五种DA方案全指南：Avail、Celestia、以太坊、EigenDA、DAC
近年来，关注扩展执行能力已经为Layer 2带来了新一波的采用。与此同时，面对由于区块空间受限和成本高昂而带来的增长挑战，越来越多的参与者现在已经认识到，可扩展的数据可用性层对于有效扩展区块链至关重要。他们已经意识到，需要一个具有可扩展区块空间的经济基础层，能够支持各种类型的Rollups。Avail和其他几个团队正在从头开始构建可扩展的数据可用性解决方案，而其他一些团队，如以太坊，则试图在现有区块链中增加数据可用性容量。无论采取何种方式，一个事实始终存在。开发者今天选择的基础层将在未来几年内定义他们的竞争优势。Avail是一个不断增长的模块化生态系统的一部分，致力于增加区块链的数据可用性。其他DA解决方案，比如Celestia和EigenDA，也在进行类似的工作。每个解决方案都在通向区块链可扩展性的道路上选择了不同的路径，包括以太坊，它目前正在实施Proto-Danksharding，也被称为EIP-4844，作为实现其全面Danksharding长期目标的跳板。本文将评估每种解决方案的优势和劣势。我们将突出不同的设计选择，借助这种比较带来的知识，我们希望读者能找到最适合他们的DA层。在深入研究每个类别之前，让我们先进行一些概述：在考虑基础层时，网络的安全性和弹性是首先考虑的事情。以下是检查网络强壮性的关键因素。在共识机制中，存在一种基本的生存和安全之间的困境。生存确保交易迅速处理，并保持网络运作正常，而安全则保证交易准确安全。不同的区块链系统为他们独特的用例寻找合适的平衡选择。Avail使用了继承自Polkadot SDK的BABE和GRANDPA共识机制。BABE作为区块生成引擎，通过与验证节点协调来识别新的区块生成者，优先保证生存。GRANDPA作为最终确定性，它使得在超过三分之二的验证者签署包含该区块的链的情况下，可以同时完成所有导致特定块的区块的最终确定性。这种混合账本使Avail具备了网络弹性，并使其能够抵御短暂的网络分区和大量的节点故障。Avail的设计选择类似于以太坊中使用的Casper和LMD GHOST。LMD GHOST是以太坊的区块生成引擎，它依赖于类似于BABE的概率最终确定性，而Casper FFG就像GRANDPA一样，提供最终确定性保证。Celestia的设计选择是使用Tendermint，这使它能够在生成的同时最终确定区块。然而，这种选择的权衡是当其运营者或验证者的三分之一以上宕机时，链可能会停止。还需要注意的是，区块最终确定性并不保证数据可用性。像Celestia这样基于欺诈证明的设计意味着用户需要等待DA保证，即使区块已经实现即时最终确定性。数据可用性委员会或DAC是负责提供或认证数据可用性的实体。它们使用密码签名表示委员会成员中的一个或多数同意数据可用。EigenDA是一个链下DAC，以太坊验证者可以选择加入。DAC成员提供智能合约验证的证明，并依赖于一个独立的外部服务进行数据排序。在考虑网络安全性时，有两个关键因素需要考虑：总质押金额和该质押分布的情况。去中心化程度，即质押金额的分布均匀程度，直接影响网络的安全性。考虑到潜在攻击的成本，这是评估网络安全性的指标。因为试图攻击网络的对手需要破坏更多的节点来捕获相同的质押，如果质押在更大的验证者集合中均匀分布，则攻击成本较高。Avail继承了来自Polkadot的Nominated Proof of Stake（NPoS），使其能够支持多达1,000个验证者。NPoS通过其顺序的Phragmén方法，即多赢家选举方法，具有有效的奖励分配，可以缓解由于其质押分布而导致的中心化风险。此外，Avail是唯一一个可以从其轻客户端P2P网络中取样的DA层，而无需在网络中断或瓶颈时依赖完整节点获取数据。这一独特功能使Avail在所有当前和未来的数据可用性解决方案中脱颖而出，提供了强大的故障转移机制，并增强了Avail数据可用性网络的弹性。Celestia采用Tendermint作为其共识协议，其验证者集最多有几百个。尽管以太坊作为一个整体区块链在安全性方面达到了黄金标准，具有超过900,000个验证节点，但网络的分布水平在数量上并未得到充分反映。相比之下，数据可用性委员会通常由负责向区块链确认数据可用性的几个节点组成。需要注意的是，再质押并未从以太坊借用安全性。它的安全性依赖于其平台上再质押的总以太坊数量。换句话说，再质押对其安全性没有任何好处，除了使用锁定在以太坊中的现有质押中的一小部分。作为DAC，基于以太坊的EigenDA聚合来自其完整节点的签名。其智能合约验证证明无法为数据可用性采样提供类似的 DA 保证级别。EigenLayer 利用再质押，涉及锁定的以太坊来支持其网络，其举动也招致了对复用验证者和过载以太坊共识的风险的批评。  具有智能合约的单体区块链在过去十年中引入了突破性的创新。然而，即使是当时的尖端技术，例如以太坊，其中数据可用性、执行和结算被合并为一体，也带来了显著的可扩展性限制。这些限制催生了将执行转移到链下的Layer2，并促使了改进举措的发展，例如EIP-4844，也称为Proto-danksharding和Danksharding。确立的智能合约定义状态，并充当rollups的桥梁。在这种方法中，以太坊充当验证rollups准确性的权威。Avail将执行和结算从基础层中拆分出来，并使rollups能够直接将数据发布到Avail。这种模块化方法的强大之处在于，建立在其上的rollups可以通过使用Avail的P2P轻客户端网络验证状态，如果用于传播执行证明，则可以灵活地升级它们的rollups，而不必依赖智能合约和基础层来定义状态。这种新方法赋予了开发人员一个可以根据需求进行扩展的基础层，为他们提供了在结算方面选择任何支持的执行层的选项。Celestia采用与Avail类似的方法。唯一的区别在于，它的轻客户端目前在完整节点宕机时无法支持网络。EigenDA也没有固定的结算层。除了DA层的安全性和弹性外，还有适应不断增长的、建立在其上的rollups和区块链的需求的能力，对于它们的成功至关重要。让我们看看一些关键的考虑因素。在讨论有效性证明时，了解在DA层中欺诈证明和有效性证明之间的权衡是至关重要的。Avail使用的KZG承诺是一种用于确保DA有效性的有效性证明类型，它减少了内存、带宽和存储要求，并提供了简洁性，这意味着证明的大小是固定的，不受多项式度数的影响。这使得KZG承诺非常适合零知识基础的区块链，其中效率、隐私和可扩展性至关重要。此外，与欺诈证明相比，Avail的轻客户端可以迅速访问和采样数据，并在新区块最终确定后确保正确的区块编码，并在不需要等待挑战期结束的情况下提供数据可用性保证。KZG承诺和Avail的轻客户端的结合加速了Avail上的验证过程，使建立在其上的rollups或独立链能够利用其快速的验证过程，为未来几年的区块链设计提供了可扩展性和灵活性。与Celestia等相比，这种验证方法是使Avail脱颖而出的关键因素。Celestia使用安全哈希函数，生成速度比KZG承诺快得多。然而，这种选择的权衡是它们必须依赖欺诈证明来确认纠删编码的准确性，这可能导致确保数据可用性保证方面存在潜在的延迟。Celestia的轻节点不能确定数据是否可用，或者等待挂起的欺诈证明是否已收到。换句话说，由于乐观验证的挑战期，欺诈证明的使用减少了网络的轻节点明确确认采样后数据可用性的能力。至于EigenDA，它使用KZG承诺，并仅下载少量数据而不是完整的区块，并采用有效性证明。它的方法是使用纠删编码将数据分割成较小的块，并要求运营者仅下载和存储单个块，它是完整数据块blob大小的一小部分。至于以太坊，当前版本虽然没有使用有效性证明，但EIP-4844和全面Danksharding在实施时将采用有效性证明。以太坊上的昂贵成本和交易缓慢的限制已经促使L2s的激增。它们已经成为未来的执行层，推动对块空间需求的增长。目前，将数据发布到以太坊的费用估计占到rollups总成本的70%到90%。扩大区块空间将导致验证者和在以太坊上开发的应用程序的额外成本。Avail和Celestia等基础层的设计旨在解决这个问题。它们经过优化，适用于数据可用性，具有动态扩展区块大小的能力。通过结合数据可用性采样（DAS）的轻客户端，它们有能力根据对网络的需求进行数据可用性区块大小的扩展。这意味着随着区块空间的增加，建立在其上的应用程序仍然不受影响，因为这些网络中的轻客户端可以在不需要下载整个区块的情况下执行DAS。这种独特的能力使它们不同于单体区块链。以太坊市值达到1910亿美元，拥有最大的社区。尽管在以太坊上构建的协议享有规模经济的好处，但由于过去几年有限的区块空间，它们也面临着高昂的交易成本。随着rollup的增长，用户数量和交易数量达到顶峰，rollup已成为执行的最佳选择。随着区块链技术变得越来越流行，对区块空间的需求只会不断增加。尽管DACs可以在采用简化的中心化方法的情况下扩展，但是一些Rollups将DACs用作临时措施，直到它们找到去中心化的DA解决方案为止。Avail和Celestia都支持具有数据可用性采样（DAS）的轻客户端，使轻客户端能够提供最小化信任的安全性。正如前文所述，主要的区别在于验证的进行方式，以及在网络中断或瓶颈时，Avail的轻客户端P2P网络如何替代完整节点来支持网络。相比之下，EIP-4844之后的以太坊将不配备DAS。这意味着其轻客户端将不具备这种升级的、最小化信任的安全特性。让事情变得更加复杂的是，以太坊的 DA 解决方案要容纳其智能合约环境。通过完整的 danksharding，DAS 将用于扩展 blob 空间，预计几年后就会实现。EigenDA的安全性建立在对少数完整节点或其他实体的信任上，因为它缺乏数据可用性采样（DAS）。该协议的完整性依赖于委员会内的超过半数是诚实的，以及至少有一个额外的实体持有数据副本，类似于乐观构造。尽管与单仲裁相比，双仲裁方法提高了安全性，但它达不到可以通过 DAS 进行独立验证的理想场景。就拥堵和需求而言，以太坊是最昂贵的解决方案。即使采用 EIP-4844，以太坊的成本仍然很高，因为它只能一次性增加区块空间。DAC 是最便宜的，但这是以采用更中心化的方法为代价的。由于没有执行层，Avail和Celestia将能够保持较低的运营成本。它们还可以轻松地增长区块空间，而没有 DAS，现在的以太坊不能做到这一点至于 EigenDA，它表示将针对可变费用和固定费用引入灵活的成本模型，但其实际成本尚未公布。现在我们已经审查了增长潜力，我们将看看这些区块链的性能。有关每个区块生产所需时间的信息，请参见上表。通过生产区块所需时间来衡量区块链的性能只提供有限的洞察，因为这个指标只涉及从区块确认到验证完成过程的一个方面。即使有提供即时最终性的共识机制，采用基于欺诈证明的方法进行DA验证时，验证可能需要一些时间。以太坊使用Casper在64-95个slot之间最终确认区块，这意味着以太坊区块的最终确定性大约需要12-15分钟。EigenLayer并不是一个区块链，而是运行在以太坊上的一组智能合约。这意味着它继承了与以太坊相同的最终确定性时间。因此，如果用户将交易发送到一个rollup，rollup需要将该交易的数据转发到EigenLayer以证明数据可用。然而，即使rollup已经接受了交易，只有在以太坊块最终确认之后，交易才会被视为完成，这会导致延迟。有关通过采取加密经济手段提供更快DA保证的方法的讨论已经进行。随着rollups成为未来执行层，对区块空间的需求将不断增加。像Avail和Celestia这样的DA层将能够适应需求，因为它们采用了模块化设计，而以太坊区块空间的增长将受到限制。Avail的Kate测试网已将区块大小配置为2MB，复制并使用纠删编码到4MB。Avail的独特之处在于它可以使用高效的客户端验证技术增加区块大小。通过内部基准测试，Avail已经没有困难地测试了高达128MB的区块大小。随着 DAS 对区块空间的需求增加，Celestia 还能够增加区块大小。EigenDA将通过解耦DA和共识、纠删编码和直接单播（unicast）来扩展吞吐量。然而，这是以建立在其上的rollups无法继承基础层的审查抵抗性为代价的。选择一个强大的基础层构建可能是具有挑战性的。我们希望这篇文章能够帮助读者更好地了解不同设计选择的利弊，并选择适合他们的DA层。