解析 Celestia 與 DA_SHARE

大家都知道，區塊鏈技術的一個特點就是：存放在鏈上的數據是安全可靠的，不可篡改的。那數據可用性是指的什么呢？難道區塊鏈的共識不能保證數據的安全了嗎？顯然不是，區塊鏈數據的安全性，是大家都認可的，也是區塊鏈一直持續發展的一個動力之一。那么 DA（數據可用性）層是什么，我們先來看看下面幾種情況。

一個節點如果想驗證某一筆交易或者某一個區塊，這個節點需要下載所有的區塊和交易數據。由于區塊鏈的持續運行，區塊和交易數據會持續增長，這個節點的成本也會越來越高。以至于越來越多的節點（特別是個人用戶）只能選擇運行輕節點。這些輕節點，沒有下載所有的交易數據，它們不能對交易和區塊進行驗證，只能相信它們選擇的共識節點（全節點）。因此，實際上這些輕節點是不知道獲得的數據是否可用。

同時區塊鏈網絡為了提高效率，一直在嘗試進行擴容。以太坊的 L2 就是以太坊的一種擴容方案，從而提高以太坊的吞吐量。但 L1 和 L2 在本質上還是兩個網絡，L1 是不會參與 L2 的共識，也不會驗證和執行 L2 的交易，同理 L2 也不會參與 L1 的共識，亦不會驗證和執行 L1 的交易。但是在此時，L1 與 L2 之間其實是有信任問題的，例如：Rollup 要求將所有交易數據都記錄到以太坊的交易中，那么 Rollup 的用戶為了驗證自己的交易是否存入以太坊，他還需要運行一個以太坊的全節點嗎？

Numen發布微軟漏洞解析，黑客可通過該漏洞獲取Windows完全控制權:6月9日消息，安全機構 Numen Cyber Labs 發布微軟 win32k 提權漏洞解析。Numen 表示，該漏洞系 win32k 提權漏洞，是微軟 Windows 系統層面的漏洞。通過該漏洞，黑客可獲取 Windows 的完全控制權。

Numen 指出，win32k 漏洞歷史眾所周知。但在最新的 windows11 預覽版中，微軟已經在嘗試使用 Rust 重構該部分內核代碼。未來該類型的漏洞在新系統可能被杜絕。

此前報道，5 月，微軟發布的補丁更新解決了 38 個安全漏洞，其中包括一個零日漏洞。[2023/6/9 21:25:55]

從目前區塊鏈的工作機制當中我們可以知道，當一個節點不參與共識的時候，特別是沒有存儲所有交易數據的時候，對于它自己獲得的數據是否有效它是無法驗證的，這些節點目前都只能相信自己連接的共識節點不會欺騙自己，或者多連接幾個共識節點，做一個小小的容錯。

因此DA層解決的問題是，在不參與共識、以及不用存儲所有交易數據的情況下，依然能夠對交易進行驗證，從而證明這個交易是否可用。

在上面先介紹了什么是 DA，接下來，我們再來看看 Celestia 項目是打算如何來解決這個問題的。

1inch Network：已向解析器激勵計劃發放超150萬枚INCH:2月12日消息，DEX聚合器1inch Network在社交媒體發布項目數據更新，截止目前已向解析器激勵計劃發放1,507,992 INCH代幣，按照當前價格計算超過80萬美元。1inch Network于1月底啟動解析器激勵計劃代幣發放，總計為1000萬枚INCH。

此外，1inch Network還公布了當前主流鏈上數據，按交易額排名：以太坊（2406億美元）、BNB（326億美元）、Polygon（181億美元）、Avalanche（33億美元）、Arbitrum（32億美元）、Optimism（16億美元）、Fantom（7.291億美元）、Gnosis（1.92億美元）。[2023/2/12 12:02:19]

Celestia 項目圍繞二維 Reed-Solomon 糾刪碼，設計了一套隨機抽樣來驗證數據、以及恢復數據的方案從而確保數據可用。

當一個全節點發現輕節點收到有問題的數據時，會構建一個欺詐證明并發送給這個輕節點，輕節點收到欺詐證明之后，從網絡中通過隨機抽樣的方式，獲得需要的數據，來驗證這個欺詐證明是否有效，從而能夠明確的知道自己之前獲得的數據是否可用。輕節點不需要信任給自己發送數據的節點，也不需要信任給自己發送欺詐證明的節點，這是因為輕節點是通過隨機抽樣的方式，來獲取進行此次驗證所需要的數據，因此安全性能是由整個網絡來提供的。這樣也使得DA 層的安全等級，能夠接近共識層的安全等級。

WalletConnect 發布錢包開源解決方案 Web3Modal v2.0 版本，新增 ENS 域名解析等功能:9月17日消息，Web3 基礎設施 WalletConnect 發布錢包開源解決方案Web3Modal v2.0版本，新功能包括可自定義的UI、支持上百個錢包、最終用戶登陸、可定制的條款和條件、ENS域名解析，未來幾周內也計劃添加和增強更多功能，包括支持React和Vanilla等多種框架、為賬戶地址和實時余額等功能預建組件、支持非EVM鏈等。[2022/9/17 7:02:59]

接下來，我們來了解一下 Celestia 具體是如何工作的。由于 Celestia 項目還處于開發測試階段，因此這里采用的都是現階段的白皮書的介紹方案，可能會與實際的解決方案有出入。

欺詐證明的驗證，必須是高效的，并且不需要全部的交易數據，也不需要執行具體的交易，因此 Celestia 對于自己區塊的數據，進行了一些擴展。

狀態的稀疏默克爾樹的根，這種默克爾樹的葉節點，是一個 key-value 對。

定義了一種變量，狀態見證(w)：是一些 key-value 對，以及他們在默克爾樹中的證明，組成的集合：

Etherscan現支持以太坊域名服務ENS反向解析:5月12日消息，以太坊域名服務（Ethereum Name Service，簡稱ENS）發推稱，Etherscan目前支持ENS反向解析。ENS反向解析可使用戶的ENS域名成為跨DApp的以太坊賬戶的便攜式用戶名。除Etherscan外，使用此功能的其他DApp包括Uniswap、Opensea、Aavegotchi和Snapshot Labs等。目前，要使用該服務，用戶必須手動啟用反向解決，之后將更改為自動啟動；DApp須在其UI代碼中使用PR。

注：正向解析（Forward resolution，FR）是將一個ENS域名解析到以太坊地址等資源，反向解析（Reverse resolution，RR）是指將一個以太坊地址解析到一個ENS域名。[2021/5/12 21:52:40]

定義了一個函數，rootTransition ：可以通過狀態根、交易、以及這些交易的狀態見證，轉換得到交易執行后的狀態的根。也就是每個交易執行后的狀態的默克爾根 stateRoot`可以通過rootTransition(stateRoot, t, w) 得到

前美聯儲理事Kevin Warsh：從美國經濟政策角度解析比特幣價格波動: 前美聯儲理事、斯坦福大學胡佛研究所杰出訪問學者Kevin Warsh今日撰文，從政府經濟政策角度解讀了比特幣價格波動的原因。對于2017年BTC價格的狂飆，Warsh認為：1.特朗普上臺后推出的減稅等寬松政策持續刺激美國經濟增長，繼而帶來的通貨膨脹預期促使美國加息進度超預期，比特幣成為規避法幣貶值的避風港；2.特朗普政府貿易保護政策致使美元在2017年貶值12%，投資者尋求比特幣規避貶值；3.據去年10月、11月調查，美國民眾對政府的信任度下降14個百分點達到33%，而美元正是建立在公眾對政府信任的基礎上。而對于今年以來比特幣價格的大幅波動，是因為投資者正在調整對政府政策的預期，新任美聯儲主席也在重新考慮如何更好地實施貨幣政策，同時也在考慮推出自己的加密貨幣。[2018/3/8]

將交易，以及這些交易執行的中間狀態根，組合成一個固定大小與固定格式的shares 。這些所有的交易的shares ，按照二維RS糾刪碼，進行擴展，最后得到一個默克爾樹的根，即dataRoot。

具體步驟

將初始的交易數據，按照 shares 的大小與格式進行封裝。

將 shares 放入一個 k×k 的矩陣，如果數量不夠，則填充補齊。

然后應用 RS 糾刪碼，按照行和列進行 3 次補齊，最終得到一個 2k?2k 的矩陣。

對這個矩陣的每一行和每一列，都構建一個默克爾樹，得到 2?k 個行根和 2?k 個列根。

最后將這 4?k 個根，組成一個默克爾樹，得到根 dataRoot。

shares

shares 是 Celestia 項目定義的一個固定大小和格式的數據結構。主要內容是交易，以及執行這些交易的中間狀態根。

由于沒有具體規定多少交易，需要生成對應的中間狀態根，項目方設定了一個 Period變量，作為最大限制周期，這個限制可以是最大多少交易之內必須生成中間狀態根，也可以是多少字節，或者多少 GAS。

還定義了兩個函數來幫助驗證：

parseShares 函數：輸入 shares，得到消息 m，可以是中間狀態根，也可能是交易。

parsePeriod 函數：輸入消息，得到前狀態根，執行后狀態根，以及交易列表。

固定 256 字節

0-80：開始的交易

81-170：包含的交易

171-190：中間狀態根

191-256：下一批開始的交易

設定的格式舉例

白皮書中，介紹了兩種欺詐證明，下面將分別對此進行介紹：

這是一個針對 stateRoot 的一個欺詐證明。全節點利用 dataRoot 中的 shares，來幫助輕節點驗證收到的區塊頭中的 stateRoot 是否有效。

狀態轉換無效的欺詐證明的組成：

對應塊的 blockhash

相關的 shares

這些 shares 在 dataRoot 對應的默克爾樹中的默克爾證明

這些 shares 包含的交易的 狀態見證。

證明的驗證：

驗證 blockhash，確定是對于哪個區塊的欺詐證明。

驗證證明中的每個 shares 的默克爾證明是否有效。

通過 shares 的兩個解析函數，可以正確得到對應的交易列表，以及這批交易的執行前狀態根和執行后狀態根。并且如果執行前狀態根為空，則第一個交易一定是塊的第一筆交易；同時如果執行后狀態根為空，則最后一筆交易一定也是塊的最后一筆交易。

根據 rootTransition 函數，來驗證得到的兩個狀態根。

這是一個針對 shares 在網絡傳播時，當一個全節點從網絡中收到 shares 恢復的數據，與自己的數據不匹配時，會向網絡回應欺詐證明。

錯誤生成擴展數據的欺詐證明的組成：

錯誤的 shares 所在行或列的默克爾根。

這個行或列的默克爾根，在 dataRoot 對應的默克爾樹中的默克爾證明。

這足夠恢復這一行或列的 shares。（大于等于 k 個）

每個shares 在 dataRoot對應的默克爾樹中的默克爾證明。

驗證blockhash，確定是對于哪個區塊的欺詐證明。

驗證證明中行或列的默克爾根的默克爾證明是否有效。注：VerifyMerkleProof(行或列的默克爾根，行或列的默克爾根的默克爾證明，dataRoot，長度，位置索引) 其中前面2個數據是證明攜帶的數據，后面3個是本地（之前接收的）數據。

驗證證明中每個 shares 的默克爾證明是否有效。注：VerifyShareMerkleProof（shares，shares 的默克爾證明，dataRoot，長度，位置索引) 其中 dataRoot是本地數據，另外數據都是從證明中獲得。

通過收到的 shares，恢復這一行或列的所有數據，并驗證其默克爾根是否等于自己之前收到的對應行或列的默克爾根。

通過 2 維 RS 糾刪碼，Celestia 的輕節點通過隨機抽樣的方式，來獲取區塊數據，以及驗證欺詐證明的相關數據。同時隨機抽樣的數據，并在網絡中傳播，當達到一定的數量時，也可以幫助網絡恢復區塊數據。下面介紹一下具體的工作流程：

輕節點從任意一個連接的全節點中獲取一個新區塊的塊頭，以及 2k 個行和 2k 個列的默克爾根。先用這些默克爾根與區塊頭中的 dataRoot 進行初步校驗。如果錯誤則拒絕這個區塊頭。

在這個 2k × 2k 的矩陣中，輕節點隨機挑選一組不重復的坐標，將這些坐標發送給與自己相連的全節點們。

如果一個全節點擁有這些坐標所對應的所有數據，就會將這個坐標對應的 shares，以及 shares 的行或列的默克爾證明，回應給輕節點。

輕節點對于每一個收到的 shares，都會驗證其默克爾證明是否有效。注：VerifyMerkleProof（ shares，shares 所在行或列的默克爾證明，對應行或列的默克爾根，長度，坐標位置索引）其中前面 2 個數據是證明攜帶的數據，后面 3 個是本地（之前接收的）數據。

如果一個全節點沒有回應某一個坐標的 shares，輕節點則會將自己收到的對應的shares、以及它的默克爾證明發送給這個全節點，這個全節點也會將收到的數據轉發給相連的其他全節點。

如果步驟 4 中的驗證都沒有問題，并且步驟 2 中抽樣的坐標都有收到回應，同時在一個設定的時間段內沒有收到關于這個區塊的欺詐證明，則輕節點認為這個區塊是數據可用的。

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