Как PeerDAS улучшит доступность данных Ethereum?

Для обеспечения эффективного управления данными и безопасной валидации Ethereum эволюционировал от DA к DAS, в конечном итоге внедрив PeerDAS.

Автор: 0XNATALIE

На недавней встрече разработчиков Ethereum обсуждалось предложение разделить хардфорк Pectra на две части. Ранее это предложение было отклонено из-за опасений, что это задержит обновление Verkle Tree. Однако на этой встрече разработчики вновь подняли эту идею, поскольку хотят включить больше улучшений (EIP) в хардфорк Pectra. Предлагается разделить хардфорк на две части: первая часть будет включать все EIP, которые сейчас находятся на Pectra Devnet 3, а вторая часть будет включать EOF (EVM Object Format) и PeerDAS. Чтобы лучше понять PeerDAS, сначала рассмотрим базовую концепцию доступности данных (data availability).

DA: обеспечение доступа узлов к данным в сети

Доступность данных (Data Availability, DA) означает, что все данные блока, опубликованного блок-пропозером, а также все транзакции, содержащиеся в этом блоке, должны быть доступны и доступны для получения другими участниками сети. Доступность данных — это ключевой фактор безопасности блокчейна, потому что если данные недоступны, даже если блок легитимен, другие узлы не смогут проверить его содержимое, что может привести к проблемам консенсуса и атакам на сеть. Например, злоумышленник может опубликовать только часть данных блока, из-за чего другие узлы не смогут провести валидацию.

Когда новый блок транслируется в сеть, все участвующие узлы скачивают и валидируют данные блока. Такая модель работает при небольшом размере сети, но по мере роста блокчейна объем данных становится огромным, и требования к хранению на каждом узле постоянно увеличиваются, что повышает требования к аппаратному обеспечению. Чтобы облегчить участие легких узлов (например, мобильных устройств или компьютеров) в валидации блоков, в блокчейне внедряется технология шардинга.

Технология шардинга делит всю сеть блокчейна на несколько небольших «шардов» (shards). Каждый шард обрабатывает только свою часть данных и не обязан обрабатывать всю цепочку. Таким образом, отдельный узел работает только с данными своего шарда. Но если каждый шард обрабатывает только часть данных, это означает, что узлы других шардов не имеют прямого доступа ко всем данным. Как же обеспечить доступность данных в шардах и возможность их проверки другими узлами? Например, если узел шарда публикует новый блок, он может опубликовать только часть данных. Если другие узлы не могут получить все данные блока, они не смогут проверить его легитимность.

DAS: валидация доступности данных через частичную выборку

Для решения проблемы доступности данных в шардах была предложена технология Data Availability Sampling (DAS), суть которой заключается в проверке доступности данных блока с помощью случайной выборки, без необходимости скачивать или хранить полный объем данных блока на каждом узле.

Data Availability Sampling позволяет узлам случайным образом получать только часть данных блока для проверки доступности данных. Если узел успешно получает и валидирует эти случайные фрагменты, можно сделать вывод о доступности всех данных блока.

Для поддержки такой выборочной проверки данные блока обычно кодируются с помощью RS-кодирования. Этот тип кодирования позволяет восстановить полные данные даже при потере части информации. Таким образом, даже если узел скачивает только часть данных блока, он может сделать вывод и подтвердить целостность всех данных блока. DAS за счет выборочной проверки снижает объем данных, который должен обрабатывать каждый узел, и позволяет легким узлам участвовать в валидации блоков.

DA-слой, например, у Celestia, реализует эти технологии. Основные компоненты: RS encoding + validity proof + DAS.

• RS-кодирование (Reed-Solomon Encoding): этот способ кодирования позволяет узлам, получившим только часть фрагментов данных, восстановить весь блок данных. Это похоже на код коррекции ошибок, обладающий определенной устойчивостью к ошибкам: даже при потере части данных оставшиеся фрагменты позволяют восстановить полную информацию.
• Validity Proof (доказательство корректности): используется zero-knowledge proof для подтверждения отсутствия ошибок при кодировании и передаче данных. Если проверка проходит успешно, можно гарантированно декодировать все данные.
• DAS (выборочная проверка доступности данных): легкие узлы случайным образом выбирают часть RS-кодированных фрагментов блока и проверяют их доступность, чтобы сделать вывод о доступности всего блока данных.

PeerDAS: кооперативная валидация данных между узлами

PeerDAS — это конкретная реализация DAS, использующая пиринговую сеть (peer-to-peer network) для выборочной проверки доступности данных. Пиринговая сеть состоит из множества узлов, которые обмениваются данными напрямую. В DAS каждый узел независимо проводит выборочную проверку данных, а PeerDAS оптимизирует этот процесс, позволяя узлам координировать совместное использование и валидацию данных блока, что повышает эффективность проверки. Узлы не изолированы друг от друга, они могут делить задачи по валидации данных и обмениваться результатами, полагаясь на данные, уже проверенные другими узлами. Таким образом, узлы не обязаны выполнять всю работу по валидации самостоятельно, а могут распределять задачи между собой, что дополнительно снижает нагрузку на каждый узел. Кроме того, кооперативная валидация усложняет подделку данных: злоумышленнику потребуется одновременно скомпрометировать несколько валидационных узлов для успешной атаки.

На данный момент, согласно последним встречам Ethereum по PeerDAS, команда клиента Ethereum Lighthouse уже слила ветку DAS в основную ветку и проводит тестирование для обеспечения совместимости с PeerDAS. Ветка обычно используется для разработки и тестирования новых функций или улучшений в отдельной версии кода; слияние с основной веткой означает, что функция или улучшение завершены, признаны стабильными и могут быть интегрированы в основной код.