核心角色 — Celestia 實際上扮演的角色

Celestia在區塊鏈堆棧中執行兩項基本功能：共識和數據可用性。它故意省略了智能合約執行、狀態存儲和結算邏輯。這種狹窄的範圍並不是一種限制，而是一種符合Celestia模塊化設計的有意識的架構決策。通過專注於僅有的兩個角色，Celestia實現了更高的可擴展性、效率和靈活性，從而為依賴它作為基礎層的外部鏈提供了更好的支持。

共識無需執行

在Celestia中，共識是指對區塊進行排序並確保驗證者就數據塊的順序和包含進來的數據達成一致的過程。Celestia使用源自Tendermint的拜占庭容錯（BFT）共識算法，該算法經過充分測試並設計用於在存在故障或惡意節點的情況下保持網絡安全。

Celestia與傳統的第1層區塊鏈（如Ethereum）之間的關鍵區別在於Celestia驗證者不會解釋或執行他們收到的交易。他們僅僅就數據出現的順序達成一致並確認其已發布。這減輕了驗證者的計算負擔，並消除了對有狀態計算的需求，從而實現更快速、更可擴展的區塊生產。

數據可用性作為主要功能

Celestia的第二個核心角色是數據可用性——確保所有已發布的數據（通常是來自外部鏈的交易 blob）對網絡中的任何人都是可訪問的。數據可用性是任何區塊鏈系統的基本要求，因為用戶和輕量級客戶端必須能夠驗證每個區塊背後的數據是完整的，並且未被審查或隱瞞。

Celestia通過數據可用性採樣（DAS）引入了一個新穎的解決方案，該方案允許輕量級客戶端通過對數據的小部分進行隨機選擇的樣本來概率驗證整個數據塊是否可用。這意味著即使是帶有有限帶寬和存儲空間的設備也可以獨立驗證鏈的正常運行，從而顯著提高了去中心化程度，降低了網絡參與的門檻。

設計上無狀態基礎設施

Celestia不維護全局狀態或追踪用戶餘額、智能合約或執行結果。它不驗證交易是否正確，也不提供任何有關爭議解決或結算確定性的邏輯。這些責任完全交由建立在Celestia之上的執行層——無論是通用rollups、特定領域鏈還是實驗性區塊鏈運行時所承擔。

因此，Celestia 作為一個無狀態基礎架構層運作。 它發佈和組織數據，但對其內容保持中立。 這使應用程序開發人員能夠使用其首選的虛擬機器（例如 EVM、WASM 或 SVM）、共識規則和治理模型來構建高度定製的鏈，同時仍然利用 Celestia 的安全和可擴展的發佈層。

啟用模塊化生態系統

因為Celestia將共識和數據可用性與執行和結算分離，從而實現了可剖析的區塊鏈生態系統的創建。開發人員可以啟動執行環境（例如rollups或主權鏈），而無需構建完整的共識協議或擔心數據可用性。這些組件與Celestia作為基礎層交互作用，依賴它來對其區塊數據進行排序和發布。

這種方法消除了對於Layer 1區塊鏈需要成為一刀切系統的需求。相反，它提倡水平擴展，讓許多獨立鏈可以並行運行，同時共享一個共同的輕量級數據層。

數據可用性抽樣（DAS）

在區塊鏈系統中，數據可用性是指保證所有區塊數據對網絡中的每個參與者都是可以訪問的。這是至關重要的，因為如果沒有訪問底層數據，用戶和驗證者無法驗證區塊的交易是否有效。即使只有一小部分區塊數據被隱瞞，也將變得不可能證明是否發生了惡意活動。

在傳統的單體區塊鏈中，全節點通過下載和存儲所有塊數據來解決這個問題。然而，隨著區塊大小的增長，這種方法變得越來越不切實際。隨著存儲和傳輸數據成本的上升，越來越少的參與者能夠負擔運行全節點，這削弱了去中心化並增加了對中心化基礎設施提供者的依賴。

Celestia 使用一種稱為數據可用性採樣（DAS）的技術來解決這個問題。 DAS 使得輕量級客戶端——不存儲完整區塊鏈歷史記錄的節點——能夠驗證所有區塊數據的可用性，而無需下載整個數據集。 這一創新對 Celestia 的可擴展性和模塊化架構至關重要。

DAS 如何運作

DAS依賴於一種擦除編碼和隨機抽樣的組合。當在Celestia上創建一個區塊時，其數據被分成小塊，使用擦除編碼進行編碼，並排列成二維數據方塊。擦除編碼引入冗餘，即使一些部分丟失，也能重構原始數據。這與分布式存儲系統中的數據冗餘工作方式類似。

一旦数据方块构建并发布，轻客户端就不需要下载整个方块。相反，它们会随机请求数据的小部分（或“样本”）。如果区块生产者是诚实的，并且数据确实可用，那么足够多的随机样本将成功返回。如果方块的任何部分缺失或被隐瞒，那么随着更多客户执行抽样，检测的概率就会变得很高。

通過抹去編碼和取樣理論的數學特性，輕量級客戶端可以高度自信地檢測不可用或不完整的數據，而無需信任任何特定的驗證者或完整節點。這使得 DAS 成為數據可用性問題的最小信任解決方案。

在不影響去中心化的情況下進行擴展

DAS的主要好處在於，它允許Celestia支持更大的區塊大小和更高的數據吞吐量，而不需要增加網絡參與者的硬件要求。輕量客戶端可以在消費級設備上運行，包括手機和嵌入式系統，同時仍然驗證區塊數據是否被正確發佈。

無需下載完整區塊即可驗證數據可用性的能力，這就是實現橫向擴展性的關鍵。與其讓單一鏈處理所有執行，成千上萬個獨立鏈（如 rollups 或主權鏈）可以將其數據發布到 Celestia，用戶可以驗證該數據而無需運行昂貴的基礎設施。這種設計支持去中心化和可擴展的多鏈生態系統。

安全和信任假設

DAS並未消除對共識或誠實驗證者的需求，但確實顯著減少了驗證系統正常運作所需的信任假設。輕量客戶端無需信任區塊生產者或依賴於中央化API。它們獨立取樣網絡，能夠偵測任何試圖審查或隱藏數據的企圖。這支持防止審查並加強使用Celestia進行數據可用性的鏈的安全模型。

DAS還使惡意驗證者更難以逃脫發佈不完整區塊的行為。由於檢測是概率性的和去中心化的，攻擊者無法預測區塊的哪些部分將被抽樣。即使只有少數客戶正在進行抽樣，檢測的機會仍然很高。

Blobs和Blobstream

Blob
在Celestia中，數據並不像傳統的區塊鏈交易那樣結構化。相反，它以blob的形式存儲和發佈，blob代表著二進制大型對象. 一個 blob 是一個不透明的數據片段—Celestia 不會解釋或驗證其內容。Blobs 只是為了排序和可用性而提交到區塊鏈中。

這是與傳統的Layer 1鏈（如Ethereum）有所不同的地方，其中每筆交易都包含鏈必須解釋和執行的數據和邏輯。Celestia完全避免執行。它將blob視為外部鏈（如rollups）提交的有效載荷，並僅保證這些blob可用且按正確順序放置。

Blobs為發佈區塊數據提供了高效且最小的抽象。由於Celestia驗證程序不需要理解blob的內容，因此網絡實現了更大的可擴展性和中立性。建立在Celestia之上的執行環境可以定義自己的格式、虛擬機和共識規則，而不受基礎層的限制。

當一個Rollup或主權鏈提交數據給Celestia時，它將其交易批次封裝成一個blob。然後將此blob發布到Celestia的數據可用性層並包含在區塊中。每個blob都被分配一個命名空間——一個獨特的標識符，允許客戶過濾並檢索與其特定鏈相關的blob。

Blob 被拆分為較小的份額，進行擦除編碼，並排列在二維數據正方形中。此結構使輕客戶端能夠執行數據可用性採樣 （DAS），確保無需下載每個共用即可訪問整個 Blob。成功發佈后，該 blob 將成為 Celestia 上的永久有序記錄，運行用戶端或驗證者的任何人都可以訪問。

Blob Stream
Blobstream 是 Celestia 將其 blob 傳輸至其他區塊鏈網路的機制。它充當數據可用性橋樑，允許第 2 層 rollups 或其他執行環境使用 Celestia 進行數據發布，同時仍依賴於獨立的鏈——通常是以太坊——進行結算和防欺證明。

在實踐中，Blobstream允許以太坊智能合約驗證特定的blob確實已在Celestia上發佈並可用。它通過輕量客戶端和加密證明來實現這一點，將Celestia的區塊標題和命名空間與以太坊相連。這使得基於以太坊的Rollups能夠從Celestia的可擴展數據層中受益，同時不放棄以太坊的安全性和結算保證。

一些項目已經開始使用Blobstream將其執行邏輯與數據可用性分開。例如，Manta Pacific，一個Layer 2 zkEVM鏈，通過Blobstream使用Celestia作為數據可用性層，同時繼續在以太坊上結算。這種方法可以減少費用，加快區塊發佈速度，同時保持與以太坊智能合約生態系統的兼容性。

Blobstream有效地創建了一個混合模型：執行在高性能rollup上運行，數據可用性外包給Celestia，結算仍然鏈接到以太坊。該架構突顯了Celestia不僅可用於主權rollups，還可用於希望卸載帶寬密集操作的基於以太坊的L2s。

安全和去中心化模型

基於驗證程序的安全性與股權證明
Celestia運行在一個權益證明共識模型上，使用Tendermint BFT（拜占庭容錯）算法的一個變體。網絡中的驗證者押注Celestia的原生代幣$TIA，以參與區塊生產和共識過程。這些驗證者負責提出和簽署包括rollups和其他鏈提交的數據塊的提議。

Proof of stake的使用使網絡參與者和協議安全之間的激勵保持一致。驗證者將獲得對誠實行為的獎勵，並對惡意行為（如雙重簽名或未參與共識）進行懲罰。這種經濟機制確保驗證者按照網絡的最佳利益行事，並為訂單和保護已發表數據提供了堅實的基礎層。

與傳統鏈不同，Celestia 驗證者不執行交易或追蹤全局狀態。他們的責任僅限於驗證簽名、排序數據塊，並確保區塊符合格式和數據可用性要求。這降低了他們的計算負擔，使網絡能夠在不增加硬件需求的情況下擴展。

輕量級客戶端和最小化信任驗證
Celestia最重要的安全功能之一是支援輕量級用戶端——不存儲完整的區塊鏈歷史或執行交易，但仍驗證區塊包含和數據可用性。使用數據可用性取樣（DAS），輕量級用戶端可以獨立確認所有區塊數據都是可訪問的，而無需完全下載。

這意味著用戶和應用鏈無需信任全節點或依賴中心化基礎設施提供者來確保網絡完整性。他們可以在日常設備上運行自己的輕量級客戶端，如智能手機或消費級筆記本電腦，並仍然驗證Celestia是否正常運作。

這種模型顯著改善了去中心化。在許多區塊鏈中，全節點運行成本過高，導致驗證權力集中在少數人手中。Celestia的輕量級驗證使網絡參與對更廣泛的用戶可及，增強了信任的韌性和分佈。

通過DAS實現防止審查

對抗審查是任何區塊鏈網絡的關鍵特性。它確保所有用戶都可以發布數據，沒有任何實體可以壓制或選擇性地隱藏交易。在Celestia中，數據可用性抽樣在防範審查方面發揮著核心作用。

由於數據塊被分割成更小的片段，並使用抹除編碼進行冗餘編碼，一個惡意的驗證器需要扣留一個相當大的部分區塊，才能成功地進行審查。然而，DAS使得這樣的行為變得容易被檢測到。輕量級客戶端請求數據的隨機份額，如果任何部分的數據塊不見了，客戶端可以將該區塊標記為不完整或不可用。

該系統為驗證人創造了強大的激勵，使其發布完整和誠實的數據。 DAS 的概率性特質確保即使是部分審查也很可能被檢測到，尤其是隨著取樣客戶數量的增加。

低硬件要求和易於參與
去中心化的另一個方面是硬體可及性。在許多區塊鏈網絡中，運行驗證器或完整節點的成本包括大量的存儲、帶寬和計算能力。這為普通用戶設下了障礙，並使驗證責任集中在少數機構行為者之間。

Celestia的極簡設計避免了這些問題。驗證者不執行任務，輕量級客戶端也不需要完整存儲鏈的數據。結果就是可以使用標準硬件來保證和驗證網絡，而無需專用或昂貴的設備。這使得更廣泛的地理位置和收入水平能參與其中，有助於打造一個更加健康和去中心化的網絡。