Як PeerDAS покращить доступність даних Ethereum?

Для забезпечення ефективного управління даними та безпечної верифікації Ethereum еволюціонував від DA до DAS, і зрештою впровадив PeerDAS.

Автор: 0XNATALIE

На нещодавній зустрічі розробників Ethereum обговорювалася пропозиція розділити хардфорк Pectra на дві частини. Цю пропозицію раніше було відхилено через побоювання, що це затримає оновлення Verkle tree. Однак на цій зустрічі розробники знову підняли цю ідею, оскільки вони хочуть додати більше пропозицій щодо вдосконалення (EIP) у форк Pectra. Пропонується розділити хардфорк на дві частини: перша частина включатиме всі EIP, які наразі знаходяться на Pectra Devnet 3, а друга частина форку включатиме EOF (EVM Object Format) та PeerDAS. Щоб краще зрозуміти PeerDAS, спочатку розглянемо базове поняття доступності даних.

DA: забезпечення отримання вузлами даних з ланцюга

Доступність даних (Data Availability, DA) означає, що необхідно гарантувати, що блок, опублікований пропонентом блоку, а також усі транзакційні дані, що містяться в блоці, можуть бути ефективно доступні та отримані іншими учасниками мережі. Доступність даних є ключовим фактором безпеки блокчейну, оскільки якщо дані недоступні, навіть якщо блок є легітимним, інші вузли не зможуть перевірити його вміст, що може призвести до проблем із консенсусом та атак на мережу. Наприклад, зловмисник може опублікувати лише частину даних блоку, внаслідок чого інші вузли не зможуть провести верифікацію.

Коли новий блок транслюється, всі учасники мережі завантажують і перевіряють дані блоку. Така модель є прийнятною, коли мережа невелика, але зі зростанням блокчейну обсяг даних стає дуже великим, і кожен вузол повинен зберігати все більше даних, що підвищує вимоги до апаратного забезпечення. Щоб дозволити легким вузлам (наприклад, мобільним пристроям чи комп’ютерам) також брати участь у верифікації блоків, у блокчейні впроваджується технологія шардингу.

Технологія шардингу розділяє всю мережу блокчейну на кілька менших "шард" (shards). Кожен шард обробляє лише свою частину даних і не повинен обробляти всі дані блокчейну. Таким чином, окремий вузол обробляє лише дані свого шарду. Але оскільки кожен шард обробляє лише частину даних, вузли інших шардів не мають прямого доступу до повних даних. Як же забезпечити, що дані в шардах доступні, і що інші вузли можуть перевірити їхню дійсність? Наприклад, вузол шарду опублікував новий блок, але міг опублікувати лише частину даних. Якщо інші вузли не можуть отримати всі дані блоку, вони не зможуть перевірити, чи цей блок справжній і легітимний.

DAS: перевірка доступності всіх даних через вибіркову перевірку

Щоб вирішити проблему доступності даних у шардах, була запропонована технологія вибіркового відбору доступності даних (Data Availability Sampling, DAS), основна ідея якої полягає у вибірковій перевірці доступності даних блоку, не вимагаючи від кожного вузла зберігати або завантажувати всі дані блоку.

Вибірковий відбір доступності даних дозволяє вузлам випадковим чином отримувати лише частину даних блоку для перевірки доступності даних. Якщо вузол може успішно отримати та перевірити ці випадкові фрагменти даних, можна припустити, що всі дані блоку доступні.

Для підтримки такої вибіркової перевірки дані блоку зазвичай кодуються за допомогою RS-кодування. Це кодування дозволяє відновити повні дані навіть при втраті частини даних. Тому навіть якщо вузол завантажує лише частину даних блоку, він може зробити висновок і підтвердити дійсність усіх даних блоку. DAS за допомогою вибіркової перевірки зменшує обсяг даних, які повинен обробляти кожен вузол, і дозволяє легким вузлам брати участь у верифікації блоків.

DA-рівень, наприклад, у Celestia, реалізується саме за допомогою цих технологій. Основні компоненти: RS encoding + validity proof + DAS.

• RS-кодування (Reed-Solomon Encoding): цей спосіб кодування дозволяє вузлам, які отримали лише частину фрагментів даних, відновити весь блок даних. Це схоже на код корекції помилок, має певну стійкість до помилок: навіть якщо частина даних втрачена, решта достатня для відновлення повних даних.
• Validity Proof (доказ дійсності): використання zero-knowledge proof для гарантії того, що дані не були спотворені під час кодування та передачі. Якщо перевірка успішна, можна безпомилково декодувати всі дані.
• DAS (вибірковий відбір доступності даних): легкі вузли випадковим чином вибирають частину RS-кодованих фрагментів блоку, перевіряють їхню доступність і таким чином роблять висновок про доступність всього блоку даних.

PeerDAS: кооперативна перевірка даних між вузлами

PeerDAS — це конкретна реалізація DAS, яка здійснює вибіркову перевірку доступності даних через peer-to-peer мережу. Peer-to-peer мережа складається з багатьох вузлів, які безпосередньо спілкуються між собою. У DAS кожен вузол незалежно проводить вибіркову перевірку даних, а PeerDAS оптимізує цей процес: вузли співпрацюють, діляться та перевіряють дані блоку разом, що підвищує ефективність перевірки. Вузли не ізольовані — вони можуть розподіляти завдання та результати перевірки, покладатися на вже перевірені іншими вузлами дані. Таким чином, вузли не повинні самостійно виконувати всю роботу з перевірки, а розподіляють її між собою, ще більше зменшуючи навантаження. Крім того, кооперативна перевірка ускладнює фальсифікацію даних: зловмиснику потрібно вплинути відразу на кілька вузлів, щоб успішно підробити дані.

Наразі, згідно з останньою зустріччю Ethereum щодо PeerDAS, команда клієнта Ethereum Lighthouse вже об’єднала гілку DAS з основною гілкою та проводить тестування для забезпечення сумісності з PeerDAS. Гілка зазвичай використовується для розробки та тестування нових функцій або покращень як окремої версії коду, а об’єднання з основною гілкою означає, що ця функція або покращення вже розроблені, і є впевненість у їхній стабільності, тому їх можна включити до основного коду.