick Johnson在推特上表示，以太坊已支持CCIP读取与ENS通配符解析解决方案。据悉，跨链互操作协议（CCIP）为ENS采用的跨链解决方案，旨在支持在二层网络上发行链上的域名。[2022/3/14 13:55:55]

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：

动态 | EOSCanada 解析 B1 源代码解释相关期权兑现计划:据 IMEOS 报道，EOSCanada 发布文章解析 B1 源代码，以解释相关期权兑现计划。文中经过源代码分析得出结论，截至2019年1月1日，Block.one 可以赎回共计5879120个代币。分析结果认为，如果 Block.one 想要以小于其全部权重的票数进行投票，则他们必须赎回当前最大数量的代币。然后，他们必须将这些代币转移到一个单独的帐户，抵押，然后投票。截至撰写该文时（2019年3月中旬），这笔金额约为785万美元。因此，虽然 Block.one 以外的任何人都不知道他们投票的想法或他们想要用他们的代币做什么，但我们现在都能理解实际存在的限制。[2019/3/21]

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

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]

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。

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。

摩根士丹利分析师深度报告全解析：比特币“见底”规律及六大必读趋势:摩根士丹利分析师Sheena Shah 19日发表最新研报。主要观点包括：今天正在经历的比特币熊市早就在2000年的纳斯达克市场上演过，只不过是以15倍速度在“快进”；熊市看到唯一交易量增加的数字货币可能就是USDT，尽管USDT的可靠性遭遇广泛质疑，因为交易员们面对各种币的大跌只能暂时先买回USDT；日元升值可能促使日本散户增加对比特币的投资；千币齐跌，但区块链行业依旧火热，对于传统VC来说，参与ICO也有三大好处；比特币与其它币之间的相关性随价格下跌而上升，市场上涨时，它们的相关性反而下降；比特币在不同交易所的价差显示，价格触底反弹的日子，价差会有规律的突然拉大。[2018/3/20]

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。

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