来源：Polygon
原文标题：《数据可用性问题》
撰文：Polygon
在这篇文章中，我们深入研究了数据可用性问题的细节以及它如何影响以太坊的扩展。
什么是数据可用性问题？
数据可用性问题：区块链网络中的节点如何确保新提议区块的所有数据实际上是可用的？如果数据不可用，则该块可能包含被块生产者隐藏的恶意交易。
举个例子，假设Alice是ZK-Rollup(ZKR)的运营商。她在以太坊上提交了经过验证的ZK证明。如果她没有在以太坊上提交所有交易数据，尽管她的证据证明rollup中进行的所有状态转换都是有效的，但rollup的用户仍然可能对其当前账户余额一无所知。由于提交的证明的零知识性质，提交的证明没有说明当前状态。
分析 | Coindesk分析师：未来几个月BTC再次进入长期牛市的可能性正在上升:据Coindesk分析师称，BTC突破5050美元的阻力位后，下一阻力位为5550美元。由于投资者可能担心BTC价格继续上涨，可能会增加目前的头寸，因此看涨趋势有可能延续。鉴于BTC总市值刚刚达到5个月高点，未来几个月BTC再次进入长期牛市的可能性正在上升。日线图显示，BTC从2018年12月16日开始价格低点不断抬升，由于4月2日强势上涨突破，目前BTC价格显著高于200日移动平均。虽然BTC价格已经小幅回落，但先前阻力位正转为支撑位，如果BTC收盘价能够维持在5200美元以上，将继续看涨。[2019/4/8]
OptimisticRollup(OPR)设置中有一个类似的例子，Alice在以太坊上提交了一个断言，但OPR的任何参与者都不能挑战它，因为交易数据不可用，因此他们无法重新计算或挑战该断言。
分析 | Augur预测选举优势明显 用户体验和交易量亟待提高:区块链投研机构 TokenGazer 指出Augur是以太坊上非常早期的应用程序，通过这个平台，每个用户都可以建立的去中心化预测市场，并且通过区块链技术确保结果的公正性。选举类事件持续的时间比较久，相对而言Augur整个流程比较长的缺点不会那么明显，Augur团队应该将适用于选举类事件这一优势利用好。但是，新用户在使用Augur过程中可能会感到难懂和困惑，如果在报告过程中产生分歧，达成共识需要的时间可能会很长，影响市场效率。[2019/3/28]
为了应对上述情况，OPR和ZKR的设计都要求operator将以太坊上的所有交易细节作为「calldata」提交。虽然这使他们在短期内避免了DA问题，但随着rollup内部交易数量的增长，需要提交的数据量也会增加，从而限制了这些rollup可以提供的扩展量。
分析 | 赛迪研究院：今年两会区块链提案呈现数量增多等特点:3月13日，赛迪研究院副总工程师、赛迪“区块链赋能实体经济推进计划”负责人刘曦子博士指出，今年两会区块链方面的四大变化：1.数目增多，由23条上升至34条；2.覆盖面变广，由单一的监管上升到产业、应用等各个方面；3.侧重点改变，今年更关注区块链技术的落地应用；4.关注主体迁移，由政府主导逐渐向企业界迁移，企业提案增多。[2019/3/13]
这对如今的区块链有何影响？
为了回答这个问题，让我们首先回顾一下类似以太坊的区块链的一般区块结构以及任何区块链网络上存在的客户端类型。
一个块可以分为两个主要部分：
区块头：一个小区块头包含与区块中包含的交易相关的摘要和元数据。块体：它包含所有交易数据并占块大小的大部分。在传统的区块链协议中，所有节点都被视为同步整个区块并验证所有状态转换的完整节点。所有节点花费大量资源来检查交易有效性并存储区块。从好的方面来说，这些节点不会接受任何无效的交易。
金色财经独家分析 韩国银行不愿接受数字货币交易者或将促使场外市场繁荣:金色财经独家分析，据韩国时报报道，Bithumb的一名官员表示：“市场原本预期引进（数字货币交易）实名注册制后，将有助于交易复兴，但失败了，因为本国的银行不愿接纳更多的数字货币交易者。”韩国一直是加密货币的热门市场，韩元市场占到整个加密货币市场的比重仅次于日元和美元市场。Bithumb也是韩国第二大的加密货币交易所，之前韩国实施虚拟货币实名交易制，现有虚拟货币账户一律停用。此举旨在提高交易透明度，防范投机势力新入虚拟货币交易市场。然而目前来看，银行对于数字货币交易者仍然保持着传统金融机构的谨慎，再加上监管政策的不确定性，对于新兴的加密货币，韩国银行仍然是不愿接受数字货币交易者，那这样的状况对于韩国的加密货币市场会带来一定的冲击，不过也有可能将需求导向场外，这或许会促进韩国的场外加密货币市场。[2018/5/7]
可能还有另一类节点没有资源来验证每笔交易。相反，他们主要对了解区块链的当前状态以及与他们相关的某些交易是否包含在链中感兴趣。这些轻客户端依靠全节点来检查所有交易是否有效。因此，在安全性方面，它们依赖于可信的全节点。
金色财经独家分析 G20重启监管计划将影响加密货币走势:据悉，全球经济领导人于今年4月19-20日在华盛顿召开第二次G20财长会议和中央银行行长会议，将制定出加密货币监管具体的政策，继续讨论在布宜诺斯艾利斯通过的议程项目。此前，世界各国的经济领导人已经设定了7月作为对加密货币统一监管的最后期限。金色财经分析，如果进展顺利，加密货币世界各国的政策将因G20的成果而逐渐明朗。G20国际协调作用举足轻重，此前中国银行在《2018二季度全球经济金融展望报告》就提出“充分发挥G20在全球政策协调方面的作用，探索构建全球统一的数字货币监管框架，敦促各国共享数字货币的交易信息，不断规范数字货币的发展。共同打击利用数字货币进行的犯罪行为”的监管建议。相信在各国共识和共同努力的基础上，加密货币会逐渐剔除政策不确定造成的强烈波动，稳定性的增强也将显著提高加密货币的实用价值。[2018/4/20]
但是如果区块生产者没有透露区块背后的全部数据呢？这可以防止全节点验证所有交易。这反过来又阻止了轻节点绝对确定它所看到的由所有合法交易支持的区块头。
为了解决这个问题，我们需要一种轻客户端机制来验证数据可用性。这将确保区块生产者无法通过说服轻客户端来隐藏数据。它还将迫使区块生产者公开部分数据，使整个网络以协作的方式访问整个区块。
让我们借助一个例子更深入地探讨这个问题。假设区块生产者Alice用交易tx1、tx2、……、txn构造了一个区块B。让我们假设tx1是恶意交易。如果tx1被广播，任何完整节点都可以验证它是恶意的，并将其发送给轻客户端，轻客户端会立即知道该块是不可接受的。但是，如果Alice想隐藏tx1，她会显示标头和除tx1之外的所有交易数据。全节点无法验证tx1的正确性。让轻节点查询任意一笔交易，均匀随机。轻客户端查询tx1的概率为1n。因此，Alice能够以压倒性的可能性轻客户端接受恶意交易。由于不可归因的性质，全节点无法以任何方式证明tx1不可用。
那么，我们该怎么办呢？
该问题的解决方案在于在块中引入冗余。总的来说，有大量关于编码理论的文献，特别是擦除编码，可以帮助我们解决这个问题。
简而言之，纠删码允许我们将任何n个数据块扩展为2个数据块，其中2n个数据块中的任何一个都足以重建原始数据块。
如果我们强制区块生产者擦除交易tx1、tx2、...、txn的代码，然后隐藏单个交易，则需要隐藏n+1个交易，因为任何足以构建整个交易集的交易。在这种情况下，恒定数量的查询使轻客户端足以确信底层数据确实可用。
哇，原来如此？
不。虽然这个简单的技巧使隐藏工作变得更加困难，但区块生产者仍有可能故意以错误的方式执行擦除编码。然而，一个完整的节点可以验证这个擦除编码是否正确完成，如果没有，它可以向轻客户端证明这一点。这被称为欺诈证明。有趣的是，轻客户端需要有一个诚实的全节点邻居才能确定如果编码错误，那么它将收到欺诈证明。这确保了轻客户端以极高的概率访问没有恶意交易的链。
但是存在一个问题！如果简单地实现，欺诈证明的大小可以按照块本身的大小排序。但我们对轻客户端的资源预设禁止我们使用这样的设计。通过使用多维擦除编码技术，可以在这方面有所改进，该技术以可接受的大小减少欺诈证明的大小。为简洁起见，我们不涉及这些，但该文献对其进行了详细分析。
基于欺诈证明的解决方案的问题在于，轻客户端永远无法完全确定尚未收到欺诈证明的任何块。此外，他们一直相信其全节点对等方是诚实的。还需要激励诚实的节点不断保持审计区块。
有没有办法避免欺诈证明？
最近，向量承诺重新引起了区块链领域的关注。这些向量承诺，尤其是对多项式的恒定大小的KZG/Kate承诺，可用于设计简洁的DA方案，而无需欺诈证明。简而言之，Kate承诺允许我们使用单个组元素提交多项式。此外，该方案支持我们证明在某个点i使用恒定大小的见证，多项式评估为。承诺方案在计算上是隐藏和绑定的，也是同态的，使我们能够巧妙地避免欺诈证明。
我们强制块生产者获取原始交易数据并将其排列在大小为n,m的二维矩阵中。它使用多项式插值将大小为n的每一列扩展为大小为2n的列。对于这个扩展矩阵的每一行，它都会生成一个多项式承诺，并将这些承诺作为区块头的一部分发送。下面给出了该块的示意图。
轻客户端查询这个扩展矩阵的任何单元格以获得见证，这使它能够立即根据块头验证它。恒定大小的成员证明使抽样非常有效。承诺的同态性质确保只有在正确构造块的情况下才验证证明，并且多项式插值确保成功样本的恒定数量意味着数据以非常高的概率可用。
该方案的更精细细节以及进一步的优化和成本估算超出了本文的范围。
其他选择是什么，以及进一步变更是什么？
更高维的擦除代码和Kate承诺并不是解决DA问题的唯一方法。我们在这里跳过了其他方法，如编码默克尔树、编码交错树、基于FRI和STARK的方法，但每种方法都有其优点和缺点。
我们在Polygon，一直在使用Kate承诺开发数据可用性解决方案。在后面的文章中，我们将介绍实现细节、您现在可以如何使用它以及我们如何致力于转变DA问题空间。
来源链接：blog.polygon.technology
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