作者：Bec
修订：Evelyn
什么是DataAvailability
大家都知道，区块链技术的一个特点就是：存放在链上的数据是安全可靠的，不可篡改的。那数据可用性是指的什么呢？难道区块链的共识不能保证数据的安全了吗？显然不是，区块链数据的安全性，是大家都认可的，也是区块链一直持续发展的一个动力之一。那么DA层是什么，我们先来看看下面几种情况。
一个节点如果想验证某一笔交易或者某一个区块，这个节点需要下载所有的区块和交易数据。由于区块链的持续运行，区块和交易数据会持续增长，这个节点的成本也会越来越高。以至于越来越多的节点只能选择运行轻节点。这些轻节点，没有下载所有的交易数据，它们不能对交易和区块进行验证，只能相信它们选择的共识节点。因此，实际上这些轻节点是不知道获得的数据是否可用。
同时区块链网络为了提高效率，一直在尝试进行扩容。以太坊的L2就是以太坊的一种扩容方案，从而提高以太坊的吞吐量。但L1和L2在本质上还是两个网络，L1是不会参与L2的共识，也不会验证和执行L2的交易，同理L2也不会参与L1的共识，亦不会验证和执行L1的交易。但是在此时，L1与L2之间其实是有信任问题的，例如：Rollup要求将所有交易数据都记录到以太坊的交易中，那么Rollup的用户为了验证自己的交易是否存入以太坊，他还需要运行一个以太坊的全节点吗？
币记Bitget与启航资本达成深度合作关系:据官方消息，币记Bitget与启航资本达成深度合作关系，共同拓展市场。
启航资本于2019年进入区块链市场，主要专攻ETH合约 ，BTC合约，FIL现货，数字货币量化（现货、合约）。致力于技术分析，资金分配 ，风险控制管理。自2021年2月份深入合作以来，跟单人数已超千人，日交易量上千万usdt。管理资金更是超百万u，实现利润与风险双向控制。所有策略都是实时更新，保障合作用户实时跟上操作。
币记Bitget总部位于新加坡，是一家拥有四国牌照的专注于衍生品的全球数字资产交易平台，在日本、韩国、越南、加拿大等地设有办事处。币记Bitget的标杆产品为一键跟单，累计跟单数超过360万，全球拥有150多万注册用户，合约交易量位居世界前五。[2021/4/30 21:12:38]
从目前区块链的工作机制当中我们可以知道，当一个节点不参与共识的时候，特别是没有存储所有交易数据的时候，对于它自己获得的数据是否有效它是无法验证的，这些节点目前都只能相信自己连接的共识节点不会自己，或者多连接几个共识节点，做一个小小的容错。
因此DA层解决的问题是，在不参与共识、以及不用存储所有交易数据的情况下，依然能够对交易进行验证，从而证明这个交易是否可用。
链上ChainUP WaaS联盟与欧赛Osasion达成深度战略合作:据官方消息，链上ChainUP WaaS联盟与欧赛Osasion宣布达成深度战略合作，将为欧赛Osasion链上稳定币UORA项目提供全方位的WaaS联盟服务，包含主链资产托管等，双方就区块链技术应用落地、区块链金融服务、资金安全等方面深度合作。
欧赛Osasion资产上链分布式交互生态公链，包含AUC主网架构，双智能合约体系下的平权治理型生态社区，一币双挖的代币分配模型嵌入到独创的Bayes（贝叶斯）生态网体。首创MPOS共识机制，打造一个由共识者主体共建共享的分布式去中心化金融赋能网体，为欧赛Osasion链上生态治理和发展打造高流量社区聚集地。
WaaS联盟是链上ChainUP集团依托3年时间所服务的300多家交易所经验，将底层资产托管和钱包封装而成的一套完整的服务，包含资产托管、节点服务、主链币种开发、热门币种一键接入、共管钱包、借贷理财等多种功能服务，通过开放钱包API与SDK，帮助交易所、项目方、媒体等快速高效接入，实现云端资产安全托管，联盟内部转账0手续费即时到账。目前，已有超过500家企业加入ChainUP WaaS联盟。[2020/12/2 22:52:57]
Celestia
声音 | 中国智能交通产业联盟理事长：交通需要与区块链等新技术深度融合:金色财经报道，12月10日，在“智无界·共生长” 2019百度地图生态大会上，中国智能交通产业联盟理事长、国家智能交通系统研究中心首席科学家王笑京表示，交通是个完整的体系，既包括基础设施建设，又包括运输服务网发展，更需要与大数据、互联网、人工智能、区块链等新技术的深度融合。[2019/12/11]
在上面先介绍了什么是DA，接下来，我们再来看看Celestia项目是打算如何来解决这个问题的。
Celestia项目围绕二维Reed-Solomon纠删码，设计了一套随机抽样来验证数据、以及恢复数据的方案从而确保数据可用。
当一个全节点发现轻节点收到有问题的数据时，会构建一个欺诈证明并发送给这个轻节点，轻节点收到欺诈证明之后，从网络中通过随机抽样的方式，获得需要的数据，来验证这个欺诈证明是否有效，从而能够明确的知道自己之前获得的数据是否可用。轻节点不需要信任给自己发送数据的节点，也不需要信任给自己发送欺诈证明的节点，这是因为轻节点是通过随机抽样的方式，来获取进行此次验证所需要的数据，因此安全性能是由整个网络来提供的。这样也使得DA层的安全等级，能够接近共识层的安全等级。
声音 | 丰都县委：在区块链发展大格局中找准丰都位置 深度应用到经济运行等领域:近日，丰都县“不忘初心、牢记使命”主题教育形势政策教育报告会暨县委理论学习中心组（扩大）学习会在丰都县党政大楼召开。会议要求，各级各部门要坚持站位，深入学习领会习总书记关于区块链的重要讲话精神，切实把思想统一到党中央的决策部署上来，结合辅导报告，主动加强对区块链技术的学习研究，熟悉基础知识，掌握相关政策，找准切入点、选好攻坚点，力争在区块链发展大格局中找准丰都位置。相关部门要结合区块链具有的渗透性、带动性、融合性等特点，抢占先机、积极作为，把区块链技术深度应用到经济运行、社会治理、市场监管、公共服务、政务服务等领域，推动丰都高质量发展。[2019/12/9]
接下来，我们来了解一下Celestia具体是如何工作的。由于Celestia项目还处于开发测试阶段，因此这里采用的都是现阶段的白皮书的介绍方案，可能会与实际的解决方案有出入。
准备
欺诈证明的验证，必须是高效的，并且不需要全部的交易数据，也不需要执行具体的交易，因此Celestia对于自己区块的数据，进行了一些扩展。
1.stateRoot
状态的稀疏默克尔树的根，这种默克尔树的叶节点，是一个key-value对。
上海市经信委信息化推进处处长：上海将促进区块链等技术的深度应用:第一财经讯，近日，上海市经信委信息化推进处处长裘薇接受采访时表示，上海即将发布《上海市工业互联网产业创新工程实施方案》。《实施方案》提出，在促进产业生态培育方面，上海拟加强产业创新，促进边缘计算、大数据、人工智能、区块链等新技术在工业互联网的深度应用；推进工业传感器、5G物联网通信模块、智能硬件等技术研发与应用；培育形成一批基于工业互联网的工业智能软件和服务的整体解决方案。[2018/5/17]
定义了一种变量，状态见证(w)：是一些key-value对，以及他们在默克尔树中的证明，组成的集合：
定义了一个函数，rootTransition：可以通过状态根、交易、以及这些交易的状态见证，转换得到交易执行后的状态的根。也就是每个交易执行后的状态的默克尔根stateRoot`可以通过rootTransition(stateRoot,t,w)得到
2.dataRoot
将交易，以及这些交易执行的中间状态根，组合成一个固定大小与固定格式的shares?。这些所有的交易的shares?，按照二维RS纠删码，进行扩展，最后得到一个默克尔树的根，即dataRoot。
具体步骤
将初始的交易数据，按照?shares?的大小与格式进行封装。
将?shares?放入一个k×k的矩阵，如果数量不够，则填充补齐。
然后应用RS纠删码，按照行和列进行3次补齐，最终得到一个2k?2k的矩阵。
对这个矩阵的每一行和每一列，都构建一个默克尔树，得到2?k个行根和2?k个列根。
最后将这4?k个根，组成一个默克尔树，得到根dataRoot。
shares
shares?是Celestia项目定义的一个固定大小和格式的数据结构。主要内容是交易，以及执行这些交易的中间状态根。
由于没有具体规定多少交易，需要生成对应的中间状态根，项目方设定了一个?Period变量，作为最大限制周期，这个限制可以是最大多少交易之内必须生成中间状态根，也可以是多少字节，或者多少GAS。
还定义了两个函数来帮助验证：
parseShares?函数：输入shares，得到消息m，可以是中间状态根，也可能是交易。
parsePeriod?函数：输入消息，得到前状态根，执行后状态根，以及交易列表。
设定的格式举例
固定256字节
0-80：开始的交易
81-170：包含的交易
171-190：中间状态根
191-256：下一批开始的交易
白皮书中，介绍了两种欺诈证明，下面将分别对此进行介绍：
3.状态转换无效的欺诈证明
这是一个针对?stateRoot?的一个欺诈证明。全节点利用?dataRoot?中的?shares，来帮助轻节点验证收到的区块头中的?stateRoot?是否有效。
状态转换无效的欺诈证明的组成：
对应块的blockhash
相关的?shares
这些?shares?在?dataRoot?对应的默克尔树中的默克尔证明
这些?shares?包含的交易的?状态见证。
证明的验证：
验证blockhash，确定是对于哪个区块的欺诈证明。
验证证明中的每个?shares?的默克尔证明是否有效。
通过?shares?的两个解析函数，可以正确得到对应的交易列表，以及这批交易的执行前状态根和执行后状态根。并且如果执行前状态根为空，则第一个交易一定是块的第一笔交易；同时如果执行后状态根为空，则最后一笔交易一定也是块的最后一笔交易。
根据rootTransition函数，来验证得到的两个状态根。
4.错误生成扩展数据的欺诈证明
这是一个针对?shares?在网络传播时，当一个全节点从网络中收到?shares?恢复的数据，与自己的数据不匹配时，会向网络回应欺诈证明。
错误生成扩展数据的欺诈证明的组成：
错误的?shares?所在行或列的默克尔根。
这个行或列的默克尔根，在?dataRoot?对应的默克尔树中的默克尔证明。
这足够恢复这一行或列的?shares。
每个shares?在?dataRoot对应的默克尔树中的默克尔证明。
证明的验证：
验证blockhash，确定是对于哪个区块的欺诈证明。
验证证明中行或列的默克尔根的默克尔证明是否有效。注：VerifyMerkleProof(行或列的默克尔根，行或列的默克尔根的默克尔证明，dataRoot，长度，位置索引)其中前面2个数据是证明携带的数据，后面3个是本地数据。
验证证明中每个?shares?的默克尔证明是否有效。注：VerifyShareMerkleProof（shares，shares?的默克尔证明，dataRoot，长度，位置索引)其中?dataRoot是本地数据，另外数据都是从证明中获得。
通过收到的?shares，恢复这一行或列的所有数据，并验证其默克尔根是否等于自己之前收到的对应行或列的默克尔根。
数据可用性
通过2维RS纠删码，Celestia的轻节点通过随机抽样的方式，来获取区块数据，以及验证欺诈证明的相关数据。同时随机抽样的数据，并在网络中传播，当达到一定的数量时，也可以帮助网络恢复区块数据。下面介绍一下具体的工作流程：
轻节点从任意一个连接的全节点中获取一个新区块的块头，以及2k个行和2k个列的默克尔根。先用这些默克尔根与区块头中的?dataRoot?进行初步校验。如果错误则拒绝这个区块头。
在这个2k×2k的矩阵中，轻节点随机挑选一组不重复的坐标，将这些坐标发送给与自己相连的全节点们。
如果一个全节点拥有这些坐标所对应的所有数据，就会将这个坐标对应的?shares，以及?shares?的行或列的默克尔证明，回应给轻节点。
轻节点对于每一个收到的?shares，都会验证其默克尔证明是否有效。注：VerifyMerkleProof其中前面2个数据是证明携带的数据，后面3个是本地数据。
如果一个全节点没有回应某一个坐标的?shares，轻节点则会将自己收到的对应的shares、以及它的默克尔证明发送给这个全节点，这个全节点也会将收到的数据转发给相连的其他全节点。
如果步骤4中的验证都没有问题，并且步骤2中抽样的坐标都有收到回应，同时在一个设定的时间段内没有收到关于这个区块的欺诈证明，则轻节点认为这个区块是数据可用的。
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