探索 Rollup 生态系统中的数据可用性解决方案

Rollup 生态系统代表了区块链设计的一个重大演变，它使互连的 rollups 网络能够在统一的生态系统中高效运行。随着 rollups 继续主导关于扩展以太坊和其他基础层的讨论，一个技术支柱仍然没有被充分讨论，但绝对至关重要：数据可用性（Data Availability，DA）。如果没有可靠、可扩展且经济高效的 DA，rollups 无法确保无需信任的执行或大规模的可组合性。特别是，诸如 Celestia、EigenDA 和 Avail 等模块化 DA 解决方案在以经济高效且安全的方式使 rollups 可互操作和可维护方面发挥着关键作用。

从这个角度来看，我旨在开始关于数据可用性（DA）层的系列文章的旅程。

本 Medium 系列旨在揭示 DA 在 rollup 生态系统中的作用——尤其是在 Tokamak Rollup Hub 的背景下，Tokamak Rollup Hub 是一个旨在以无缝方式部署和管理 appchain 基础设施的模块化平台。

通过本系列，我旨在为开发人员、研究人员和协议设计者提供对技术动机、架构权衡和集成策略的清晰理解，这些技术动机、架构权衡和集成策略支撑着在 Rollup Hub 愿景中使用像 Celestia 这样的模块化 DA 层。

本系列由三篇关键文章组成：

文章 1：探索 Rollup 生态系统中的数据可用性解决方案

这篇基础文章介绍了 Rollup Hub 的概念以及区块链可扩展性中对模块化组件日益增长的需求——尤其是数据可用性层。它解释了传统单体链的性能瓶颈，概述了比较不同 DA 策略的成本模拟，并初步了解了 Rollup Hub 计划如何集成 DA 解决方案以支持特定于应用程序的 rollups。读者将会对 DA 为何重要（尤其是对于下一代 rollup 设计）有一个广泛但坚实的基础。

文章 2：使用 Celestia 解锁可扩展的 Rollups：深入了解下一代区块链生态系统的模块化数据可用性

在第一篇文章的基础上，这篇深入的文章完全侧重于 Celestia——领先的模块化 DA 层——及其数据可用性采样（data availability sampling，DAS）、基于命名空间的 blob 模型如何提供为 rollups 定制的可扩展和去中心化的 DA 解决方案。本文提供了 Celestia 的设计如何与模块化区块链愿景保持一致的概念概述和架构分解。非常适合希望了解 Celestia 内部机制以及如何利用它的开发人员。

文章 3：通过 Blobstream X 将 Rollup hub 的 Thanos 堆栈与 Celestia DA 集成

最后一篇文章将是一个技术指南和集成计划，用于使用 Blobstream X 解决方案将 Rollup Hub 的 Thanos 堆栈连接到 Celestia DA。它将详细说明：

• blob 和 blob share 是如何在 Celestia 上提交的？
• QGB commitment 和 DataRootTupleRoot 包含证明的使用
• 智能合约端的验证逻辑（例如：verifyBlobInclusion）
• Rollup Hub 将如何使用 Thanos 堆栈扩展此设计，以实现稳健、信任最小化的 rollup 协调？

现在，让我们仔细看看 DA 层，它是模块化区块链堆栈的核心基本组件，可驱动下一代可扩展的 Web3 应用程序。

1. 区块链架构概述

数据可用性层与区块链架构的两种对立方法密切相关：单体架构和模块化架构，我将首先讨论它们。

一开始，存在单体结构，也称为集成链。

单体区块链在单个层中处理共识、数据可用性、执行和结算。虽然这种统一的设计促进了互操作性，但它在根本性的权衡中挣扎。随着可扩展性的提高，验证者硬件要求也随之提高，从而导致中心化和较弱的安全性。随着时间的推移，这些链会受到状态膨胀和状态争用的影响，从而降低性能。此外，单体架构限制了其生态系统中用户和开发人员的可定制性和主权。

为了克服单体系统的局限性，开发人员正在拥抱模块化架构。通过分离核心功能，模块化允许多个链独立且并行地运行，每个链都保持其自身的主权。这种设计不仅提高了可扩展性，而且还实现了更大的灵活性，支持多样化的虚拟机、去中心化模型和隐私增强。

下表全面分析了上述单体架构和模块化架构的特性以及优缺点。

区块链架构

2. DA 概述

数据可用性 (Data Availability，DA) 的核心是确保重建和验证区块链状态所需的所有数据都可以公开访问给所有参与者。

简单来说：仅仅知道链上发生了某些事情是不够的——你需要看到完整的数据（交易、状态差异等），这样你才能自己验证它。

与传统的单体链（其中执行、共识和数据可用性紧密结合）不同，模块化堆栈中的 DA 层与执行和结算分离。这种分离使区块链（尤其是 rollups）可以通过将数据层卸载到专用系统来独立扩展。

为什么 rollup 生态系统需要 DA 层？

在 rollup 模型中，事务执行在链下发生，但描述这些事务的数据必须发布在可访问的地方——这就是 DA 层发挥作用的地方。

1. 安全性和可验证性

• Rollups 依赖于欺诈证明（Optimistic Rollups）或有效性证明（ZK Rollups）。
• 只有当所有参与者都可以**访问底层交易数据时，这些机制才是安全的。
• DA 层确保所有 rollup 数据都已存储并可供任何人访问，从而防止恶意行为者隐藏无效的状态转换。

2. 模块化可扩展性

• 通过将执行与数据存储分离，rollups 可以独立于基础层的容量进行扩展。
• 像 Celestia、EigenDA 和 Avail 这样的 DA 层比像以太坊这样的 Layer 1 链提供更高的吞吐量和更低的成本。

3. 互操作性和可组合性

• 当多个 rollups 共享一个共同的 DA 层时，它们可以更轻松地互操作，从而实现共享安全性并提高跨 rollup 通信的效率。
• 在预期多个 rollups 协作的 Rollup 生态系统中，这一点尤其重要。

4. 成本效率

• DA 层经过优化，可以比通用 L1 更便宜地存储大量数据。
• 这降低了 rollups 的运营成本，使其更易于启动和维护。

几种 DA 解决方案

有几种方法和技术可用于在模块化区块链架构中实施数据可用性（DA）层。下表根据安全性、可扩展性、去中心化和复杂性分析了每个项目的优缺点。

几种 DA 解决方案

下表还总结了上述各种 DA 解决方案中属于专用 DA 解决方案的新 DA 解决方案的当前状态和成熟度。

几种专用 DA 区块链

3. Rollup 运营商选择 DA 解决方案的标准和清单

正如你在上面看到的，Rollup 生态系统有许多 DA 解决方案，从链上 DA 到专用 DA 网络。但是，重要的是要认识到，没有一种解决方案对所有用例都是普遍最佳的。一个直观的例子是，具有较低通用存储成本的 Celestia DA 网络也具有最小的开销。

从这个角度来看，以下是一组标准和清单，可以帮助部署和维护 Rollup 网络的运营商根据 Rollup 网络的特性和基本要求选择合适的 DA 解决方案。

Rollup 特性

1. Rollup 类型：特定于应用程序或通用

• 特定于应用程序的 rollups 通常具有较低的吞吐量和可预测的数据需求——链上 DA 解决方案

2. Tx 吞吐量：每秒平均交易数

• <5 TPS：低
• 5–100 TPS：中
• 100 TPS：高
• 较低的吞吐量 → 链上 DA 可能会更便宜

3. 批量频率：批量发布到 L1 链的频率

• 很少发布有利于链上 DA 层

4. 批量大小（压缩）：压缩后的批量大小（以字节为单位）

• <15 KB（<50 笔交易）：小
• 15–60 KB（50 笔交易 ~ 200 笔交易）：中
• 60 KB（>200 笔交易）：大
• 小批量 → 链上 DA 可能会更好

5. 压缩

• 像 zk-rollup 证明这样的重度压缩数据有利于 Layer 1，因为它们较小的尺寸降低了链上数据可用性 (DA) 成本。

6. 数据持久性需求（取决于 Rollup 数据的保留期限要求）

• L1 calldata 存储在 tx 数据字段中，因此可以永久存储在以太坊区块链中
• Blob tx 应该在以太坊区块中存储 4096 个 epoch（大约 18 天）
• Celestia 中的存储期限取决于使用哪种节点（非存档或存档）

互操作性

1. 与 L1 链交互

• 链上 DA 使在链上验证或访问数据更容易

2. 与其他 rollups 交互

• 像 Celestia 这样的共享 DA 层 使 rollups 之间的互操作性更容易

可扩展性和增长计划

1. 数据量的增长

• 链上 calldata 变得成本高昂
• Celestia 随数据大小线性扩展

2. 高频应用程序

• 专用 DA 层使高频应用程序（例如，Defi、Web3 游戏）更容易加入

决策流程（以太坊 calldata vs blob vs Celestia）

决策流程的流程图

4. 结论

总之，像 Celestia、NEAR DA 和 Avail 这样的模块化数据可用性 (DA) 层的集成标志着 rollup 生态系统的可扩展性和效率的显着进步。通过将数据可用性与执行和结算层分离，这些解决方案解决了单体区块链架构中固有的局限性。数据可用性采样 (DAS) 和命名空间默克尔树 (NMT) 等技术使轻客户端无需下载整个区块即可验证数据，从而降低了成本并降低了开发人员的准入门槛。

随着区块链格局的不断发展，采用模块化 DA 层有望在克服可扩展性三难困境、为 rollup 生态系统培育更去中心化和高效的未来方面发挥关键作用。

在第二篇文章中，我们将更详细地了解 Celestia，它是专用 DA 解决方案的核心，目前被认为是 Rollup 生态系统的专业 DA 解决方案，其架构以及其独特的 DA 模型如何满足可扩展 rollups 和模块化区块链的需求。

5. 参考资料

https://learnblockchain.cn/article/8765

https://blog.celestia.org/modular-vs-monolithic-a-beginners-guide/

https://www.symbolic.capital/writing/a-deep-dive-into-data-availability-the-promises-and-challenges-of-scaling-web3#other-da-players

• 原文链接： medium.com/tokamak-netwo...
• 登链社区 AI 助手，为大家转译优秀英文文章，如有翻译不通的地方，还请包涵～