Что такое доступность данных в блокчейнах?

Доступность данных — это гарантия того, что данные, необходимые для проверки блока, действительно опубликованы, так что любой может их скачать и проверить. Это становится реальной проблемой для сетей второго уровня и светлых клиентов, которые полагаются на то, что данные публикуют другие. Если эти данные скрыты, никто не может доказать, были ли транзакции внутри них корректными.

Наглядная аналогия

Представьте магазин, который выдаёт вам чек только с итоговой суммой. Сумма может быть верной, но проверить её нельзя, потому что подробного списка покупок нет. Доступность данных — это гарантия того, что подробный список существует и любой может его прочитать. Блокчейн или слой второго уровня, который публикует только сводку своих транзакций без лежащих в основе данных, просит пользователей доверять итоговой сумме.

Почему на простом блокчейне всё просто

В базовой сети, такой как Bitcoin или основной слой Ethereum, полный узел скачивает каждый блок целиком и проверяет каждую транзакцию. Если часть блока отсутствует, узел не может его проверить и просто отвергает. Доступность данных обеспечивается самим процессом верификации. Наше руководство по блокчейн-узлам подробно описывает этот процесс.

Почему это становится сложно для роллапов

Роллап обрабатывает транзакции вне основной цепи и публикует сводку обратно. Чтобы система была безопасной, любой должен иметь возможность восстановить состояние роллапа и оспорить или проверить действия оператора. Это возможно только в том случае, если лежащие в основе данные о транзакциях опубликованы там, где другие могут их получить.

У этого риска есть название: атака сокрытия данных (data withholding attack). Оператор может опубликовать внешне корректный коммитмент, скрывая данные, на которых он основан. В оптимистичных роллапах без этих данных никто не сможет построить доказательство мошенничества. В ZK-роллапах доказательство по-прежнему показывает, что изменение состояния было корректным, но пользователи не смогут самостоятельно определить свои балансы, чтобы независимо вывести средства. Наше руководство по блокчейнам первого и второго уровня объясняет две архитектуры роллапов.

Что происходит, если данные скрыты

Рассмотрим оптимистичный роллап, оператор которого становится недобросовестным. Он публикует в Ethereum новое состояние, утверждая, что теперь владеет всеми средствами пользователей, вместе с коммитментом к транзакциям, которые якобы привели к этому состоянию. Обычно любой наблюдатель скачал бы данные транзакций, убедился бы, что утверждение ложно, и в течение периода оспаривания отправил бы доказательство мошенничества, после чего некорректное состояние было бы отвергнуто.

Если оператор также скрывает данные транзакций, никто не может построить это доказательство, поскольку никто не может показать, какой шаг был неверным. Мошенническое состояние тогда может стать окончательным. Те же отсутствующие данные также лишили бы пользователей возможности воспользоваться аварийными механизмами роллапа, которые позволяют выводить средства напрямую через слой первого уровня, если оператор перестаёт сотрудничать, поскольку для этого пользователям нужно доказать, чем они владеют. Публикация данных — это то, что поддерживает работу обоих механизмов безопасности.

Как с этим справляется Ethereum: блоны

Раньше роллапы публиковали свои данные как обычные данные транзакций в Ethereum, которые обрабатывает каждый узел и которые хранятся бессрочно. Из-за этого они составляли самую большую часть комиссий роллапов.

Обновление Ethereum 2024 года, известное как proto-danksharding (EIP-4844), ввело блобы (blobs): отдельный тип данных, прикрепляемый к блокам. Блобы дешевле, потому что уровень исполнения их не обрабатывает, а узлы удаляют их по истечении фиксированного периода, около 18 дней. Этого срока достаточно, чтобы любой мог скачать и проверить данные, а коммитменты к ним остаются в сети навсегда. В результате комиссии во многих сетях второго уровня заметно снизились.

Кто проверяет доступность данных?

Сегодня в Ethereum каждый консенсус-узел скачивает данные блобов для каждого блока, по крайней мере до истечения их срока хранения. На это опираются пользователи роллапов и независимые наблюдатели.

У блоб-пространства есть собственный рынок

Блобы оцениваются отдельно от обычных транзакций, у них есть собственная комиссия, которая растёт, когда спрос на блоб-пространство превышает целевой объём на блок, и падает, когда спрос низкий. Большую часть времени с момента запуска блоб-пространство было дешёвым, поэтому комиссии роллапов так резко снизились. Но поскольку многие роллапы используют одно и то же блоб-пространство, всплеск спроса в одной части экосистемы может одновременно повысить стоимость данных для всех. Таким образом, комиссии роллапов частично зависят от активности в других местах, а не только от собственного трафика роллапа.

Выборка доступности данных

Блобам по-прежнему требуется, чтобы узлы обрабатывали все данные блобов, что ограничивает их объём. Более долгосрочный план, который часто называют full danksharding, использует выборку доступности данных (DAS).

Рисунок: Выборка доступности данных. Из-за избыточного кодирования скрытие любых данных приводит к сбою многих образцов.

Идея изящная. Данные расширяются дополнительными избыточными фрагментами, поэтому если какая-либо часть исходных данных отсутствует, то большая доля расширенных данных тоже отсутствует. Каждый узел затем загружает несколько небольших случайных образцов. Если все его образцы приходят, он может с высокой степенью уверенности считать, что полные данные доступны, не загружая всё целиком. Когда многие узлы независимо выбирают образцы, скрыть данные становится крайне трудно.

Слои доступности данных

Некоторые проекты специализируются на доступности данных как на отдельной услуге: это сети, основная задача которых — публиковать и гарантировать данные для ролапов и других цепочек, а не исполнять транзакции. Это одна из составляющих идеи модульных блокчейнов, где исполнение, расчёты, консенсус и доступность данных могут обеспечиваться разными слоями.

Использование отдельного слоя доступности данных может снизить затраты, но меняет допущения о безопасности. Ролап, который публикует данные в Ethereum, полагается на валидаторов Ethereum в вопросе доступности; ролап, который публикует данные в другом месте, полагается на эту другую сеть.

Термин «доступность данных» вы редко увидите в кошельке, но он определяет две вещи, которые вы замечаете. Это значительная часть комиссий, которые вы платите в сетях второго уровня, и он определяет, сможете ли вы вывести средства из слоя 2, если его оператор перестанет сотрудничать. При сравнении сетей полезно знать, где каждая из них публикует данные. Об основах комиссий см. наше руководство по комиссиям за транзакции в блокчейне.

Ролапы и валидиумы

То, где слой 2 хранит свои данные, определяет, какой это тип системы:

Валидиум может доказать, что его изменения состояния корректны, и всё же оставить пользователей без возможности вывода средств, если держатели данных перестанут сотрудничать. Поэтому вопрос «где данные?» — один из самых полезных, которые можно задать о любом слое 2.

Эта статья носит образовательный характер и не является финансовой, инвестиционной, юридической или налоговой консультацией. Цифровые активы волатильны, и вы можете потерять вложенные средства.

О том, как доступность данных соотносится с другими строительными блоками децентрализованных приложений, см. что такое Web3.

Источники

• Data Availability (включая выборку доступности данных) — документация для разработчиков ethereum.org
• Danksharding (блобы удаляются примерно через 18 дней) — ethereum.org
• EIP-4844: Транзакции шард-блобов — Ethereum Improvement Proposals, GitHub