Qu'est-ce que le « problème de disponibilité des données » et pourquoi constitue-t-il un défi de mise à l'échelle ?

Comprendre le problème de disponibilité des données dans la blockchain

1. Le problème de disponibilité des données fait référence au défi consistant à garantir que tous les participants d’un réseau blockchain puissent accéder et vérifier l’intégralité des données de transaction pour chaque bloc. Dans les systèmes décentralisés, en particulier ceux visant un débit élevé, tous les nœuds ne stockent ou ne téléchargent pas des blocs complets de données. Cela crée un risque où des acteurs malveillants pourraient produire des blocs avec des transactions manquantes ou cachées, compromettant ainsi la confiance et la sécurité.

2. Lorsque les blocs sont publiés sans données complètes, les nœuds ne peuvent pas valider si les transactions sont légitimes ou si des tentatives de double dépense se produisent. Les clients légers, qui s'appuient sur des résumés tels que des en-têtes de blocs ou des preuves, sont particulièrement vulnérables car ils ne téléchargent pas des blocs entiers. Ils doivent partir du principe que les données sont disponibles même s’ils ne peuvent pas les vérifier directement.

3. Ce problème s’accentue à mesure que les blockchains évoluent. Des solutions telles que les rollups visent à traiter des milliers de transactions hors chaîne et à soumettre uniquement des données compressées à la chaîne principale. Cependant, à moins de garantir que ces données compressées soient accessibles au public, le système reste non sécurisé. Si les données sont retenues, les utilisateurs ne peuvent pas reconstituer l'état ni détecter la fraude.

4. Assurer la disponibilité des données est essentiel pour maintenir l’intégrité du consensus. Sans cela, les fondements d’une vérification sans confiance s’érodent. Les nœuds peuvent accepter des blocages basés sur des informations incomplètes, ouvrant ainsi la porte à des attaques telles que des transitions d'état invalides ou un vol silencieux de fonds via une activité frauduleuse dissimulée.

Pourquoi la mise à l'échelle exacerbe le problème

1. À mesure que les réseaux blockchain se développent, le volume des données de transaction augmente considérablement. Les chaînes à haut débit génèrent de gros blocs, ce qui rend difficile pour les utilisateurs moyens ou les appareils légers de télécharger et de stocker toutes les données. Cela conduit à une pression de centralisation, où seules les entités disposant de ressources suffisantes peuvent gérer des nœuds complets, affaiblissant ainsi la décentralisation.

2. Les solutions de mise à l'échelle de couche 2 telles que les cumuls optimistes dépendent de la disponibilité des données pour permettre des preuves de fraude. Si les séquenceurs publient les résultats de la transaction mais retiennent les données d'entrée, les challengers ne peuvent pas prouver un acte répréhensible. Cela rend le mécanisme de détection de la fraude inefficace et compromet les fonds des utilisateurs.

3. Les architectures de partage divisent le réseau en chaînes parallèles, chacune traitant ses propres transactions. Pour que la communication entre fragments fonctionne en toute sécurité, les nœuds d’un fragment doivent être capables de vérifier les données d’un autre. Sans disponibilité garantie, les transactions entre fragments deviennent peu fiables et sujettes à la manipulation.

4. L’augmentation de la taille des blocs pour accueillir davantage de transactions intensifie les besoins en bande passante. Même si les mineurs ou les validateurs ont accès à l’intégralité des données, ce n’est peut-être pas le cas des utilisateurs réguliers. Cette disparité porte atteinte au principe de vérification sans autorisation, principe fondamental de la technologie blockchain.

Approches innovantes pour garantir la disponibilité des données

1. L'échantillonnage de disponibilité des données (DAS) permet aux clients légers de vérifier de manière probabiliste que les données de bloc ont été publiées en demandant des morceaux aléatoires au réseau. Grâce au codage par effacement, les blocs sont étendus avec des éléments redondants de sorte que même si certaines parties sont manquantes, les données originales peuvent toujours être reconstruites. Les clients qui téléchargent seulement de petites portions peuvent être sûrs que l'intégralité des données est disponible.

2. Les blockchains modulaires séparent l'exécution des couches de consensus et de disponibilité des données. Des systèmes comme Celestia se spécialisent dans la publication et la sécurisation des données, permettant aux environnements d'exécution tels que les rollups d'hériter des garanties de disponibilité sans gérer eux-mêmes le stockage. Cette spécialisation améliore l'évolutivité tout en préservant la sécurité.

p>3. Les protocoles de cumul imposent désormais la publication des données d'appel sur les chaînes de couche 1 comme Ethereum. En forçant les séquenceurs à publier les entrées de transaction en chaîne, même si l'exécution a lieu hors chaîne, les utilisateurs conservent la possibilité de recalculer les états et de détecter les écarts. Cette approche équilibre les gains de performance et l’auditabilité.

4. Les réseaux peer-to-peer sont optimisés pour propager les données plus rapidement et plus efficacement. Des techniques telles que le routage basé sur Kademlia et la réplication proactive permettent de garantir qu'une fois les données publiées, elles se propagent rapidement sur le réseau, réduisant ainsi la fenêtre pendant laquelle les attaques de rétention pourraient réussir.

Foire aux questions

Que se passe-t-il si les données ne sont pas disponibles dans un cumul optimiste ? Si un séquenceur de cumul soumet une mise à jour d'état mais ne publie pas les données de transaction sous-jacentes, les utilisateurs ne peuvent pas générer de preuves de fraude. Cela signifie que des états incorrects peuvent ne pas être contestés, ce qui peut entraîner une perte de fonds. La disponibilité garantit que n’importe qui peut agir en tant que vérificateur.

Comment le codage d’effacement aide-t-il à résoudre la disponibilité des données ? Le codage par effacement transforme un bloc en un ensemble plus large de fragments codés, dont seul un sous-ensemble est nécessaire pour récupérer les données d'origine. Même si certains fragments sont manquants, le bloc complet peut toujours être récupéré, permettant une vérification statistique par échantillonnage.

Les preuves sans connaissance peuvent-elles éliminer le besoin de disponibilité des données ? Bien que les zk-rollups utilisent des preuves de validité qui garantissent cryptographiquement l'exactitude, ils nécessitent toujours une certaine forme de publication de données pour les soldes des comptes et les racines des états. Les systèmes entièrement axés sur la confidentialité peuvent masquer les entrées, mais les données critiques sur les différences d'état doivent rester disponibles pour empêcher la censure et permettre la synchronisation.