作者：Avail；翻譯：金色財經cryptonaitive
近年來，關注擴展執行能力已經為Layer 2帶來了新一波的採用。同時，面對由於區塊空間受限和成本高昂而帶來的成長挑戰，越來越多的參與者現在已經認識到，可擴展的數據可用性層對於有效擴展區塊鏈至關重要。他們已經意識到，需要一個具有可擴展區塊空間的經濟基礎層，能夠支援各種類型的Rollups。
Avail和其他幾個團隊正在從頭開始建立可擴展的數據可用性解決方案，而其他一些團隊，如以太坊，則試圖在現有區塊鏈中增加數據可用性容量。無論採取何種方式，一個事實始終存在。開發者今天選擇的基礎層將在未來幾年內定義他們的競爭優勢。
Avail是一個不斷增長的模組化生態系統的一部分，致力於增加區塊鏈的數據可用性。其他DA解決方案，如Celestia和EigenDA，也正在進行類似的工作。每個解決方案都在通往區塊鏈可擴展性的道路上選擇了不同的路徑，包括以太坊，它目前正在實施Proto-Danksharding，也被稱為EIP-4844，作為實現其全面Danksharding長期目標的跳板。
本文將評估每種解決方案的優點和缺點。我們將突出不同的設計選擇，借助這種比較帶來的知識，我們希望讀者能找到最適合他們的DA層。
在深入研究每個類別之前，讓我們先進行一些概述：
網路安全
在考慮基礎層時，網路的安全性和彈性是首先要考慮的事情。以下是檢視網路強壯性的關鍵因素。
共識機制
在共識機制中，存在著一種基本的生存與安全之間的困境。生存確保交易迅速處理，並保持網路運作正常，而安全則保證交易準確安全。不同的區塊鏈系統為他們獨特的用例尋找合適的平衡選擇。
Avail使用了繼承自Polkadot SDK的BABE和GRANDPA共識機制。 BABE作為區塊生成引擎，透過與驗證節點協調來識別新的區塊生成者，優先保證生存。 GRANDPA作為最終確定性，它使得在超過三分之二的驗證者簽署包含該區塊的鏈的情況下，可以同時完成所有導致特定區塊的區塊的最終確定性。這種混合帳本使Avail具備了網路彈性，並使其能夠抵禦短暫的網路分區和大量的節點故障。
Avail的設計選擇類似於以太坊中使用的Casper和LMD GHOST。 LMD GHOST是以太坊的區塊產生引擎，它依賴類似BABE的機率最終確定性，而Casper FFG就像GRANDPA一樣，提供最終確定性保證。
Celestia的設計選擇是使用Tendermint，這使它能夠在生成的同時最終確定區塊。然而，這種選擇的權衡是當其運營者或驗證者的三分之一以上宕機時，鏈可能會停止。還需要注意的是，區塊最終確定性並不保證資料可用性。像Celestia這樣基於詐欺證明的設計意味著用戶需要等待DA保證，即使區塊已經實現即時最終確定性。
資料可用性委員會或DAC是負責提供或認證資料可用性的實體。它們使用密碼簽名表示委員會成員中的一個或多數同意資料可用。 EigenDA是一個鏈下DAC，以太坊驗證者可以選擇加入。 DAC成員提供智慧合約驗證的證明，並依賴一個獨立的外部服務進行資料排序。
去中心化
在考慮網路安全性時，有兩個關鍵因素需要考慮：總質押金金額和該質押分佈的情況。去中心化程度，即質押金額的分佈均勻程度，直接影響網路的安全性。考慮到潛在攻擊的成本，這是評估網路安全性的指標。因為試圖攻擊網路的對手需要破壞更多的節點來捕獲相同的質押，如果質押在更大的驗證者集合中均勻分佈，則攻擊成本較高。
Avail繼承了來自Polkadot的Nominated Proof of Stake（NPoS），使其能夠支援多達1,000個驗證者。 NPoS透過其順序的Phragmén方法，即多贏家選舉方法，具有有效的獎勵分配，可以緩解由於其質押分佈而導致的中心化風險。
此外，Avail是唯一可以從其輕客戶端P2P網路中取樣的DA層，而無需在網路中斷或瓶頸時依賴完整節點取得資料。這項獨特功能使Avail在所有當前和未來的資料可用性解決方案中脫穎而出，提供了強大的故障轉移機制，並增強了Avail資料可用性網路的彈性。
Celestia採用Tendermint作為其共識協議，其驗證者集合最多有數百個。
儘管以太坊作為一個整體區塊鏈在安全性方面達到了黃金標準，具有超過900,000個驗證節點，但網路的分佈水準在數量上並未充分反映。
相較之下，數據可用性委員會通常由負責向區塊鏈確認數據可用性的幾個節點組成。
需要注意的是，再質押並未向以太坊借用安全性。它的安全性依賴於其平台上再質押的總以太坊數量。換句話說，再質押對其安全性沒有任何好處，除了使用鎖定在以太坊中的現有質押中的一小部分。
作為DAC，基於以太坊的EigenDA聚合來自其完整節點的簽章。其智慧合約驗證證明無法為資料可用性採樣提供類似的DA 保證等級。 EigenLayer 利用再質押，涉及鎖定的以太坊來支持其網絡，其舉動也招致了對復用驗證者和過載以太坊共識的風險的批評。
執行環境開銷
具有智慧合約的單體區塊鏈在過去十年中引入了突破性的創新。然而，即使是當時的尖端技術，例如以太坊，其中數據可用性、執行和結算被合併為一體，也帶來了顯著的可擴展性限制。這些限制催生了將執行轉移到鏈下的Layer2，並促使了改進措施的發展，例如EIP-4844，也稱為Proto-danksharding和Danksharding。
確立的智能合約定義狀態，並作為rollups的橋樑。在這種方法中，以太坊充當驗證rollups準確性的權威。
Avail將執行和結算從基礎層中分割出來，並使rollups能夠直接將資料發佈到Avail。這種模組化方法的強大之處在於，建立在其上的rollups可以透過使用Avail的P2P輕客戶端網路驗證狀態，如果用於傳播執行證明，則可以靈活地升級它們的rollups，而不必依賴智能合約和基礎層來定義狀態。這種新方法賦予了開發人員一個可以根據需求進行擴展的基礎層，為他們提供了在結算方面選擇任何支援的執行層的選項。
Celestia採用與Avail類似的方法。唯一的區別在於，它的輕客戶端目前在完整節點宕機時無法支援網路。
EigenDA也沒有固定的結算層。
成長潛力
除了DA層的安全性和彈性外，還有適應不斷增長的、建立在其上的rollups和區塊鏈的需求的能力，對於它們的成功至關重要。讓我們來看看一些關鍵的考慮因素。
有效性證明
在討論有效性證明時，了解在DA層中欺詐證明和有效性證明之間的權衡是至關重要的。 Avail使用的KZG承諾是一種用於確保DA有效性的有效性證明類型，它減少了記憶體、頻寬和儲存要求，並提供了簡潔性，這意味著證明的大小是固定的，不受多項式度數的影響。這使得KZG承諾非常適合零知識基礎的區塊鏈，其中效率、隱私和可擴展性至關重要。
此外，與詐欺證明相比，Avail的輕客戶端可以迅速存取和採樣數據，並在新區塊最終確定後確保正確的區塊編碼，並在不需要等待挑戰期結束的情況下提供數據可用性保證。 KZG承諾和Avail的輕客戶端的結合加速了Avail上的驗證過程，使建立在其上的rollups或獨立鏈能夠利用其快速的驗證過程，為未來幾年的區塊鏈設計提供了可擴展性和靈活性。與Celestia等相比，這種驗證方法是使Avail脫穎而出的關鍵因素。
Celestia使用安全雜湊函數，產生速度比KZG承諾快得多。然而，這種選擇的權衡是它們必須依賴詐欺證明來確認糾刪編碼的準確性，這可能導致確保資料可用性保證方面存在潛在的延遲。
Celestia的輕節點無法確定資料是否可用，或等待掛起的詐欺證明是否已收到。換句話說，由於樂觀驗證的挑戰期，詐欺證明的使用減少了網路的輕節點明確確認採樣後資料可用性的能力。
至於EigenDA，它使用KZG承諾，並僅下載少量數據而不是完整的區塊，並採用有效性證明。它的方法是使用糾刪編碼將資料分割成較小的區塊，並要求運營商僅下載和儲存單一區塊，它是完整資料區塊blob大小的一小部分。
至於以太坊，目前版本雖然沒有使用有效性證明，但EIP-4844和全面Danksharding在實施時將採用有效性證明。
可擴展性
以太坊上的昂貴成本和交易緩慢的限制已經促使L2s的激增。它們已成為未來的執行層，推動對塊空間需求的成長。目前，將資料發佈到以太坊的費用估計占到rollups總成本的70%到90%。擴大區塊空間將導致驗證者和在以太坊上開發的應用程式的額外成本。
Avail和Celestia等基礎層的設計旨在解決這個問題。它們經過最佳化，適用於數據可用性，具有動態擴展區塊大小的能力。透過結合資料可用性採樣（DAS）的輕客戶端，它們有能力根據對網路的需求進行資料可用性區塊大小的擴展。這意味著隨著區塊空間的增加，建立在其上的應用程式仍然不受影響，因為這些網路中的輕客戶端可以在不需要下載整個區塊的情況下執行DAS。這種獨特的能力使它們不同於單體區塊鏈。
以太坊市值達到1,910億美元，擁有最大的社區。儘管在以太坊上建立的協議享有規模經濟的好處，但由於過去幾年有限的區塊空間，它們也面臨高昂的交易成本。隨著rollup的成長，用戶數量和交易數量達到頂峰，rollup已成為執行的最佳選擇。隨著區塊鏈技術變得越來越流行，對區塊空間的需求只會不斷增加。
儘管DACs可以在採用簡化的中心化方法的情況下擴展，但是一些Rollups將DACs用作臨時措施，直到它們找到去中心化的DA解決方案為止。
數據可用性採樣
Avail和Celestia都支援具有資料可用性採樣（DAS）的輕客戶端，使輕客戶端能夠提供最小化信任的安全性。如前文所述，主要的區別在於驗證的進行方式，以及在網路中斷或瓶頸時，Avail的輕客戶端P2P網路如何取代完整節點來支援網路。
相比之下，EIP-4844後的以太幣將不配備DAS。這意味著其輕客戶端將不具備這種升級的、最小化信任的安全特性。讓事情變得更加複雜的是，以太坊的DA 解決方案要容納其智慧合約環境。透過完整的danksharding，DAS 將用於擴展blob 空間，預計幾年後就會實現。
EigenDA的安全性建立在對少數完整節點或其他實體的信任上，因為它缺乏資料可用性採樣（DAS）。該協議的完整性依賴於委員會內的超過一半是誠實的，以及至少有一個額外的實體持有資料副本，類似於樂觀構造。儘管與單仲裁相比，雙仲裁方法提高了安全性，但它達不到可以透過DAS 進行獨立驗證的理想場景。
成本
就擁擠和需求而言，以太坊是最昂貴的解決方案。即使採用EIP-4844，以太坊的成本仍然很高，因為它只能一次性增加區塊空間。 DAC 是最便宜的，但這是以更中心化的方法為代價的。
由於沒有執行層，Avail和Celestia將能夠維持較低的營運成本。它們還可以輕鬆地成長區塊空間，而沒有DAS，現在的以太坊不能做到這一點
至於EigenDA，它表示將針對可變費用和固定費用引入靈活的成本模型，但其實際成本尚未公佈。
性能亮點
現在我們已經審查了成長潛力，我們將看看這些區塊鏈的表現。
區塊時間
有關每個區塊生產所需時間的信息，請參見上表。
透過生產區塊所需時間來衡量區塊鏈的性能只提供有限的洞察，因為這個指標只涉及從區塊確認到驗證完成過程的一個方面。即使有提供即時最終性的共識機制，採用基於詐欺證明的方法進行DA驗證時，驗證可能需要一些時間。
以太坊使用Casper在64-95個slot之間最終確認區塊，這意味著以太坊區塊的最終確定性大約需要12-15分鐘。
EigenLayer並不是區塊鏈，而是運行在以太坊上的一組智慧合約。這意味著它繼承了與以太坊相同的最終確定性時間。因此，如果使用者將交易傳送到一個rollup，rollup需要將該交易的資料轉送到EigenLayer以證明資料可用。然而，即使rollup已經接受了交易，只有在以太坊區塊最終確認之後，交易才會被視為完成，這會導致延遲。有關透過採取加密經濟手段提供更快DA保證的方法的討論已經進行。
區塊空間
隨著rollups成為未來執行層，對區塊空間的需求將不斷增加。像Avail和Celestia這樣的DA層將能夠適應需求，因為它們採用了模組化設計，而以太坊區塊空間的成長將受到限制。 Avail的Kate測試網已將區塊大小配置為2MB，複製並使用糾刪編碼到4MB。 Avail的獨特之處在於它可以使用高效的客戶端驗證技術來增加區塊大小。透過內部基準測試，Avail已經沒有困難地測試了高達128MB的區塊大小。隨著DAS 對區塊空間的需求增加，Celestia 也能夠增加區塊大小。
EigenDA將透過解耦DA和共識、糾刪編碼和直接單播（unicast）來擴展吞吐量。然而，這是以建立在其上的rollups無法繼承基礎層的審查抵抗性為代價的。
總結
選擇一個強大的基礎層構建可能是具有挑戰性的。我們希望這篇文章能幫助讀者更了解不同設計選擇的利弊，並選擇適合他們的DA層。
