모듈식 블록체인: 데이터 가용성의 중요성

特邀专栏作者

2022-10-26 12:00

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이 게시물은 데이터 가용성에 초점을 맞춘 모듈식 블록체인 및 솔루션 - 작동 메커니즘 및 디자인 트레이드 오프를 분석합니다.

특수화 및 분해: 모듈성의 개념적 기원

프로그래밍 언어에서 DeFi 프로토콜에 이르기까지 "결합 가능성"은 Web 3.0에서 선호되는 용어입니다. 그러나 결합성은 단순한 내러티브 방식이 아니라 작업 모델이 어느 정도 발전하면 필연적으로 전문화되고 분해됩니다. 그렇다면 블록체인은 확장의 골칫거리로 점차 모듈화를 향해 나아갈 수밖에 없습니다.

우리는 블록체인의 주요 스택에 데이터 가용성 계층, 합의 계층, 결제 계층 및 트랜잭션 실행 계층이 있다는 것을 알고 있습니다. 그러면 모놀리식 블록체인은 4개 계층의 작업이 하나의 네트워크에서 완료되도록 하는 것입니다. 네트워크의 모든 노드는 트랜잭션 실행에 대한 데이터 검증을 처리해야 합니다.

그러나 거래량이 증가함에 따라 단일 블록체인이 점차 병목 현상에 직면하는 것을 생각할 수 있습니다. 현재 사용자는 이더리움의 높은 거래 수수료와 Visa보다 훨씬 떨어지는 초당 전송 속도를 수용하면서 탈중앙화의 비전을 고수하고 있습니다.

그 핵심은 단일 블록체인의 병목 현상의 핵심은 데이터의 축적에서 비롯되며, 블록체인은 변조가 불가능하기 때문에 데이터의 가용성은 확장을 위한 희생할 수 없는 전제 조건입니다.

그러나 대량 채택을 촉진하기 위해 모놀리식 블록체인은 모듈성으로 진화해야 합니다.

비탈릭은 이더리움의 발전 과정을 보면 이더리움이 롤업 중심의 생태적 상태를 제시할 것이라고 말한 바 있다. 롤업은 실행 계층을 분리하고 계산을 오프체인으로 처리하지만 여전히 각 트랜잭션의 데이터 일부를체인. Rollup의 처리량은 선형적으로 증가합니다. 트랜잭션 볼륨이 클수록 더 많은 데이터를 메인 네트워크로 브로드캐스팅해야 하기 때문입니다. 이러한 방식으로 롤업 처리량의 병목 현상은 여전히 기본 네트워크의 데이터 대역폭에 있습니다.

이 병목 현상을 극복하기 위해 Ethereum의 최종 확장 계획의 초기 구현 - Sharding은 Sharding에서 체인이 실행되도록하는 것입니다.사용 가능한 데이터。

첫 번째 레벨 제목

이 게시물은 데이터 가용성에 초점을 맞춘 모듈식 블록체인 및 솔루션 - 작동 메커니즘 및 디자인 트레이드 오프를 분석합니다.

모듈식 블록체인: 정의, 기능 및 이점

일반적으로 블록체인 네트워크는 트랜잭션 실행/정산, 합의 또는 데이터 가용성과 같은 작업 작업 중 하나를 아웃소싱하면 모듈식 블록체인이라고 할 수 있습니다.

기사의 이 부분에서는 Celestia를 예로 사용하여 모듈화의 기능과 이점을 보여줍니다. 지난 5월 테스트넷 런칭 이후 인기가 높았고 자체 메커니즘과 이더리움과의 비교를 해석하고 분석한 글이 많았다. 이 최초의 전용 모듈식 블록체인 네트워크는 2023년 메인넷에서 공식적으로 가동될 것입니다.

10월 20일 Celestia는 Bain Capital Crypto와 Polychain Capital이 이끄는 5,500만 달러의 자금 조달을 완료했습니다. 보고서에 따르면 5,500만 달러는 Celestia의 A 및 B 라운드 자금 조달의 총액이며, 최근 자금 조달은 Celestia를 10억 달러의 가치를 지닌 유니콘으로 만들었습니다.

Celestia는 Tendermint를 합의 프로토콜로 활용하고 트랜잭션 유효성에 관계없이 트랜잭션 뒤에 있는 데이터의 주문 및 가용성에 대해서만 책임지는 플러그형 합의 및 데이터 가용성 계층입니다. Celestia가 담당하는 작업이 줄어든 것 같고, 데이터의 가용성은 실제로 보안을 보장하기 위한 블록체인의 핵심 작업입니다.

탈중앙화：

탈중앙화: Celestia의 합의 계층은 데이터 가용성에만 초점을 맞추기 때문에 네트워크의 라이트 노드는 데이터 가용성 샘플링을 사용하여 전체 블록을 다운로드하지 않고도 가용성을 확인할 수 있습니다. 그리고 이 라이트 클라이언트 노드는 휴대폰에서 직접 실행할 수 있으므로 노드 실행의 임계값이 크게 줄어듭니다.
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또한,모듈식 블록체인은 다음과 같은 장점이 있습니다.：

플러그 가능, 유연성: 첫째, 사용자는 Celestia를 기반으로 자체 실행 레이어를 배포할 수 있으므로 Celestia의 데이터 가용성을 보안 보장으로 사용할 수 있습니다. 또한 Celestia는 "실행 계층에 구애받지 않는" 상태를 위한 가상 시스템 설계 공간을 엽니다. LLVM, MoveVM, CosmWasm, FuelVM 등 .
값이 싼원천:

원천:https://rainandcoffee.substack.com/p/the-modular-world

주권: 이전 L1에서 하드포크는 일반적으로 많은 위험을 수반하기 때문에 피했습니다. 하드 포크는 네트워크의 합의 계층이 갈라지고 기본 보안이 희석되며 네트워크가 원래 보안을 유지하기 위해 가입할 더 많은 노드를 호출해야 함을 의미합니다. 그러나 Celestia는 공통 데이터 가용성 계층을 제공하므로 Celestia 기반의 롤업은 독립적으로 노드 업그레이드, 토큰 공급을 결정하거나 자체 유효성 기준을 정의할 수 있습니다. 이러한 주권은 롤업에게 큰 자유와 실험의 여지를 제공합니다.

확장 문제 해결: 데이터 가용성의 원칙과 중요성

탈신뢰는 블록체인 사고의 전제이며 데이터는 신뢰가 아닌 검증을 통해 전송됩니다. 블록체인 관점에서 기존 데이터로 무언가를 재현할 수 없다면 그것은 존재하지 않는 것입니다.일부 데이터로 모든 데이터를 복원하는 이 프로세스를 데이터 가용성 증명이라고 합니다.단일 블록체인에서 데이터 가용성을 달성하는 방법은 모든 데이터를 풀노드로 다운로드하는 것인데, 이 방법은 확장성이 떨어지고 노드 요구 사항이 높습니다. 모듈식 확장 솔루션은 합의 및 실행 계층에서 데이터 가용성을 분리합니다. 이것은 또한 노드 업그레이드가 필요하지 않기 때문에 가장 이상적인 솔루션으로 간주됩니다.

데이터 가용성은 온체인과 오프체인의 두 가지 방식으로 나뉩니다.

온체인: 블록 생산자가 모든 트랜잭션 데이터를 온체인에 게시하고 검증자가 다운로드하도록 합니다. 이것은 일반적으로 전체 노드와 라이트 클라이언트를 모두 지원하는 모놀리식 블록체인에 사용됩니다. 또한 Danksharding은 체인에서 DA를 실현하기 위해 완전히 새로운 방법을 채택합니다.
오프 체인: 블록 생산자는 트랜잭션 데이터를 체인에 게시하지 않지만 데이터 가용성을 증명하기 위해 암호화된 약속을 제공합니다.Ethereum의 롤업 솔루션과 Modular는 모두 이 접근 방식을 채택합니다.

특정 구현 방법: 블록 제안자(Block Proposer)는 각 블록의 정보를 게시해야 하며 노드(Validator)는 사용 가능한 데이터에 따라 트랜잭션 정보를 복원하고 블록 제안자가 공개한 정보가 블록과 동일한지 확인합니다. 노드가 모든 데이터를 다운로드할 때 복원된 정보. 블록 제안자는 데이터의 일부만 게시하기 때문에 데이터를 숨기거나 변조하고 거래에 대한 공격을 시작하는 것을 배제하지 않습니다. 이 공격은 "data withholding attacks”。

현재 "데이터 보류 공격"을 방지하는 4가지 방법이 있습니다.

Data Availability Committees: Pure Validium은 트랜잭션 데이터를 블록 생산자를 통해 오프체인에 저장하며 이는 다소 중앙화되어 있습니다. DAC는 오프체인 데이터의 사본을 오프라인으로 기록하지만 분쟁 발생 시 사용할 수 있도록 해야 합니다. DAC 회원은 또한 위의 데이터가 실제로 사용 가능하다는 온체인 증명을 게시합니다.
Proof-of-stake data availability committees: 누구나 검증자가 되어 데이터를 오프체인에 저장할 수 있습니다. 그러나 스마트 계약에 예치되는 "본드"를 제공해야 합니다. 지분 증명 데이터 가용성 위원회는 일반 DAC보다 훨씬 더 안전합니다. 무허가 및 신뢰가 없을 뿐만 아니라 정직한 행동을 장려하기 위해 신중하게 설계된 인센티브도 있습니다. DAC의 중앙 집중화 위험을 어느 정도 해결합니다.
Data Availability Sampling(DAS): DAS 메커니즘에서 노드는 여러 라운드 동안 작은 블록을 무작위로 샘플링하여 데이터의 가용성을 확인합니다. 많은 노드가 블록의 서로 다른 부분을 동시에 샘플링하기 때문에 가용성을 확인하기 위해 통계적 확실성이 달성됩니다. DAS는 라이트 클라이언트 데이터 가용성에 적합할 뿐만 아니라 모듈식 DA 체계에도 널리 사용됩니다.
Data Availability Proofs: DAS와 삭제 코딩을 결합하면 DAS가 모든 데이터를 검증하지 않기 때문에 블록 제안자는 여전히 "데이터 보류 공격"을 구현할 수 있습니다. 이레이저 코딩은 데이터 자체에 중복 데이터를 추가하여 적은 데이터로 트랜잭션을 복원하는 것입니다. 블록 제안자는 더 적은 데이터를 게시해야 하므로 블록 제안자가 공격을 수행하려면 블록 데이터의 50% 이상을 유지해야 하며 삭제 코딩 없이 공격을 수행하려면 1%만 유지하면 됩니다. .

이레이저 코딩은 원본 데이터를 재구성하는 데 사용할 수 있는 중복 조각(이레이저 코드)을 추가하여 데이터 세트를 두 배로 만드는 기술입니다. CD-ROM에서 위성 통신, QR 코드에 이르기까지 정보 기술 분야에서 보편적입니다. 무스타파 알-바삼사용 가능한 데이터기사에서 설명한 것처럼 삭제 코드를 사용하면 사용자는 1MB 크기의 블록을 가져와 2MB 크기로 "확대"할 수 있습니다. 여기서 추가 1MB는 삭제 코드라는 특수 데이터입니다. 블록의 바이트가 손실되면 사용자가 코드를 통해 이러한 바이트를 쉽게 복구할 수 있습니다. 최대 1MB의 블록이 손실되더라도 전체 블록을 복구할 수 있습니다. 동일한 기술을 통해 컴퓨터는 CD-ROM이 손상되더라도 CD-ROM의 모든 데이터를 읽을 수 있습니다.

현재 가장 일반적으로 사용되는 코드는 Reed-Solomon 코드입니다. 이는 k 정보 블록에서 시작하여 관련 다항식을 구성하고 다른 x 좌표에서 평가하여 코딩된 블록을 얻음으로써 달성됩니다. RS 이레이저 코딩을 사용하면 무작위 샘플링으로 많은 양의 데이터가 손실될 가능성이 매우 적습니다. KZG Polynomial Commitment는 인코딩되지 않은 정보 블록에 대한 커밋을 기반으로 Reed-Solomon으로 인코딩된 블록을 직접 검증할 수 있으므로 잘못된 인코딩의 여지가 없습니다.

원천:

원천:https://www.paradigm.xyz/2022/08/das

첫 번째 레벨 제목

해석: 모듈식 프로젝트/솔루션

Danksharding

Danksharding은 이더리움 모듈식 솔루션입니다. 단순 샤딩과 달리 Danksharding은 DAS를 사용하여 데이터의 가용성을 확인하므로 유효성 검사기가 Sharding의 단일 샤드에 데이터를 숨기고 악을 행하는 문제를 해결합니다. 샤딩은 블록과 블록 제안자를 서로 다른 샤드에 분산시키는 반면 Danksharding은 Merge Fee Market의 개념을 도입하여 유일한 블록 제안자가 모든 거래 데이터를 처리합니다. 동시에 블록 빌더와 블록 제안자(PBS)의 분리는 노드 요구 사항을 높이는 문제를 방지합니다.

Proto-danksharding(EIP-4844)은 완전한 샤딩 로드맵으로 가는 길입니다. 새로운 트랜잭션 유형 "Blob-carrying Transaction"을 제안합니다. Blob은 동일한 데이터 크기를 특징으로 하며 calldata보다 훨씬 저렴하고 데이터 용량이 calldata보다 큽니다.

간단한 KZG 다항식 약정을 사용하는 것과 달리 Proto-danksharding은 해시된 KZG 다항식 약정을 사용하여 EVM 호환성 및 향후 용량 호환성을 달성합니다.

이미지 설명

출처: Ethereum.org

Validium

쉽게 말해 Validium은 이더리움을 중심으로 한 L2확장 솔루션으로, zkRollup과 유사하지만 유일한 차이점은 데이터 가용성을 오프체인에 두는 것입니다. 그 결과 Validium은 용량을 크게 확장하여 초당 9000건의 트랜잭션 속도에 도달했습니다.

Validium을 더 잘 이해하기 위해 Validium을 채택하여 데이터 가용성 솔루션을 구현한 프로젝트인 StarkEX를 언급해야 합니다. StarkEX는 StarkWare에서 개발한 STARK 기반 확장성 엔진으로 암호화폐 거래소에 적용할 수 있습니다. 2019년 여름에 출시된 StarkEx는 zk-STARK의 유효성을 입증하는 독립적인 맞춤형 확장 솔루션을 채택합니다. 현재 dYdX, Sorare, Immutable 및 Deversifi가 있습니다.네 가지 제품。

StarkEX의 데이터 가용성에는 zk-Rollup, Validium 및 Volition의 세 가지 옵션 모드가 있습니다. 그중 Validium은 오프체인 데이터 가용성 솔루션입니다. 이 체계에서 데이터 보안은 데이터 가용성 위원회(DAC)의 8개 노드에 의해 유지됩니다.

이 솔루션의 이점은 거래 비용과 개인 정보 보호 감소입니다. 무엇보다도 사용자는 더 이상 온체인 데이터에 대해 비용을 지불할 필요가 없습니다. 대부분의 가스 비용이 체인의 상태를 업데이트하는 데 사용되기 때문입니다. 또한 Validum은 개인 정보 보호를 위해 DAC에서 보관 및 유지 관리하는 사용자의 계정 할당량 정보를 오프체인에 둡니다.

그러나 사용자는 Validium이 거래 수수료를 줄이고 상대적인 프라이버시를 가지지만 DAC 구성원을 신뢰해야 한다는 점을 고려해야 합니다. 이는 Validium 솔루션의 가장 큰 약점이기도 합니다.

첫째, DAC의 서명 키는 온체인에 저장되므로 이러한 키는 공격에 취약합니다. 예를 들어 공격자는 Validium을 자신만 아는 상태로 변환하여 자산을 동결하고 몸값을 요구할 수 있습니다. 8명의 구성원으로만 구성된 DAC는 상대적으로 보안이 취약한 권한 증명 네트워크와 유사합니다.

또한 StarkEX의 Validium은 Validium 운영자 또는 데이터 가용성 관리자가 사용자의 자산을 완전히 동결할 수 있기 때문에 상대적으로 중앙 집중식입니다. 사용자에게 공개하지 않고 해시 상태를 변경할 수 있습니다. 그러나 이 정보가 없으면 사용자는 자신의 계정에 대한 소유권 인증서를 만들 수 없습니다.

반대로 zkRollup의 솔루션은 사용자 자금을 동결하지 않습니다. 이는 zkRollup의 경우 상태 재구축에 필요한 정보가 이더리움의 트랜잭션 데이터를 호출해야 하며, 그렇지 않으면 zkRollup이 상태 변경을 거부하기 때문입니다(Blue Fox Notes, 2020). 즉, zkRollup의 보안과 상태는 이더리움 메인넷에 의해 보장됩니다. 사용자가 Ethereum의 zkRollup 계약에 신청서를 제출하는 한 자산을 인출할 수 있습니다. 하지만 이더리움 메인넷에 제출하는 정보 검증 요청과 검증 과정에는 트랜잭션 수에 따라 선형적으로 증가하는 소액의 가스비가 수반됩니다. 따라서 Validium의 솔루션과 비교할 때 zkRollup은 초당 2000개의 트랜잭션만 달성할 수 있습니다.

StarkEX에는 세 번째 데이터 가용성 솔루션인 Volition도 있지만 비교적 이해하기 쉽습니다. 이는 하이브리드 데이터 가용성 시스템으로, 사용자는 데이터를 오프체인 또는 온체인에서 사용할 수 있도록 할지 여부를 선택하고 장단점을 평가할 수 있습니다.

zkPorter

앞에서 언급한 바와 같이 zkRollup의 확장 솔루션은 거래가 오프체인에서 처리되도록 한 다음 결과를 온체인 데이터 가용성과 함께 이더리움의 전체 노드에 동기화하는 것입니다.

특히 zkRollup 계정의 사용자가 이 계정의 자산을 소유하고 있음을 증명하려는 경우 사용자는 Merkle Path를 제공하고 이더리움 네트워크의 모든 전체 노드에 상태 변경 또는 최종 상태를 브로드캐스트할 수 있습니다(아래 그림 왼쪽 참조). ). 이와 같이 zkRollup의 운영자가 특정 데이터를 숨기고 싶어도 사용자는 이더리움 네트워크에서 직접 데이터를 추출할 수 있습니다. 이 체계는 사용자에게 데이터 가용성을 제어할 수 있는 자율성을 제공하지만 "누구나검열 방지를 보장하기 위해 레이어 2의 상태를 직접 재구성할 수 있습니다." 그러나 이더리움 네트워크에서 상태 변경을 확인하는 작업이 블록 공간을 차지하기 때문에 확장에 병목 현상이 수반됩니다.

그리고 zkPorter는 zkRollup의 고급 확장 솔루션으로 zkPorter 계정의 사용자가 이더리움 메인넷에 상태 변경을 calldata로 업데이트하지 않고 Guardians로 구성된 네트워크에 전송한다는 점에서 이전 솔루션과의 차이점이 있습니다. 아래 그림의 측면).

원천:

zkPorter by zkSync @ ETH Global

원천:https://www.youtube.com/watch?v=dukgSVE6fxc&ab_channel=MatterLabs

zkRollup과 zkPorter는 두 가지 확장 솔루션이지만 양쪽에서 계약과 계정의 원활한 상호 작용을 방해하지는 않습니다. 또한 사용자 경험의 관점에서 zkPorter 계정의 거래 수수료가 절감됩니다.100원천:

원천:https://twitter.com/zksync/status/1381955843428605958

Eigenlayer

원천:

원천:https://messari.io/report/eigenlayer-to-stake-and-re-stake-again

Datalayer는 Eigenlayer 위에 구축된 데이터 가용성 프로토콜 미들웨어입니다. Datalayr는 KZG 다항식 약정 및 삭제 코드를 사기 증명 및 필수 공개와 결합하여 노드에 대한 무결성 보장을 제공합니다. 그들은 테스트넷에서 10MB/s의 처리량을 가지고 있으며 이는 과거 데이터를 고려하지 않은 것입니다. 노드 수가 증가하면 더 많은 처리량을 사용할 수 있고 검증 비용이 저렴해집니다. 1,000개의 노드가 있으면 Ethereum이 330 TX/s를 처리할 수 있습니다.

Datalayr의 단점은 데이터 가용성 서비스를 제공하기 위해 얼마나 많은 ETH 스테이커가 인센티브를 받을지 아직 알려지지 않았다는 것입니다. 따라서 확장성 및 보안에 대해 어떠한 주장도 할 수 없습니다.

Polygon Avail

Polygon Avail은 모듈식 데이터 가용성 블록체인입니다. 다른 독립 체인, 사이드체인 또는 오프체인 데이터 가용성을 위해 확장하도록 설계되었습니다. KZG 다항식 약정, 데이터 가용성 샘플링(DAS) 및 삭제 코딩을 사용하면 라이트 클라이언트가 사기 증거에 의존하지 않고 데이터 가용성 검증자 역할도 할 수 있습니다. Polygon이 8월 30일 공개한 테스트 데이터에 따르면 현재 Avail의 블록 생성 시간은 20초이며 각 블록은 약 2MB의 데이터를 저장할 수 있습니다. 평균 트랜잭션 크기가 250바이트라고 가정하면 각 Polygon Avail 블록은 이제 약 8,400개의 트랜잭션(초당 420개의 트랜잭션)을 수용할 수 있습니다.

데이터 가용성을 위한 Polygon Avail 외에도 Polygon 생태계 확장 솔루션에는 다음이 포함됩니다.

Polygon PoS: 무허가 PoS 노드 시리즈를 통해 보호되는 EVM 호환 이더리움 사이드체인 zk-롤업 기반 이더리움 레이어2인 Polygon Hermez;
Polygon Edge: 프라이빗 또는 퍼블릭 이더리움 호환 블록체인을 지원하는 맞춤형 모듈식 프레임워크 제공, ERC20, ERC721 및 ERC1155 토큰을 비공개로 전송하는 비용을 줄이기 위해 설계된 낙관적 롤업인 Polygon Nightfall;
Polygon Miden: zk-STARK 기반의 이더리움 레이어 2 확장 솔루션이며, 그 핵심은 Miden VM: 일정 수준의 보안을 제공하고 고급 기능을 지원하는 Turing-complete STARK 기반 가상 머신
Polygon Zero부인 성명
원천:https://polygon.technology/solutions/polygon-avail/

항목 비교

참조:

https://medium.com/@Jon_Charbonneau/celestia-the-foundation-of-a-modular-blockchain-world-95900fe2cfb0

https://twitter.com/ptrwtts/status/1509869606906650626

https://mp.weixin.qq.com/s/mpHSH-L48jJebtFZQrg3kw

https://rainandcoffee.substack.com/p/the-modular-world

https://twitter.com/apolynya/status/1517137608253485059

https://twitter.com/zksync/status/1381955843428605958

https://www.tuoluo.cn/article/detail-10012090.html

https://coinmarketcap.com/alexandria/article/what-is-data-availability

https://www.chaincatcher.com/article/2077770

https://messari.io/report/rollups-execution-through-the-modular-lens

https://ethereum.org/en/developers/docs/data-availability/

https://www.paradigm.xyz/2022/08/das

https://messari.io/report/progression-of-the-data-availability-problem?referrer=author:eshita-nandini

부인 성명

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