Quais são os benefícios da tecnologia Data Availability Sampling (Amostragem de disponibilidade de dados)? Por que precisamos disso?

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Conhecimento prévio:

• Tenha uma compreensão básica da operação de consenso do Ethereum
• Conheça a diferença entre Full Node e Light Node
• Conheça os problemas do Rollup e a publicação de dados (disponibilidade de dados)

O seguinte será Publicação de Dados para chamar Disponibilidade de Dados, mas algumas palavras relacionadas à Disponibilidade de Dados, como DAS e DAC, manterão as palavras originais para evitar que os leitores não consigam se conectar ao texto original em inglês. Para uma introdução ao nome Publicação de Dados, consulte:

Renomeado disponibilidade de dados: Publicação de dados substitui Disponibilidade de dados

Recentemente, algumas pessoas propuseram usar “Publicação de Dados” para substituir “Disponibilidade de Dados” para evitar a confusão causada pelo termo DA. Este artigo irá introduzir a confusão causada pela palavra DA e por que deve ser usado em vez de Dados...

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Esta série de artigos irá introduzir o mecanismo operacional do DAS através do Danksharding, bem como as semelhanças e diferenças entre Celestia, EigenDA e AvailDA. O primeiro artigo irá introduzir por que precisamos do DAS e os benefícios que o DAS traz.

Recap: Por que a questão da liberação de dados é discutida?

Atualmente, a situação mais comum em que a liberação de dados é discutida no ecossistema Ethereum é ao discutir o design da L2: a L2 em si também é uma cadeia, então também terá seus próprios blocos e dados de transação, então onde esses dados devem ser colocados? Porque os usuários precisam dessas informações para garantir a segurança.

• Se for um Rollup, ele enviará seus dados de transação para L1, como o Ethereum, usando o Ethereum como um lugar para armazenar os dados.
• Se não for Rollup, os dados serão colocados em outro lugar, como por um grupo de membros confiáveis. Esse guardião é chamado de Comitê de Disponibilidade de Dados (DAC).

Para obter mais informações sobre a relação entre Rollup e liberação de dados, consulte:

Rollup e disponibilidade de dados

Este artigo irá introduzir a relação entre a disponibilidade de dados e Rollup, e como Rollup pode fazer alguns sacrifícios na disponibilidade de dados em troca de custos de transação mais baixos.

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Mas na verdade, não é apenas L2, a própria cadeia Ethereum também precisará enfrentar o problema da liberação de dados, porque os nós leves não baixarão dados completos do bloco como os nós completos, então os nós leves precisam acreditar que “quando um novo bloco aparece, Naquela hora, os dados completos do bloco foram realmente liberados.” Quando um nó leve é enganado a acreditar em um bloco “incompleto”, o impacto é o mesmo que quando ele é enganado a acreditar em um bloco “ilegal” - ele está conectado a um link que não é utilizado por outros. Cadeias bifurcadas reconhecidas.

Nós completos não acreditarão em blocos incompletos, mas os nós leves acreditarão

Então, em quem o nó leve atual do Ethereum confia para garantir que os dados de um novo bloco sejam completamente divulgados? A resposta é "Validadores". Quando um nó leve recebe um novo bloco, ele não baixará os dados completos do bloco, mas verá quantos validadores votaram no bloco. Quando bastantes validadores votam neste bloco, ele acreditará que a informação completa deste bloco de fato foi publicada. Isso é uma suposição pertencente à Maioria Honesta, que é a crença de que a maioria dos validadores são pessoas boas.

Quando bastantes validadores assinarem o bloco, o nó leve acreditará que o bloco foi totalmente liberado.

Nota: Atualmente, os nós leves do Ethereum não coletam realmente os votos de centenas de milhares de validadores para o cálculo, pois o número é muito grande e o cálculo é muito consumidor de recursos. Em vez disso, outra série de Comitê de Sincronização com um número muito menor é designada, consistindo na assinatura do validador dentro serve como garantia para o nó leve. Isso é considerado uma abordagem transitória, aguardando um design mais completo e maduro para substituí-lo no futuro.

Amostragem de Disponibilidade de Dados

"Acreditar que a maioria dos validadores são pessoas boas" parece uma escolha razoável e boa, mas e se pudermos fazer melhor? E se um dia realmente acontecer que a maioria dos validadores queira se unir para nos enganar, dizendo que possuem todos os dados do bloco, mas na verdade não possuem, mas contanto que haja algumas pessoas boas na rede p2p, podemos evitar ser enganados?

Tal capacidade não aparecerá do nada. Para ter essa capacidade, é necessário construir uma rede p2p estável o suficiente, ter usuários suficientes e até adicionar funções de privacidade à camada de rede. Esta capacidade é o foco desta série de artigos - Coleta de Disponibilidade de Dados (DAS).

Em uma blockchain com DAS, os nós leves não apenas receberão passivamente novos dados de bloco, mas participarão conjuntamente da operação do DAS: cada nó leve deve ir para a rede p2p para cada bloco. No caminho, ele procura por várias peças de dados sobre o bloco e salva os dados, compartilhando-os com outros nós quando eles solicitam dados. Assim como o protocolo descentralizado de compartilhamento de arquivos BitTorrent, os nós na rede salvam e compartilham os dados com os quais se importam juntos, em vez de depender de um servidor centralizado.

Nós de nós leves trabalham juntos para recuperar e compartilhar dados de fragmentos de bloco através da rede p2p

Nota: Em um cenário ideal, os usuários de blockchain todos executariam nós leves, participariam da operação da DAS e garantiriam segurança juntos, em vez de confiar completamente em outros nós como agora.

Cada nó leve não pode acreditar que os dados do bloco foram completamente liberados até que ele obtenha com sucesso cada pedaço de dados que solicita. No entanto, uma vez que ele obtenha todos os dados que solicita, pode acreditar com segurança que os dados do bloco foram liberados. As informações foram totalmente liberadas. Mas por que os nós leves podem acreditar com segurança que os dados completos do bloco foram liberados mesmo que tenham apenas dados fragmentados? Isso ocorre porque outros nós leves na rede também armazenarão dados fragmentados separadamente, então, quando necessário, todos poderão trabalhar juntos para juntar dados completos a partir dos fragmentos de dados uns dos outros, e outra habilidade mágica do DAS é: Os dados salvos pelos nós leves não precisam cobrir os dados completos do bloco. Os nós leves podem restaurar 100% dos dados desde que obtenham 50% dos dados.

Contanto que os nós leves tenham mais de 50% dos dados do fragmento, eles podem restaurar os dados do bloco completo.

Nota: Não é necessariamente 50%, pode ser maior, dependendo da configuração do DAS, mas definitivamente será inferior a 100%.

Portanto, no DAS, mesmo que a maioria dos validadores vote em um determinado bloco, os nós leves não acreditarão facilmente no bloco. O nó leve realizará amostragem (Amostragem), ou seja, solicitará os dados do fragmento do bloco. Quando todos os fragmentos solicitados forem obtidos, acreditará que os dados do bloco foram completamente divulgados.

Maioria Honest -> Minoria Honest

Comparado com o Ethereum, que atualmente não possui DAS, os nós leves devem confiar em “a maioria dos validadores são pessoas boas”, que é a suposição da Maioria Honesta; depois que o Ethereum se junta ao DAS, os nós leves confiam em “um pequeno número de nós que são (vai amostrar e “Uma boa pessoa que mantém informações” é a suposição da Minoria Honesta.

Nota: "Poucos" refere-se ao fato de que o número de nós leves que precisam ser amostrados e armazenados para restaurar dados completos é relativamente pequeno em comparação com todos (muitos) os nós leves na rede.

segurança probabilística

Como mencionado anteriormente, quando um nó leve recebe todos os dados de fragmento que solicitou, ele acreditará que os dados do bloco foram totalmente liberados, e os nós leves na rede podem trabalhar juntos para obtê-lo quando necessário. Os dados completos podem ser restaurados a partir dos dados fragmentados, mas... e se a pessoa que produziu o bloco for maliciosa e não liberar dados suficientes do bloco inicialmente? E se for direcionado a um determinado nó leve e não fornecer mais nenhum dado após fornecer os dados de fragmento necessários por esse nó leve?

Alice obteve com sucesso as informações solicitadas, então ela acredita que as informações de bloco foram completamente liberadas, e ela eventualmente pegará o bloco que foi descartado por outros nós.

Então, este pobre nó leve terá que ser enganado, e esta é também a limitação e o compromisso de DAS: a garantia de 'liberação completa de dados' fornecida pelo DAS é uma garantia de probabilidade, não uma garantia de 100% e categórica, mas isso ainda é melhor do que ter que confiar completamente na maioria dos validadores. Se você sentir que a garantia de probabilidade não é segura o suficiente e quiser ter certeza de 100% se os dados do bloco foram completamente liberados, então, sinto muito, você só pode executar um nó completo você mesmo para fazer o download dos dados do bloco completos.

Nota: O programa que executa o nó leve não tem como saber que foi enganado. Para o programa, desde que receba todos os dados solicitados, acreditará que o bloco foi totalmente publicado. Os usuários só podem descobrir através de seus próprios canais sociais que um determinado bloco na verdade foi lançado de forma incompleta e rapidamente instruir seus nós leves a marcar o bloco como dados incompletos.

A importância da privacidade online

Se a pessoa que produziu o bloco for maliciosa e quiser enganar alguns nós leves, infelizmente, ela será capaz de enganar esses nós leves. No entanto, haverá um limite superior para o número de enganadores. Afinal, o atacante não pode liberar muitos blocos para que os nós leves possam realmente trabalhar juntos para restaurar os dados completos.

Neste momento, você pode estar preocupado, a sua segurança só pode ser baseada em “não ter inimizade com a pessoa que produziu o bloco” ou “o atacante não sabe quem eu sou, então ele não me atacará”? Sim, mas é por isso que foi mencionado anteriormente que DAS precisa da função de privacidade da camada de rede, porque se o atacante puder saber “quem” está solicitando os dados do fragmento, ou souber que os três fragmentos A, B e C são “o mesmo” Indivíduo” está procurando, então ele naturalmente pode facilmente direcionar o alvo vítima e fornecer informações para a outra parte. Se a camada de rede de hoje tiver uma função de privacidade, então o atacante não terá como saber quem está solicitando esta informação. Naturalmente, não haverá como enganar o alvo, e a eficiência do ataque do atacante será muito reduzida: ele não terá como determinar se a vítima foi enganada, ou mesmo se algum nó leve.

Se o atacante não souber quem está solicitando informações, será muito difícil enganar nós leves.

Base de Segurança para DAS

Para que o DAS seja seguro, ele requer:

1. Os dados em bloco aumentam a confiabilidade dos dados por meio da codificação por apagamento. Por exemplo, os nós podem restaurar os dados originais de 100% passando apenas 50% dos dados.
2. Os nós leves trabalham juntos para amostrar e armazenar dados fragmentados suficientes para garantir que os dados completos possam ser restaurados e
3. Uma rede p2p robusta permite que os nós compartilhem fragmentos de dados.

1. Aumentar a confiabilidade dos dados de bloco por meio de codificação de apagamento

Qual seria o problema se os blocos não fossem codificados por meio de codificação de apagamento, mas deixassem os nós leves amostrarem diretamente o conteúdo do bloco original? A resposta é: os dados fragmentados amostrados pelos nós leves devem atingir 100% de cobertura para garantir a integridade dos dados. Mesmo se os nós leves trabalharem juntos para amostrar 99% dos dados do bloco, esse bloco ainda está incompleto e não é reconhecido.

Sem codificação de apagamento, desde que um pequeno pedaço do bloco esteja faltando, significa que o bloco não foi totalmente liberado.

Se o bloco for codificado por codificação por apagamento, então 100% dos dados podem ser restaurados com, por exemplo, qualquer 50% dos dados. Isso significa que os nós leves podem garantir que podem restaurar os dados desde que os dados fragmentados amostrados juntos atinjam 50% de cobertura. Informação de bloco completa. Comparado com 100% de cobertura, o requisito de 50% de cobertura é muito mais simples. Será muito mais difícil para produtores de bloco maliciosos esconderem algumas informações para enganar os nós leves.

Nota: 50% é apenas um exemplo. Diferentes necessidades terão diferentes % necessários para a restauração.

2. Nós leves salvam dados de fragmentos suficientes

Se o nó leve não salvar dados de fragmentos suficientes, mesmo que os dados de blocos sejam codificados por meio de codificação de apagamento, 100% dos dados não podem ser restaurados. Por exemplo, se os nós leves armazenarem apenas 40% dos dados de fragmentos no total e não puderem restaurar 100% dos dados juntos, então esses nós serão todos enganados e acreditarão que os dados do bloco foram totalmente liberados.

Como garantir que os nós leves salvem dados suficientes? Precisamos ter nós leves suficientes ou amostras suficientes para cada nó leve. Se houver nós leves suficientes, o número de vezes que cada nó leve é amostrado não precisa ser alto; mas se não houver nós leves suficientes, então o número de vezes que cada nó leve é amostrado deve ser alto o suficiente para garantir que os nós leves trabalhem juntos para salvar dados suficientes.

Nota: Se o número de nós leves continuar a crescer, o tamanho dos dados que podem armazenar juntos pode aumentar na realidade se o número de amostras permanecer inalterado. Por exemplo, Celestia, que será introduzida nesta série de artigos, pode suportar tamanhos de bloco flexíveis. Blockchain: o tamanho do bloco da Celestia pode ser ajustado de acordo com o número de nós leves na rede.

3. Rede de som p2p

Os nós leves precisam compartilhar dados fragmentados através da rede p2p para que os dados completos do bloco possam ser restaurados quando necessário. Se a rede p2p for instável e não puder lidar com um grande número de solicitações de dados, os nós podem não ser capazes de obter certos fragmentos de dados. Além disso, também é necessário evitar que todos os fragmentos de dados circulem na mesma rede p2p, resultando em sobrecarga de largura de banda da rede. Idealmente, um nó leve deve ser capaz de receber apenas os dados que solicita, em vez de todos os outros dados irrelevantes. Fluir através de suas mãos através de redes p2p.

Além disso, a camada de rede também precisa ter funções de privacidade, caso contrário, o nó leve será identificado pelo atacante. O atacante não publicará mais de 50% dos dados, mas fornecerá os dados fragmentados solicitados pelo nó leve que ele bloqueia. Para induzir o nó leve a acreditar que os dados do bloco foram completamente divulgados.

Os detalhes destas três partes serão apresentados com mais detalhes nesta série de artigos.

Resumir

• O problema de publicação de dados do L2 pode ser resolvido pelo L1 ou DAC, mas o L1 em si também enfrentará problemas de publicação de dados - pois os nós leves não baixam blocos completos
• Tomando Ethereum como exemplo, desde que a maioria dos validadores assine um bloco, os nós leves acreditarão que as informações neste bloco foram completamente publicadas. No design atual, na verdade, desde que a maioria dos membros do Comitê de Sincronização tenha assinaturas, os nós leves acreditarão nisso.
• Os nós leves são enganados a confiar em um bloco com informações publicadas incompletas, o que equivale a confiar em um bloco ilegal, ou seja, confiar em uma cadeia bifurcada que não é reconhecida por outros.
• Se os nós leves devem garantir segurança sem depender da suposição de que 'a maioria dos validadores são pessoas boas', o DAS será necessário
• Em DAS, os nós leves trabalham juntos para salvar dados fragmentados de blocos e, com a ajuda da codificação de apagamento, desde que os nós leves salvem mais do que uma certa proporção (como 50%) dos dados, 100% dos dados completos podem ser restaurados
• No entanto, observe que a segurança fornecida pela DAS é uma segurança probabilística. Um atacante ainda pode ser capaz de enganar alguns nós leves, fazendo-os acreditar que os dados foram completamente divulgados. Se o usuário desejar ter certeza de que o bloco foi totalmente divulgado, ele só pode baixar os dados completos do bloco ele mesmo.
• A função de privacidade da rede também é uma das ferramentas que reduz consideravelmente a eficiência do atacante. Se o atacante não puder identificar quem está solicitando este fragmento de dados, será mais difícil para ele bloquear um nó de luz específico, ou talvez nem seja possível. Formas de bloquear qualquer nó de luz

Materiais de referência e leituras recomendadas

• https://arxiv.org/pdf/1809.09044.pdf
• https://dankradfeist.de/ethereum/2019/12/20/data-availability-checks.html
• https://www.paradigm.xyz/2022/08/das
• https://a16zcrypto.com/content/article/an-overview-of-danksharding-and-a-proposal-for-improvement-of-das/
• https://twitter.com/sreeramkannan/status/1563615609925304320

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