一文了解Celestia如何为以太坊L2提供链下数据可用性

注：原文作者是Aditi,John Adler以及Mustafa Al-Bassam。

长话短说：这篇文章介绍了量子引力桥‌（Quantum Gravity Bridge‌）项目，这是一个 Celestia 和以太坊之间的数据可用性 (DA) 桥梁。

从2020年DeFi夏季开始，到2021 年 NFT 的爆发，再到现在 DAO 的扩大，以太坊对区块空间的需求呈爆炸式增长。

昂贵的费用以及缓慢的交易，这两个致命组合导致各种团队致力于两种类型的rollup二层 (L2)解决方案（即Optimistic Rollup和ZK Rollup），目标是使得以太坊更具可扩展性，同时保持去中心化和安全性属性。然而，随着越来越多的项目上线以及交易量的增加，rollup网络费用也将快速增长。

今天，我们将关注 Celestia 如何通过 Celestiums，为以太坊rollup团队提供可扩展的链下数据可用性 (DA) 解决方案。

要理解这篇文章，你需要了解rollup（或一般的 L2）、数据可用性（DA）、validium以及volition的概念。有关这些主题，你可以查看本文底部的延伸阅读部分。

什么是Celestiums

图1：当前与以太坊交互的rollup

Celestia是一个L1区块链，其针对tx数据的排序和可用性进行了优化，这使它成为rollup团队输入其tx数据的完美可插拔组件，它具有高数据吞吐量的特点。

目前，以太坊rollup将来自多笔tx的数据收集到一笔批处理tx中，并将其发布到以太坊。此批处理tx包含作为calldata（调用数据）的rollup事务数据，即发布到以太坊但不直接执行的数据。

实际上，由于以太坊的数据容量有限，将所有的calldata（调用数据）发布到以太坊的相关成本会很高，这可能会很快变得非常昂贵。

这就是Celestia和Celestiums的用武之地。Celestium 是一个以太坊 L2 链，它使用了Celestia 作为数据可用性层，并使用以太坊网络结算和解决争议。

如前所述，Celestia作为一个L1区块链，它并不处理计算，而只充当数据层。随着区块空间需求的增加，以太坊的资源定价推高了gas成本。Celestia 的优势在于仅基于字节而非计算和存储定价，这使得 Celestia 的数据吞吐量大于以太坊。

下面就是Celestiums 的样子，它使用了Celestia 作为数据可用性层：

图 2：以太坊 L2 如何使用Quantum Gravity Bridge的概述图。

Celestia 的数据可用性桥（Quantum Gravity Bridge）合约将部署在以太坊上，然后以太坊L2运营商可以将他们的tx数据发布到 Celestia 网络，由Celestia 的权益证明 (PoS) 验证器将其放入区块中。然后，这些数据以数据可用性证明的形式从 Celestia 转发到以太坊。该证明是由 Celestia 验证者签署的 L2 数据的默克尔根(Merkle root) ，证明数据在 Celestia 上可用。

Quantum Gravity Bridge合约验证来自 Celestia 的 DA 证明上的签名。因此，当以太坊上的 L2 合约更新其状态时，它不依赖发布到以太坊的tx数据，而是通过查询DA bridge合约来检查是否在Celestia上提供了正确的数据。bridge合约将对之前转发给它的任何有效证明返回肯定响应，否则它将返回否定响应。

Celestiums 将为以太坊 L2提供高吞吐量的数据可用性，其安全性要比其他链下数据可用性方案要更高，我们将在下面的权衡部分进行讨论。

Rollup成本

图 3：理论上基于 STARK 的rollup交易批量大小与每笔交易的 gas 成本。

上图比较了理论上基于 STARK 的rollup交易批量大小与每笔交易的 gas 成本的关系。为了直观起见，批量大小预计为每批 10,000 笔tx，成本以 gas 计价。分析的每批固定gas成本假定为500万 gas。

我们可以看到，交易批量大小与每笔交易成本具有渐近关系。这意味着，无论rollup上的交易批次有多大，以太坊的 gas 成本都会接近一个渐近线，也就是将 calldata调用数据发布到以太坊的成本。

这一成本由向以太坊发布数据的每字节16 gas的成本驱动，然后乘以tx大小：

这意味着，无论你为rollup降低多少其他成本，你都无法避免为每字节数据支付16 gas。例如，即使在 rollup 上发送一笔典型的 200 字节的以太坊交易，仅calldata数据也会产生 3200 gas的费用。假设不考虑状态写入成本和基本交易成本（以今天 150 gwei 的 gas 价格和 2500 美元的 Eth 价格计算），这笔交易将花费用户大约1.2美元。最终用户将继续承受以太坊gas费用问题的负担，即使他们是在和rollup进行交互。

另一方面，Celestia 严格提供共识和数据可用性，而不是交易执行。由于数据可用性采样，随着有助于网络数据可用性的 Celestia 轻节点数量的增加，每个区块的大小也可以增加，而不会影响安全性或可扩展性。

权衡空间

链外数据可用性有很多不同的方法，每种方法都在可扩展性和安全性之间做出了不同的权衡。链上数据可用性对L2 而言是安全性最高的方法，因为在不破坏相关L1链的情况下，无法使数据不可用。这可能会变得昂贵，因此有时可以使用链下 DA 机制。

而将数据发布到链下允许以不同的方式破坏，并提供不同的安全保障。链下数据最幼稚的机制，是由单个实体或一组经过许可的实体，让他们来签署可用的数据。这些签名者可以被破坏而不会受到惩罚，因此该系统的安全性明显低于具有链上数据可用性的等效系统。

目前市场上存在着几个模型，我们将在下面进行探讨。

Validium‌ 是使用链下数据可用性的一个主要例子。Validium 将交易数据发布到链下（在许多情况下是发布到中心化数据库），但将证明发布到以太坊的执行层。Validium并不是rollup，因为它们不会发布到 L1，因此不会继承以太坊的安全性。但将交易数据发布到链下可以节省成本，因为它避免了以太坊的每字节 16 gas的费用。

Volition‌也是该领域的一个有趣的发展，因为它们允许用户在每笔交易的基础上选择他们的数据在哪里发布，可以选择在链上，也可以选择在链下。

Volation允许用户在每笔tx的基础上选择将其tx数据发布到哪里，而最直观的不同之处就是成本（链外成本低，链上成本高）。与Validium相比，在用户决定在链上发布交易数据的情况下，Volition确实继承了以太坊的安全性，并且在这些情况下可以将其视为rollup，但如果用户选择将数据发布到链下，则在安全性方面会有所欠缺。

与其他解决方案相比，Celestiums 提供了具有吸引力的安全性和可扩展性组合。Celestia 作为一种链下数据可用性机制，可能比传统的链下 DA 解决方案要更昂贵，这是因为在以太坊上验证Celestia的DA证明的gas成本，以及Celestia上的数据费用将由费用市场决定。然而，Celestia提供的数据可用性保证，要高于基于中心化提供商或许可委员会的链下数据可用性机制。

鉴于 Celestia 采用了Tendermint权益证明共识机制，并计划在网络上拥有一个庞大的、无需许可的质押者群体，不正确的 DA 证明可能会受到罚没惩罚。这是可能的，因为 Celestia 链上网络上的轻节点可以通过数据可用性采样检测不可用的区块，因此这类似于验证器（如果验证器集变得恶意，验证器可自动停止）。Celestia的Quantum Gravity Bridge 将为以太坊 L2 提供可扩展且安全的链下数据可用性。

注：Quantum Gravity Bridge是一个仍在开发中的早期项目，你可以查看GitHub 上的存储库以跟踪开发进度。