Was ist Datenverfügbarkeit im Kontext der Skalierung?

Datenverfügbarkeit bei der Skalierung: Grundprinzipien

1. Unter Datenverfügbarkeit versteht man die Gewissheit, dass alle mit einem Block verbundenen Transaktionsdaten für jeden Netzwerkteilnehmer öffentlich zugänglich und überprüfbar sind. Bei der Blockchain-Skalierung wird dies von entscheidender Bedeutung, wenn von monolithischen Architekturen zu modularen Designs übergegangen wird, bei denen Ausführung und Konsens von der Datenveröffentlichung getrennt sind.

2. Wenn Rollups Transaktionen außerhalb der Kette verarbeiten, müssen sie komprimierte Transaktionsdaten zurück an die Basisschicht senden. Dadurch können Validatoren in der Hauptkette den Status bei Bedarf rekonstruieren und so Transparenz und Sicherheit gewährleisten, selbst wenn die Berechnung an anderer Stelle erfolgt.

3. Ohne garantierte Datenverfügbarkeit könnten böswillige Akteure gültige Transaktionen ausführen, aber die zugrunde liegenden Daten zurückhalten, wodurch es für andere unmöglich wird, Betrug zu erkennen oder den korrekten Zustand zu reproduzieren. Dies untergräbt das Vertrauen in Systeme wie optimistische Rollups, die auf Challenge-Zeiträumen basieren.

4. Die Gewährleistung der Datenverfügbarkeit ermöglicht eine erlaubnisfreie Überprüfung. Jeder Knoten, auch leichtgewichtige, kann Teile der Daten mithilfe von Techniken wie Erasure Coding und Data Availability Sampling (DAS) abtasten, wodurch der Bedarf an vollständigen Knoten verringert und gleichzeitig die Dezentralisierung gewahrt bleibt.

5. Projekte wie Ethereum integrieren Proto-Danksharding und schließlich vollständiges Danksharding, um den Datenverfügbarkeitsdurchsatz zu verbessern. Diese Upgrades führen eine Trennung zwischen Antragsteller und Builder sowie Blob-tragende Transaktionen ein, um das Volumen der verfügbaren Daten zu erhöhen, ohne die Sicherheit zu beeinträchtigen.

Rolle der Datenverfügbarkeit in Layer-2-Lösungen

1. Optimistische Rollups hängen vollständig von der Datenverfügbarkeit ab, um sicher zu funktionieren. Wenn Sequenzierer Transaktionsergebnisse, aber nicht die Eingabedaten veröffentlichen, können Herausforderer während des Streitfallfensters keine falschen Statusübergänge nachweisen, wodurch der betrugssichere Mechanismus unwirksam wird.

2. Zero-Knowledge-Rollups erfordern ebenfalls Datenverfügbarkeit, auch wenn ihre Abhängigkeit unterschiedlich ist. Während Gültigkeitsnachweise die Korrektheit mathematisch garantieren, stellt die Veröffentlichung von Eingabedaten die langfristige Reproduzierbarkeit sicher und verhindert Szenarien, in denen historische Daten verloren gehen oder zensiert werden.

3. Validium und ähnliche Architekturen speichern Daten außerhalb der Kette bei vertrauenswürdigen Gremien und tauschen dabei eine gewisse Dezentralisierung gegen einen höheren Durchsatz ein. Allerdings birgt dies Zentralisierungsrisiken, da Benutzer darauf vertrauen müssen, dass die Betreiber Daten bei Bedarf zur Verfügung stellen.

4. Plasma-Ketten vermeiden die Veröffentlichung von Transaktionsdaten vollständig in der Kette, was ihre Funktionalität und ihr Sicherheitsmodell erheblich einschränkt. Sie veranschaulichen die Kompromisse, die auftreten, wenn die Datenverfügbarkeit zugunsten der Skalierbarkeit beeinträchtigt wird.

5. Modulare Blockchains wie Celestia delegieren die Datenverfügbarkeit an eine dedizierte Ebene, sodass sich Ausführungsumgebungen ausschließlich auf die Verarbeitung von Transaktionen konzentrieren können. Diese Spezialisierung erhöht die Flexibilität und Leistung in heterogenen Netzwerken.

Technologische Innovationen verbessern die Datenverfügbarkeit

1. Erasure Coding erweitert Originaldaten in redundante Fragmente und ermöglicht so eine Rekonstruktion, selbst wenn einige Teile fehlen. Mit dieser Technik können Netzwerke die Verfügbarkeit probabilistisch überprüfen, anstatt jedes Byte herunterladen zu müssen.

2. Mithilfe der Datenverfügbarkeitsstichprobe können Light-Clients bestätigen, dass ausreichend Daten veröffentlicht wurden, indem sie zufällig kleine Teile eines Blocks abfragen. Bei genügend Stichproben nähert sich die statistische Konfidenz nahezu der Sicherheit und gewährleistet die Sicherheit, ohne dass hohe Bandbreitenanforderungen gestellt werden.

3. KZG-Verpflichtungen liefern kryptografische Beweise dafür, dass codierte Daten einer Polynomstruktur entsprechen, wodurch ungültige Erweiterungen verhindert und die Konsistenz über die abgetasteten Blöcke hinweg sichergestellt wird. Diese sind grundlegend für die bevorstehende EIP-4844-Implementierung von Ethereum.

4. Peer-to-Peer-Netzwerkverbesserungen sorgen für eine schnelle Verbreitung von Datenblobs über geografisch verteilte Knoten. Effiziente Klatschprotokolle reduzieren die Latenz und verhindern Engpässe in Spitzenzeiten.

5. Rollup-Betreiber beginnen mit der Implementierung dezentraler Sequenzersätze und gemeinsamer Datenverfügbarkeitsebenen, um Single Points of Failure zu beseitigen und die Zensurresistenz zu erhöhen.

Häufig gestellte Fragen

Was passiert, wenn in einem optimistischen Rollup keine Daten verfügbar sind? Wenn ein Sequenzer keine Transaktionsdaten veröffentlicht, können Benutzer keine Betrugsnachweise einreichen, selbst wenn sie eine ungültige Statusaktualisierung vermuten. Dies bricht das Sicherheitsmodell und ermöglicht möglicherweise den Diebstahl von Geldern oder irreversible Korruption. Benutzer können gezwungen sein, das Rollup präventiv zu beenden, um ihre Vermögenswerte zu schützen.

Wie funktioniert die Datenverfügbarkeitsstichprobe in der Praxis? Ein Light-Client stellt eine Verbindung zum Netzwerk her und fordert zufällige Teile eines mit Erasure Coding codierten Datenblocks an. Durch den erfolgreichen Abruf mehrerer Zufallsstichproben wird ein hohes Maß an Sicherheit gewonnen, dass der Großteil der Daten verfügbar ist. Die Erkennungswahrscheinlichkeit steigt mit jeder erfolgreichen Abfrage exponentiell.

Warum kann bei Zero-Knowledge-Rollups die Datenveröffentlichung nicht vollständig übersprungen werden? Während ZK-Proofs die Richtigkeit validieren, verhindert das Fehlen von Eingabedaten eine unabhängige Prüfung, Fehlerbehebung und Wiederspielbarkeit. Die Einhaltung gesetzlicher Vorschriften, forensische Analysen und Interoperabilität erfordern häufig den Zugriff auf rohe Transaktionsdetails, sodass trotz kryptografischer Garantien eine vollständige Datenveröffentlichung erforderlich ist.

Ist die Datenverfügbarkeit nur für Ethereum relevant? Nein. Jede Blockchain, die Skalierbarkeit durch Layer-2-Lösungen oder Sharding anstrebt, steht vor dem Problem der Datenverfügbarkeit. Netzwerke wie Polygon, Arbitrum, zkSync und Nicht-EVM-Ökosysteme wie Solana und Aptos implementieren verschiedene Strategien, um Durchsatz, Kosten und Verfügbarkeitsgarantien in Einklang zu bringen.