DA数据发布与历史数据检索的区别及重要性解析

导语：在区块链领域，数据可用性(DA)这个概念经常被误解。很多人第一反应认为DA就是”能够获取历史数据”，但实际上这是一个普遍存在的认知偏差。近期L2BEAT联合创始人、Danksharding提出者以及Celestia创始人都对此进行了澄清，强调Data Availability本质上是指”数据发布”功能，而非”历史数据可检索”这种涉及数据存储的概念。

举例来说，Dankrad最近在讨论Layer2的强制提款机制时指出，Validium需要获取最新的L2状态来构造Merkle Proof，而Plasma则只需要7天前的数据。这个差异源于两者对合法Stateroot的判定方式不同。通过这个案例，Dankrad清晰地展示了DA与历史数据检索的区别——DA主要关注新发布的数据。

L2BEAT团队进一步强化了数据可用性(DA)与数据存储(DS)的区分。Bartek多次强调，DA和能够查询历史数据是完全不同的概念。用户能够获取L2数据，很大程度上依赖于数据提供节点的善意。为此，L2BEAT计划将”是否有开放的数据存储节点”作为评估Rollup的新指标，与DA分开考量。

以太坊社区和基金会成员的这些讨论表明，他们正在对Layer2相关概念进行系统性梳理，试图给出更精确的定义。目前围绕Rollup和L2的许多术语都缺乏清晰界定，比如”历史数据”的时间范围——有人认为由于智能合约只能调用256个区块内的数据，因此50分钟前的数据就算”历史数据”。

值得注意的是，Celestia和以太坊基金会对”Rollup”的定义也存在差异。本文旨在澄清DA与数据存储的区别，通过追溯DA的起源、解析数据可用性采样技术、分析Rollup的DA实现方式，帮助读者理解数据可用性本质上就是数据发布功能。

DA概念的起源

Celestia创始人Mustafa这样解释”数据可用性”：当区块生产者提出新区块时，如何确保区块中的所有数据都已发布到网络？如果区块生产者不完整发布区块数据，就无法检测区块中是否包含无效交易。

Mustafa指出，以太坊Rollup简单地将L2区块数据发布到以太坊链上，依赖ETH来保证数据可用性。以太坊官网对DA的定义是：”如何验证新区块的数据是否可用？”特别是对于轻客户端来说，DA问题是指在无需下载整个区块的情况下验证区块可用性。

以太坊官网明确区分了数据可用性与可检索性：DA关注的是区块提出时节点下载数据的能力，与尚未达成共识的区块相关；而数据可检索性是指从区块链中检索历史信息的能力。虽然存档可能需要历史数据，但节点验证区块和处理交易时并不需要这些历史数据。

Celestia中国贡献者任泓毅认为，Layer2基于以太坊的安全性和去中心化假设，排序器可以放心地将DA数据发布到以太坊，这些数据会无障碍传播给所有以太坊全节点。由于L2全节点本身运行Geth客户端，属于以太坊全节点的子集，自然能够接收Layer2的DA数据。

EthStorage创始人Qi Zhou博士则将DA定义为：确保用户提交的交易数据不会被扣留。对应的信任模型是只需信任L1协议本身，无需引入额外信任假设。Qi Zhou指出，当前以太坊的DA实现方式是P2P广播协议，每个全节点都会下载并传播新区块，存储Rollup数据。不过以太坊全节点不会永久存储历史数据，在EIP-4844实施后可能会自动删除18天前的数据。目前全球存储完整历史数据的档案节点很少，EthStorage正致力于填补这一空白，帮助Layer2建立专属的永久数据存储节点。

关于DA的早期讨论可以追溯到Vitalik 2017年的推文和github文档。当时他认为，要保证区块链的可扩展性和高效率，就需要提高全节点的硬件配置。但这样会增加运行成本，可能导致区块链中心化。

Vitalik提出可以设计一种方案，解决高性能全节点中心化带来的安全隐患。他计划引入纠删码和数据随机抽样，使低配置的轻节点无需获取完整区块也能确认区块的有效性。这个想法源自比特币白皮书中的概念：轻节点可以不接收完整区块，当区块有问题时，诚实全节点会发出警报。这个思路后来发展为欺诈证明，但仍无法确保诚实全节点总能获得足够数据，也无法判断区块提议者是否扣留了数据。

例如，节点A可能发布欺诈证明，声称从节点B收到了不完整区块。但无法判断这个不完整区块是A伪造的还是B发送的。Vitalik提出可以用数据可用性采样(DAS)解决这个问题，这表明DA本质上与数据发布相关。

Vitalik在《A note on data availability and erasure coding》一文中讨论了这些问题及其解决方案，指出DA证明实质上是对欺诈证明的补充。

数据可用性采样技术

DA概念并不容易解释，Vitalik的github文档前后修改了18次。最后一次更新是在2018年9月25日。就在前一天，Celestia创始人Mustafa与Vitalik联合发表了著名论文《欺诈与数据可用性证明：在不诚实多数情况下最大化轻客户端安全性和扩展区块链》。

有趣的是，这篇论文的第一作者是Mustafa而非Vitalik。文中提出了欺诈证明概念，解释了DAS原理，初步设计了结合DAS、二维纠删码和欺诈证明的混合协议。论文明确指出，DA证明系统是对欺诈证明的必要补充。

从Vitalik的角度看，这套协议的作用可以概括为：假设一条公链有N个高性能共识节点(Validator)，虽然TPS高，但节点数量少，中心化程度高，串谋风险大。但只要至少1/N的Validator是诚实的，能够检测无效区块并在必要时广播欺诈证明，轻节点或诚实Validator就能发现安全问题，通过惩罚恶意节点或社会共识分叉使网络恢复正常。

但如前所述，如果诚实全节点收到不完整区块并发布欺诈证明，很难判断是区块提议者未发布完整数据，还是其他节点扣留了数据，或者是发布证明的节点自导自演。此外，如果多数节点串谋，1/N的诚实Validator可能被孤立，无法获取新区块，形成数据扣留攻击。此时诚实节点难以区分是网络问题还是多数节点串谋。

因此需要一种方法，确保诚实Validator极大概率能获取验证区块所需数据，并能识别数据扣留攻击的来源。这种安全模型比普通PoS链的”诚实多数假设”提供更多保障，数据可用性抽样(DAS)就是具体实现方式。

假设网络中有大量轻节点(如10N个)，每个都连接多个Validator。这些轻节点会向Validator发起多次数据抽样请求，每次只请求区块的一小部分数据(如1%)。然后将获取的数据片段传播给缺少这些数据的Validator。只要轻节点足够多且抽样足够频繁，即使部分请求被拒绝，也能确保所有Validator最终获得验证区块所需的足够数据，从而抵消非提议者节点的数据扣留影响。

(图源：W3 Hitchhiker)

如果多数Validator串谋拒绝轻节点请求，人们很容易发现链出问题(因为网络问题不会导致大规模请求失败)。因此该方案能极大概率检测多数串谋行为，虽然这种情况本身就很少发生。

这样就能解决非提议者的不确定性因素。如果区块提议者扣留数据(比如使用二维纠删码时，区块包含2k×2k个片段，还原原始数据至少需要约k×k个片段，占1/4。提议者要让其他人无法还原数据，至少需要扣留(k+1)×(k+1)个片段)，最终会被诚实Validator检测到并广播欺诈证明。

据Vitalik和Mustafa表示，他们整合了已有的想法并进行了创新。从构思出发点和实现方式看，”数据可用性”关注的是验证最新区块所需的数据是否被完整发布并被验证者接收，这与”历史数据可检索性”有本质区别。

以太坊Rollup的DA实现方式

理解了上述内容后，再看以太坊Rollup的DA实现就清晰多了：Rollup中的区块提议者是排序器(Sequencer)，它定期在以太坊上发布验证Layer2状态转换所需的数据。具体来说，就是向指定合约发起交易，在自定义参数中嵌入DA数据，最终记录到以太坊区块中。由于以太坊的去中心化特性，可以确信排序器提交的数据会被”验证者”接收。不同Rollup网络中”验证者”的角色各不相同。

(Arbitrum排序器向以太坊合约提交的交易批次，合约本身不验证数据，只触发事件通知L2全节点)

具体而言，ZK Rollup使用以太坊上的验证者合约作为”验证者”。ZKR最少只需发布状态变化(State Diff)和有效性证明(Validity Proof)，验证者合约会检查有效性证明是否与状态变化匹配。验证通过后，排序器发布的L2区块就被视为有效。

(来源：前Polygon Hermez白皮书)

乐观Rollup需要在以太坊上发布更多数据，因为它依赖L2全节点下载数据并验证区块有效性。因此至少需要披露每笔L2交易的数字签名(通常使用聚合签名)、合约调用的输入参数、转账地址和防重放攻击的Nonce值等。虽然比完整交易数据有所精简，但仍比ZK Rollup更臃肿。

相比ZK Rollup，乐观Rollup的DA成本更高。ZKR只需披露交易执行后的最终状态变化和简洁的有效性证明，而OPR需要让所有交易在其他全节点上重新执行。W3hitchhiker曾估算，在不考虑EIP-4844和blob的情况下，ZKR的扩容效果可达OPR的数倍。如果考虑ERC-4337智能钱包(用生物特征替代私钥签名)，ZKR的优势会更明显，因为它不需要将生物特征数据发布到以太坊，而OPR需要。

至于Validium和Plasma/Optimium，它们使用以太坊链下的DA层实现数据可用性。例如采用有效性证明的ImmutableX建立了数据可用性委员会(DAC)专门发布DA数据；Metis使用Memlabs；Rooch和Manta则采用Celestia。目前来看，凭借DAS和欺诈证明系统，Celestia是以太坊之外最可信的DA层项目之一。

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