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數(shù)據(jù)可得性是什么意思數(shù)據(jù)可得性問題的重要性及解決方案

2021-03-31 15:28:00 | 來源：以太坊愛好者 | 作者：Mustafa Al-Bassam

這篇文章主要介紹了數(shù)據(jù)可得性是什么意思數(shù)據(jù)可得性問題的重要性及解決方案，數(shù)據(jù)可得性和數(shù)據(jù)可得性問題指的是一些區(qū)塊鏈擴(kuò)容方案所面臨一個(gè)問題。讓你大家了解區(qū)塊鏈節(jié)點(diǎn)是如何運(yùn)行的？數(shù)據(jù)可得性問題與哪些方案有關(guān)及數(shù)據(jù)可得性問題的解決方案，下面一起來參考下吧!

數(shù)據(jù)可得性是什么意思

“數(shù)據(jù)可得性（data availability）”和“數(shù)據(jù)可得性問題”指的是一些區(qū)塊鏈擴(kuò)容方案所面臨一個(gè)問題。具體來說，就是當(dāng)新的區(qū)塊創(chuàng)建時(shí)，節(jié)點(diǎn)如何確保該區(qū)塊中的所有數(shù)據(jù)都已發(fā)布到網(wǎng)絡(luò)上？困難之處在于，如果區(qū)塊生產(chǎn)者沒有公布區(qū)塊中的所有數(shù)據(jù)，就沒人能發(fā)現(xiàn)該區(qū)塊中是否隱藏了惡意交易。

在本文中，我將深入探討數(shù)據(jù)可得性問題的重要性，以及相關(guān)解決方案。

區(qū)塊鏈節(jié)點(diǎn)是如何運(yùn)行的？

區(qū)塊鏈上的每個(gè)區(qū)塊都由兩部分組成：

區(qū)塊頭，即，區(qū)塊的元數(shù)據(jù)，由一些關(guān)于區(qū)塊內(nèi)容的基本信息組成，包括交易的默克爾根。
交易數(shù)據(jù)，即，區(qū)塊的主要組成部分，由實(shí)際的交易數(shù)據(jù)組成。

區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中主要有兩類節(jié)點(diǎn)：

全節(jié)點(diǎn)（又稱完全驗(yàn)證節(jié)點(diǎn)）。這類節(jié)點(diǎn)會(huì)下載區(qū)塊鏈中的每筆交易并驗(yàn)證其有效性。這需要消耗大量資源和數(shù)百 GB 的磁盤空間，但是這些節(jié)點(diǎn)的安全性最高，因?yàn)樗鼈儾粫?huì)接受包含無效交易的區(qū)塊。
輕客戶端。如果你的計(jì)算機(jī)沒有足夠的資源來運(yùn)行全節(jié)點(diǎn)，你可以運(yùn)行輕客戶端。輕客戶端不需要下載或驗(yàn)證任何交易。它們只下載區(qū)塊頭，并認(rèn)定區(qū)塊中包含的交易都是有效的。因此，輕客戶端的安全性低于全節(jié)點(diǎn)。

幸運(yùn)的是，有一種方法可以讓輕客戶端間接檢查區(qū)塊中的所有交易是否有效。輕客戶端可以依賴全節(jié)點(diǎn)向其發(fā)送關(guān)于無效交易的欺詐證明，無需自己檢查交易的有效性。欺詐證明是一個(gè)很小的證明，可以證明區(qū)塊中的某個(gè)交易是無效的。關(guān)于欺詐證明的運(yùn)作原理，本文不做具體介紹，請(qǐng)閱讀這篇文章。

這里只有一個(gè)問題：全節(jié)點(diǎn)如果要為某個(gè)區(qū)塊生成欺詐證明，需要知道該區(qū)塊的交易數(shù)據(jù)。如果區(qū)塊生產(chǎn)者只公布區(qū)塊頭，沒有公布交易數(shù)據(jù)的話，全節(jié)點(diǎn)就無法驗(yàn)證交易的有效性，并針對(duì)無效交易生成欺詐證明了。這就要求區(qū)塊生產(chǎn)者公布區(qū)塊的所有數(shù)據(jù)，但是我們需要找到一種方法來強(qiáng)制實(shí)行。

為了解決這個(gè)問題，輕客戶端需要找到某種方法來檢查區(qū)塊的交易數(shù)據(jù)是否真的發(fā)布到了網(wǎng)絡(luò)上，以便全節(jié)點(diǎn)進(jìn)行驗(yàn)證。然而，我們又要避免讓輕客戶端下載整個(gè)區(qū)塊，因?yàn)檫@會(huì)使得輕客戶端喪失存在的意義。

我們?cè)撊绾谓鉀Q這一問題？首先，我們先來討論數(shù)據(jù)可得性問題的相關(guān)性，以及如何采取解決措施。

數(shù)據(jù)可得性問題與哪些方案有關(guān)

在上一節(jié)中，我們介紹了數(shù)據(jù)可得性問題。讓我們來討論一下它對(duì)可擴(kuò)展性解決方案的重要性。

增加區(qū)塊大小

在比特幣等區(qū)塊鏈中，絕大部分一般的手提電腦都能運(yùn)行全節(jié)點(diǎn)并驗(yàn)證整條鏈，因?yàn)榇嬖谌藶橐?guī)定的區(qū)塊大小上限，來防止區(qū)塊鏈變得過大。

但是，如果我們想要增加區(qū)塊大小上限該怎么辦？那就只有更人才能負(fù)擔(dān)得起運(yùn)行全節(jié)點(diǎn)并獨(dú)立驗(yàn)證區(qū)塊鏈的成本，大多數(shù)人都會(huì)運(yùn)行安全性更低的輕客戶端。這并不利于去中心化，因?yàn)檫@會(huì)讓區(qū)塊生產(chǎn)者更容易更改協(xié)議規(guī)則，插入無效交易來欺騙輕客戶端。因此，為輕客戶端提供欺詐證明支持很重要，但是正如我們已經(jīng)討論過的，輕客戶端需要一種方法來驗(yàn)證區(qū)塊中的所有數(shù)據(jù)是否都已發(fā)布至網(wǎng)絡(luò)。

分片

提高區(qū)塊鏈吞吐量的一種方法是，將區(qū)塊鏈分成多條鏈，即，分片。這些分片都有自己的區(qū)塊生產(chǎn)者，而且可以相互通信，以便在分片之間轉(zhuǎn)移代幣。分片的意義在于，將網(wǎng)絡(luò)中的區(qū)塊生產(chǎn)者分組，這樣就不需要每個(gè)區(qū)塊生產(chǎn)者處理每個(gè)交易，只需將他們分散到不同的分片上即可。每個(gè)分片只需處理部分交易。

通常來說，在分片式區(qū)塊鏈上，驗(yàn)證者只需要為一個(gè)或少數(shù)幾個(gè)分片運(yùn)行全節(jié)點(diǎn)，并為其它分片運(yùn)行輕客戶端。畢竟，如果每個(gè)驗(yàn)證者都要為每個(gè)分片運(yùn)行一個(gè)全節(jié)點(diǎn)，就無法實(shí)現(xiàn)分片的目的 —— 將網(wǎng)絡(luò)的開銷分割給不同節(jié)點(diǎn)。

然而，這種方法本身存在缺陷。如果分片上的區(qū)塊生產(chǎn)者作惡，開始接受無效交易怎么辦？相比非分片式系統(tǒng)，分片式系統(tǒng)更有可能發(fā)生這種情況，因?yàn)楹笳叩拿總€(gè)分片上只有少量區(qū)塊生產(chǎn)者，攻擊起來更容易。請(qǐng)記住，區(qū)塊生產(chǎn)者會(huì)被不斷分配到不同的分片上。

為便于察覺是否存在分片接受無效交易的情況，我們必須確保分片中的所有數(shù)據(jù)都是公開可得的，以便使用欺詐證明來證明所有無效交易。

Rollup

Optimistic rollup 是一種基于 rollup 側(cè)鏈（類似分片）的新型可擴(kuò)展性策略。這些側(cè)鏈有自己專屬的區(qū)塊生產(chǎn)者，可與其它側(cè)鏈互相轉(zhuǎn)移資產(chǎn)。

但是，如果有惡意的區(qū)塊生產(chǎn)者將無效交易打包進(jìn)區(qū)塊，將側(cè)鏈上所有用戶的資金盜走怎么辦？為解決這一問題，我們可以使用欺詐證明來發(fā)現(xiàn)這種情況。但是，還是那個(gè)老問題，側(cè)鏈用戶需要找到某種方法來確保側(cè)鏈上所有區(qū)塊的數(shù)據(jù)都公開可見，以便發(fā)現(xiàn)無效交易。為了解決這一問題，以太坊上的 Rollup 將所有 rollup 區(qū)塊都發(fā)布到以太坊區(qū)塊鏈上，依賴以太坊來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)可得性。也就是說，將以太坊作為數(shù)據(jù)可得性層。

ZK-rollup 與 optimistic rollup 類似。區(qū)別在于，前者并非使用欺詐證明來發(fā)現(xiàn)無效區(qū)塊，而是使用有效性證明來證明區(qū)塊的有效性。有效性證明本身不需要數(shù)據(jù)可得性。然而，總的來說，ZK-rollup 需要數(shù)據(jù)可得性，因?yàn)槿绻麉^(qū)塊生產(chǎn)者創(chuàng)建了一個(gè)有效區(qū)塊，并為其生成有效性證明，卻沒有公布區(qū)塊數(shù)據(jù)，用戶就無法知道區(qū)塊鏈的狀態(tài)以及他們的余額，也就無法與區(qū)塊鏈進(jìn)行交互。

進(jìn)一步探索

rollup 的設(shè)計(jì)旨在將區(qū)塊鏈作為數(shù)據(jù)可得性層來存儲(chǔ)交易，但是實(shí)際的交易處理和計(jì)算都發(fā)生在 rollup 上。這是一種很有趣的思路：區(qū)塊鏈實(shí)際上不需要進(jìn)行任何計(jì)算，但是至少需要將交易分裝到區(qū)塊中，并確保交易的數(shù)據(jù)可得性。

這也是 LazyLedger 的設(shè)計(jì)思路，即，一種“懶惰的”區(qū)塊鏈，只需要完成區(qū)塊鏈的兩個(gè)核心任務(wù) —— 通過可擴(kuò)展方式對(duì)交易進(jìn)行排序，并實(shí)現(xiàn)交易的數(shù)據(jù)可得性。這使得 LazyLedger 成為 rollup 等系統(tǒng)中的最小“可拔插”組件。

數(shù)據(jù)可得性問題的解決方案

下載所有數(shù)據(jù)

正如上文所討論的那樣，解決數(shù)據(jù)可得性問題的最直接方法就是，要求所有人（包括輕客戶端）下載所有數(shù)據(jù)。顯然，這種方法不具備良好的可擴(kuò)展性。比特幣和以太坊等大多數(shù)區(qū)塊鏈均采用這種方法。

數(shù)據(jù)可得性證明

數(shù)據(jù)可得性證明是一種新技術(shù)：客戶端只需下載區(qū)塊中的一小部分?jǐn)?shù)據(jù)，即可檢查該區(qū)塊中所有數(shù)據(jù)是否均已發(fā)布。

數(shù)據(jù)可得性證明采用了一種被稱為糾刪碼的數(shù)學(xué)元件。糾刪碼被廣泛應(yīng)用到了從 CD-ROM 到衛(wèi)星通信再到二維碼等信息技術(shù)中。糾刪碼可以將原本 1 MB 的區(qū)塊數(shù)據(jù)擴(kuò)充成 2MB，其中多出的 1 MB 就是叫做糾刪碼的特殊數(shù)據(jù)。如果區(qū)塊中的任何字節(jié)丟失，糾刪碼都可以幫你找回它們。即使整個(gè)區(qū)塊的數(shù)據(jù)丟失，糾刪碼也可以幫你找回所有數(shù)據(jù)。同樣地，有了糾刪碼，即使 CD-ROM 中的數(shù)據(jù)都被擦除，你的計(jì)算機(jī)也可以讀取到（譯者注：糾刪碼并不能幫你節(jié)約帶寬，假設(shè) 1MB 的數(shù)據(jù)被擴(kuò)充成了 2 MB，你仍然需要獲得至少 1MB 的數(shù)據(jù)才能恢復(fù)出原始數(shù)據(jù)，雖然并不要求這 1 MB 的數(shù)據(jù)是連續(xù)的）。

這就意味著，要實(shí)現(xiàn) 100% 的數(shù)據(jù)可得性，區(qū)塊生產(chǎn)者只需將區(qū)塊中 50% 的數(shù)據(jù)發(fā)布到網(wǎng)絡(luò)上。如果惡意區(qū)塊生產(chǎn)者想要成功隱瞞 1% 的數(shù)據(jù)，就必須隱瞞超過 50% 的數(shù)據(jù)，否則這 1% 的數(shù)據(jù)可以通過剩下 50% 的數(shù)據(jù)找回（譯者注：此段第一句存疑）。

有了這個(gè)知識(shí)，客戶端就能采取措施來確保區(qū)塊中的數(shù)據(jù)不會(huì)被隱藏?？蛻舳丝梢試L試隨機(jī)下載區(qū)塊切分而成的數(shù)據(jù)塊，如果他們未能成功下載數(shù)據(jù)塊（即表明，該數(shù)據(jù)塊屬于惡意區(qū)塊生產(chǎn)者未公開的那 50% 的數(shù)據(jù)），它們就會(huì)拒絕承認(rèn)該區(qū)塊的數(shù)據(jù)可得性。如果下載一個(gè)隨機(jī)數(shù)據(jù)塊，客戶端就有 50% 的概率發(fā)現(xiàn)無效區(qū)塊。如果下載兩個(gè)數(shù)據(jù)塊，就有 75% 的概率。如果下載三個(gè)數(shù)據(jù)塊，就有 87.5% 的概率。以此類推，直到下載七個(gè)數(shù)據(jù)塊之后，就有 99% 的概率。通過這種方式，客戶端只需下載區(qū)塊中的一小部分?jǐn)?shù)據(jù)，即可有效檢查整個(gè)區(qū)塊的數(shù)據(jù)可得性。

數(shù)據(jù)可得性證明的全部細(xì)節(jié)會(huì)更復(fù)雜一些，而且依賴于其它假設(shè)，例如，網(wǎng)絡(luò)中的輕客戶端數(shù)量不能低于某個(gè)下限，這樣就有足夠多的輕客戶端請(qǐng)求數(shù)據(jù)塊，以便恢復(fù)整個(gè)區(qū)塊的數(shù)據(jù)。如果你想了解更多信息，可以查看關(guān)于數(shù)據(jù)可用性證明的論文。

結(jié)論

在本文中，我們介紹了數(shù)據(jù)可用性問題，討論了數(shù)據(jù)可用性對(duì)區(qū)塊鏈可擴(kuò)展性的重要性，并提出了解決方案。

以上就是數(shù)據(jù)可得性是什么意思什么是 “數(shù)據(jù)可得性” 的詳細(xì)內(nèi)容，更多關(guān)于數(shù)據(jù)可得性的資料請(qǐng)關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！

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Tag：數(shù)據(jù)可得性區(qū)塊鏈技術(shù)

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