Was ist eine „Datenverfügbarkeitsschicht“ und warum ist sie für modulare Blockchains von entscheidender Bedeutung?

Datenverfügbarkeit in der modularen Blockchain-Architektur

1. Datenverfügbarkeit bezieht sich auf die Gewährleistung, dass Transaktionsdaten veröffentlicht und für alle Netzwerkteilnehmer zugänglich sind, nachdem eine Sperre vorgeschlagen wurde. In traditionellen monolithischen Blockchains liegt diese Verantwortung vollständig in der Kette selbst – Knoten validieren, führen aus und speichern alle Daten. Modulare Blockchains unterteilen diese Funktionen jedoch in verschiedene Ebenen: Ausführung, Konsens und Datenverfügbarkeit.

2. Die Datenverfügbarkeitsschicht stellt sicher, dass selbst wenn ein Validator einen neuen Block vorschlägt, er keinen Teil der Transaktionsdaten verbergen kann. Dadurch wird verhindert, dass böswillige Akteure gültig aussehende Blöcke erstellen und gleichzeitig wichtige Informationen zurückhalten, die für die Überprüfung erforderlich sind. Ohne Zugriff auf vollständige Daten können Knoten weder Betrug erkennen noch den Zustand rekonstruieren, was das Vertrauen in das System untergräbt.

3. Rollups, insbesondere optimistische und wissensfreie Varianten, sind stark auf externe Datenverfügbarkeitslösungen angewiesen. Diese Rollups verarbeiten Transaktionen außerhalb der Kette, veröffentlichen jedoch komprimierte Transaktionsdaten zur Speicherung auf einer anderen Blockchain – üblicherweise Ethereum. Wenn diese Daten nicht verfügbar wären, hätten Benutzer keine Möglichkeit, falsche Statusübergänge anzufechten oder das Rollup sicher zu beenden.

4. Fehler bei der Datenverfügbarkeit gefährden das gesamte Sicherheitsmodell dezentraler Systeme, da ehrliche Knoten ohne vollständigen Datenzugriff die Richtigkeit nicht unabhängig überprüfen können. Dies wird immer wichtiger, da immer mehr Anwendungen auf Layer-2-Skalierungslösungen migrieren, die eine zugrunde liegende Datentransparenz voraussetzen.

Wie die Datenverfügbarkeitsstichprobe die Skalierbarkeit verbessert

1. Eine wichtige Innovation, die eine skalierbare Datenverfügbarkeit ermöglicht, ist Data Availability Sampling (DAS). Anstatt zu verlangen, dass jeder Knoten einen ganzen Block herunterlädt, ermöglicht DAS es Lightweight-Clients, die Datenverfügbarkeit durch zufällige Stichproben kleiner Teile eines Blocks probabilistisch zu überprüfen.

2. Mittels Erasure Coding werden Blöcke mit redundanten Datenfragmenten erweitert. Selbst wenn einige Teile fehlen, kann der ursprüngliche Inhalt rekonstruiert werden. In Kombination mit DAS bedeutet dies, dass ein Knoten nur genügend Chunks erfolgreich abtasten muss, um statistisch zu bestätigen, dass der vollständige Block verfügbar ist.

3. Diese Methode reduziert die Bandbreitenanforderungen für teilnehmende Knoten drastisch und ermöglicht es mehr Akteuren, die Datenverfügbarkeit zu überprüfen, ohne eine High-End-Infrastruktur zu benötigen. Es ermöglicht öffentlichen Blockchains, den Durchsatz zu skalieren und gleichzeitig die Dezentralisierung aufrechtzuerhalten.

4. Durch den Übergang vom vollständigen Datendownload zur statistischen Überprüfung unterbricht DAS die direkte Verbindung zwischen Blockgröße und Knotenressourcenbedarf und macht große Netzwerke nachhaltiger.

Rolle dedizierter Datenverfügbarkeitsschichten

1. Aufstrebende Projekte wie Celestia, EigenDA und Avail konzentrieren sich ausschließlich auf die Bereitstellung von Datenverfügbarkeitsdiensten. Diese Schichten führen keine Transaktionen aus und erzwingen keine intelligente Vertragslogik. Ihr einziger Zweck besteht darin, Daten sicher und effizient zu bestellen und zu veröffentlichen.

2. Durch die Entkopplung der Datenverfügbarkeit von Ausführung und Konsens gewinnen Entwickler Flexibilität beim Entwurf anwendungsspezifischer Blockchains. Solche Ketten können eine gemeinsame, sichere Datenschicht nutzen und gleichzeitig die Autonomie über ihre Ausführungsumgebung bewahren.

p>3. Diese dedizierten Schichten verwenden häufig optimierte Konsensmechanismen, die auf einen hohen Datendurchsatz zugeschnitten sind. Celestia verwendet beispielsweise einen Tendermint-basierten Konsens mit integrierter Erasure Coding und DAS-Unterstützung und ermöglicht so Tausende von Transaktionen pro Sekunde über mehrere Rollups hinweg.

4. Eine robuste Datenverfügbarkeitsschicht fungiert als grundlegende Vertrauensschicht und ermöglicht es Rollups und Appchains, Sicherheit zu erben, ohne um teuren Blockplatz auf ausführungsorientierten Ketten zu konkurrieren.

Sicherheitsimplikationen und Vertrauensannahmen

1. Die Verwendung einer externen Datenverfügbarkeitsschicht führt zu einer neuen Vertrauensdynamik. Während Ethereum aufgrund seines umfangreichen Validatorsatzes starke Garantien bietet, können neuere oder weniger dezentrale DA-Schichten schwächere Garantien bieten.

2. Bei einigen Systemen müssen Benutzer darauf vertrauen, dass sich die Mehrheit der DA-Validatoren ehrlich verhält, während andere durch Betrugsnachweise oder durch wirtschaftliche Anreize unterstützte Gültigkeitsnachweise stärkere kryptografische Garantien gewährleisten.

3. Langfristige Rentabilität hängt von der Ausrichtung der Anreize ab – Validatoren müssen für die Veröffentlichung von Daten ausreichend entlohnt und für das Zurückhalten dieser Daten bestraft werden. Token-Ökonomie und drastische Bedingungen spielen eine entscheidende Rolle bei der Durchsetzung ehrlichen Verhaltens.

4. Schichtübergreifende Abhängigkeiten bedeuten, dass Schwachstellen in der DA-Schicht nach oben kaskadieren können und sich auf alle abhängigen Rollups und Anwendungen auswirken. Daher sind strenge Prüfungen, erlaubnisfreie Beteiligung und transparente Governance unerlässlich.

Häufig gestellte Fragen

Was passiert, wenn in einem Rollup keine Daten verfügbar sind? Wenn Transaktionsdaten zurückgehalten werden, können Benutzer weder den Besitz nachweisen noch Auszahlungsanfragen stellen. Bei optimistischen Rollups könnte dies verhindern, dass Betrugsnachweise generiert werden, sodass ungültige Zustände bestehen bleiben können. Letztendlich beeinträchtigt die mangelnde Datenverfügbarkeit die Souveränität der Benutzer.

Kann eine Blockchain ohne garantierte Datenverfügbarkeit sicher sein? Nein. Sicherheit hängt von der Fähigkeit ehrlicher Knoten ab, alle Zustandsänderungen zu überwachen und zu überprüfen. Ohne Datenverfügbarkeit werden stille Angriffe möglich, bei denen böswillige Antragsteller den Zustand unbemerkt manipulieren, was zu irreversiblem Diebstahl oder Zensur führt.

Wie verbessert Erasure Coding die Datenverfügbarkeit? Erasure Coding teilt Daten in Fragmente auf und sorgt für Redundanz. Auch wenn bis zur Hälfte der Fragmente fehlen, können die Originaldaten dennoch wiederhergestellt werden. Dadurch können Netzwerke einen teilweisen Datenverlust oder das Zurückhalten von Daten tolerieren und so die Widerstandsfähigkeit gegen Verfügbarkeitsangriffe stärken.

Ist Datenverfügbarkeit dasselbe wie Datenpermanenz? Nicht ganz. Die Datenverfügbarkeit gewährleistet einen kurzfristigen Zugriff, sodass Knoten aktuelle Blöcke überprüfen können. Unter Datenpermanenz versteht man langfristige Speichergarantien. Obwohl sie verwandt sind, kann ein System das eine ohne das andere bieten – einige DA-Schichten bereinigen alte Daten, sofern sie nicht anderswo verankert sind.