币安交易所 | 以太坊数据可用性详解：区块链扩容的核心基石

什么是以太坊数据可用性？

数据可用性（Data Availability, DA）是指用户能够确信，验证区块链区块所需的数据确实可供所有网络参与者使用。对于以太坊 Layer 1 上的全节点来说，这一过程相对简单，因为全节点会下载每个区块中所有数据的副本。然而，随着区块链向以 Rollup 为中心的路线图演进，数据可用性问题变得至关重要：需要向整个网络证明正在添加到区块链中的某些汇总交易数据确实代表一组有效的交易，但无需所有节点下载所有数据。完整的交易数据是独立验证块所必需的，但要求所有节点下载所有交易数据是对扩容的阻碍。

简单来说，如果区块生产者发布完整的数据并允许验证者下载，我们称该数据是可用的；反之，如果生产者保留部分数据导致验证者无法下载完整数据，则数据不可用。数据可用性不同于数据可检索性，它关注的是节点在提议添加到链时下载区块交易数据的能力。对区块数据的访问使验证节点能够使用其以太坊世界状态的版本来不信任地重播交易，并独立验证每个区块的正确性。

数据可用性为何是区块链扩容的关键？

数据可用性是区块链实现大规模扩展的核心前提。以太坊从执行分片转向以 Rollup 为中心的路线图，是为下一个 10 亿用户扩展区块链的关键一步。模块化架构中的数据可用性和分片允许区块链在不牺牲去中心化的情况下扩展吞吐量。在 Optimistic Rollups 和 ZK-Rollups 中，它们不存储交易数据，而是直接使用以太坊主网作为数据可用性层。这意味着，Rollup 链将状态数据上报给 DA 层，DA 层负责广播、采样、存储和验证。

解决数据可用性问题的目的是充分保证，自己不下载和存储数据的网络参与者（如轻节点）可以使用全部交易数据进行验证。如果数据不可用，从区块链的角度来看，相关交易就不存在，因为无法用数据复制某些东西。因此，确保验证机制的安全性和降低数据发布成本，是数据可用性技术包含的两个关键方面。

核心技术：数据可用性采样（DAS）与纠删码

为了应对全节点下载所有数据带来的带宽压力，以太坊 2.0 引入了数据可用性采样（Data Availability Sampling, DAS）机制。DAS 通过随机抽样技术验证分片数据是否真实存在。其核心目标是让节点无需下载全部数据即可验证数据可用性，为 Danksharding 等未来升级奠定基础。

PeerDAS（点对点数据可用性采样）是 DAS 的一种新型方案，专为区块链扩展设计。原始数据通过纠删码（如 Reed-Solomon 码）扩展为多个小块，即使只获取部分小块，仍可恢复原始数据。例如，假设扩缩系数 k=2，丢失 50% 的数据仍可恢复，确保了极高的可用性。数据分片存储于多个节点，通过 P2P 协议分发，避免单点故障并提高分发效率。PeerDAS 采用分布式验证和纠删码机制，显著提高了数据篡改的难度，通过去中心化的验证有效防止数据丢失或恶意篡改。

新兴趋势：专用数据可用性层（DA Layer）

随着模块化区块链的兴起，出现了专注于提供数据可用性的独立层级，如 Celestia。Celestia 是数据可用层（DA）项目，基于 Cosmos 架构，为其他 Layer 1 和 Layer 2 提供数据层和共识层，构建模块化区块链。Celestia 利用欺诈证明、纠删码和数据可用性抽样进行数据校验，同时实现让轻节点参与校验。其商业模式为 toB，面向其他公链收费。

以太坊已确认 Celestia 已经储存和发布了相关数据，可以随时访问。Celestia 通过纠删码 + 欺诈证明 + 经济约束和激励机制，实现了通用的数据可用性解决方案。此外，Avail 也专注于利用 KZG 多项式承诺、纠删码等技术，允许轻客户端高效且随机地小样本采样，从而证明区块数据可用而无需下载全部区块。

数据可用性的挑战与未来展望

尽管技术不断进步，数据可用性仍面临挑战。通过以太坊协议，数据可用性仅在一个短暂的固定窗口期内得到保证，此后成为生态系统中其他实体的责任。任何节点都可以使用数据可用性采样来验证数据可用性，即下载二进制大对象数据的随机小样本。在提议者 - 构建者分离的情况下，只要求区块构建者处理整个区块，其他验证者将使用数据可用性采样进行验证。

未来，随着 Danksharding 的升级，数据可用性将与共识层和结算层紧密耦合，允许 Rollup 利用本地数据可用性解决方案，放弃 validium 和 volition 的安全假设。Danksharding 将增强从以太坊继承安全性的 Rollup，通过升级底层基础设施，允许网络应对当前面临的高吞吐量挑战。PeerDAS 作为一种新型技术，展现出了在区块链扩展性和安全性方面的巨大潜力，通过降低节点的存储和带宽需求，提升网络的可扩展性和去中心化程度。

总结而言，数据可用性是区块链生态的基石。无论是通过以太坊主网的 DAS 机制，还是通过 Celestia 等专用 DA 层，其核心目标始终是确保数据的真实可用，同时降低验证成本，为区块链的无限扩展铺平道路。