ما هو توافر البيانات؟

إتاحة البيانات هي التأكيد بأن البيانات الكاملة الخاصة بكتلة مقترحة قد نُشرت على الشبكة، بحيث يستطيع أي مشارك تنزيلها والتحقق بشكل مستقل من حالة السلسلة أو إعادة بنائها. يكتسب هذا المفهوم أهمية قصوى لدى رول أب، الذي ينفّذ المعاملات بعيدًا عن سلسلته الأم ويجب أن ينشر البيانات الأساسية في مكان يمكن التحقق منه.

المشكلة التي تحلّها DA هي حجب البيانات. فقد ينشر منتج الكتلة ترويسة تبدو صالحة بينما يخفي المعاملات داخلها، فتعجز الشبكة عن إثبات وجود خلل لأن الدليل مفقود. ويؤدي ضمان نشر البيانات، ولو لوقت قصير، إلى إغلاق هذا الهجوم ويتيح عمل إثباتات الاحتيال وإعادة بناء الحالة.

DA مؤقتة عن قصد. فالشبكات تحتاج إلى الاحتفاظ بالبيانات فقط لمدة كافية لمرور نوافذ التحقق والنزاع، وبعدها يمكن حذفها. تحذف إيثريوم بيانات blobs بعد نحو 18 يومًا، وخفّضت Celestia الحد الأدنى لنافذة الحذف إلى ما يزيد قليلًا على 7 أيام، مما يُبقي متطلبات تخزين العقد ثابتة مع نمو الإنتاجية.

يُعد نشر البيانات أكبر تكلفة تشغيلية لمعظم شبكات الطبقة 2، لذا فإن سعر DA وسعتها يحددان رسوم رول أب مباشرة. وقد حوّل ذلك DA إلى سوق تنافسية تبيع فيها إيثريوم وCelestia وEigenDA وAvail مساحة blobs للعملاء أنفسهم.

كيف تعمل إتاحة البيانات؟

تجمع أنظمة DA الحديثة بين ترميز المحو والالتزامات التشفيرية وأخذ العينات العشوائية، لتتيح لعقد صغيرة ورخيصة التحقق من وجود كميات ضخمة من البيانات دون تنزيل أي جزء منها.

1. ترميز المحو

يوسّع ترميز المحو بيانات الكتلة إلى مجموعة أكبر من الأجزاء الزائدة، عادةً باستخدام ترميز Reed-Solomon، بحيث يمكن إعادة بناء الأصل من جزء فقط من القطع. وإذا بقي نصف البيانات الممتدة، تبقى مجموعة البيانات كاملة.

هذه الخاصية تغيّر مشكلة الحجب. فبدون الترميز، يعني إخفاء معاملة واحدة حجب جزء صغير جدًا، وهو ما لن تكشفه الفحوص العشوائية تقريبًا. أما مع الترميز، فإخفاء أي شيء يتطلب حجب قدر كبير من البيانات الممتدة بحيث تكشف حفنة من العينات الفجوة بيقين شبه تام.

تربط الالتزامات الأجزاء بترويسة الكتلة حتى تتمكن العقد من فحص كل عينة مقابل بصمة. ترتب Celestia بياناتها المرمّزة في مربع ثنائي الأبعاد باستخدام أشجار Merkle ذات مساحات الأسماء، بينما تلتزم إيثريوم وAvail ببيانات blobs باستخدام التزامات KZG متعددة الحدود، التي تثبت انتماء جزء إلى المجموعة دون كشف بقيتها.

2. أخذ عينات إتاحة البيانات (DAS)

أخذ العينات هو تقنية التحقق المبنية فوق الترميز. فبدلًا من تنزيل الكتلة، تطلب العقدة الخفيفة بضعة أجزاء عشوائية وتتحقق منها مقابل الالتزامات. وكل عينة ناجحة ترفع بشدة احتمال أن جميع البيانات موجودة، وبضع عشرات من العينات ترفع الثقة فوق 99.99%.

يتوسع الأمان مع المشاركة. فكل عقدة أخذ عينات إضافية تستعلم عن إحداثيات عشوائية مختلفة، فيغطي آلاف العملاء الخفيفين معًا مجموعة البيانات كاملة رغم أنه لا يحتفظ بها جهاز واحد. وتفشل البيانات المحجوبة في العينات بسرعة، وترفض العقد الأمينة الكتلة قبل إتمامها.

تصبح الكتل الكبيرة آمنة بفضل أخذ العينات. إذ يمكن للسلسلة رفع سعة بياناتها بمقدار رتبة حجم دون إجبار كل عقدة على شراء نطاق ترددي أكبر، لأن تكلفة التحقق تبقى ثابتة تقريبًا. وهذه هي الآلية وراء PeerDAS في إيثريوم وشبكة العقد الخفيفة في Celestia.

3. العقد الكاملة والعقد الخفيفة وإعادة البناء

تقسّم شبكات DA مهام التحقق بين أنواع العقد. تنزّل العقد الكاملة الكتل الكاملة أو أجزاء مخصصة منها وتخزّنها، وتقدّم العينات لبقية الشبكة، وتعيد بناء البيانات المفقودة من الأجزاء المرمّزة بترميز المحو عندما يحجب المنتج جزءًا من كتلة.

تتولى العقد الخفيفة أخذ العينات. فهي تحتفظ بالترويسات والالتزامات فقط، وتعمل على الحواسيب المحمولة أو الهواتف، ومع ذلك تحصل على ضمانات قوية بوجود البيانات. وفي تصميم PeerDAS في إيثريوم، لم يعد حتى المدققون يخزّنون كل blob، إذ تحتفظ كل عقدة بشريحة مخصصة من البيانات المرمّزة وتأخذ عينات من الباقي من النظراء.

إعادة البناء هي شبكة الأمان التي تربط الأمرين معًا. فإذا امتلكت عقد أمينة كافية أجزاءً كافية فيما بينها، يمكن دائمًا إعادة بناء مجموعة البيانات كاملة ونشرها من جديد، لذا تحتاج شبكات أخذ العينات إلى حد أدنى من العقد الأمينة، وكلما زاد عددها تقوّت الشبكة بدلًا من أن تُثقَل.

4. لجان إتاحة البيانات (DACs)

لا تدفع كل سلسلة ثمن ضمانات DA الكاملة. لجنة إتاحة البيانات هي مجموعة ثابتة من المشغّلين المعروفين يحتفظون ببيانات رول أب خارج السلسلة الأم ويوقّعون شهادات بوجودها. تستخدم Validiums وoptimiums هذا النموذج لخفض التكاليف إلى ما يقارب الصفر، مع قبول أن على المستخدمين الوثوق باللجنة بدلًا من التحقق المفتوح.

إذا تواطأت اللجنة أو فشلت، فقد يعجز المستخدمون عن إثبات أرصدتهم أو الخروج من السلسلة، وهو خطر تزيله الأنظمة القائمة على أخذ العينات بالسماح لأي شخص بفحص البيانات مباشرة. يتتبع L2BEAT الشبكات التي تعتمد على اللجان مقابل طبقات DA القابلة للتحقق، ولا تزال حصة كبيرة من السلاسل الخاصة بتطبيقات محددة تختار نموذج اللجنة بسبب سعره.

تحاول التصاميم الهجينة تضييق الفجوة. فبعض اللجان تنشر التزامات تشفيرية على السلسلة الأم، أو تضيف الستيكينغ والعقوبات (slashing) لمعاقبة سوء السلوك، أو تعود إلى النشر الكامل على السلسلة إذا توقفت الشهادات عن الوصول.

إتاحة البيانات على إيثريوم: blobs وPeerDAS

حوّلت إيثريوم DA إلى منتج من الدرجة الأولى مع ترقية Dencun في مارس 2024، التي أدخلت blobs عبر EIP-4844. وblobs هي حزم بيانات بحجم 128 كيلوبايت يرفقها رول أب بالكتل، وتُسعَّر عبر سوق رسوم منفصلة وتُحذف بعد نحو 18 يومًا.

ارتفعت السعة على مراحل منذ الإطلاق. بدأت Dencun بهدف 3 blobs لكل كتلة، ثم ضاعفت ترقية Pectra ذلك إلى 6، ثم فعّلت ترقية Fusaka بروتوكول PeerDAS لأخذ العينات الذي يتيح للعقد التحقق من blobs دون تنزيلها كلها. وأضافت Fusaka أيضًا شوكات Blob Parameter Only، وهي ترقيات صغيرة مجدولة مسبقًا ترفع حدود blobs دون شوكة صلبة كاملة.

تلتها شوكتا BPO خلال أسابيع. رفعت شوكة BPO الثانية الهدف إلى 14 blobs لكل كتلة بحد أقصى 21، أي نحو 2.7 ميغابايت من البيانات لكل كتلة، وأبقى المطورون الأساسيون زيادات أخرى احتياطًا إلى أن يملأ الطلب المساحة الجديدة. وتتجه خارطة الطريق نحو danksharding الكامل، حيث يدعم أخذ العينات ثنائي الأبعاد أعدادًا أعلى بكثير من blobs، وستعيد ترقية Glamsterdam القادمة هيكلة نشر الكتل لإتاحة الخطوة التالية.

التسعير لا يقل أهمية عن السعة. فرسوم blobs تتحدد عبر مزاد خاص بها، لذا يدفع رول أب القليل جدًا عندما تكون المساحة متاحة، وترتفع الرسوم معًا عندما تمتلئ، وهي دورة حدثت عندما لحق الطلب بحدود Pectra قبل أن تعيد Fusaka ضبط الهامش المتاح.

blobs في إيثريوم مقابل Celestia مقابل EigenDA مقابل Avail

يختار رول أب الآن بين مساحة blobs الأصلية في إيثريوم وشبكات DA المتخصصة، ويحدد هذا القرار قاعدة تكاليفه وسقف إنتاجيته وافتراضات الثقة. توفّر إيثريوم أعمق مستوى من الأمان وتُبقي التحقق من البيانات داخل مجموعة المدققين نفسها التي تسوّي معاملات رول أب، بينما تبيع البدائل نطاقًا ترددياً خامًا أكبر بكثير بسعر أقل.

Celestia هي أكبر شبكة DA مصممة لهذا الغرض، وهي سلسلة إثبات حصة لا تفعل شيئًا سوى ترتيب blobs البيانات ونشرها، ويجري التحقق منها بأخذ عينات العقد الخفيفة. رفعت ترقية Matcha الحد الأقصى للكتل من 8 ميغابايت إلى 128 وخفّضت التضخم إلى النصف، ضمن خارطة طريق تستهدف إنتاجية 1 غيغابايت في الثانية. وتنشر هناك رول أب السيادية والسلاسل عالية الحجم مثل Eclipse بسبب السعر والهامش المتاح.

EigenDA تسلك مسارًا مختلفًا، إذ تعمل كخدمة مؤمَّنة بـ ETH المعاد رهنه عبر EigenLayer بدلًا من تشغيل سلسلة خاصة بها. وصل إصدارها الثاني إلى 100 ميغابايت في الثانية على شبكة رئيسية، وهي أعلى إنتاجية فعلية لأي نظام DA، ولهذا تبني عليها سلاسل تركّز على الأداء مثل MegaETH. والمفاضلة هي نموذج توزيع أقرب إلى لجنة لامركزية منه إلى سلسلة تُؤخذ منها العينات علنًا.

Avail تقع بين الاثنتين، وهي سلسلة DA سيادية تستخدم التزامات KZG وتصميم أخذ العينات نفسهما في خارطة طريق danksharding في إيثريوم. وتشغّل حاليًا كتلًا بحجم 4 ميغابايت مع مسار معلن نحو سعة متعددة الغيغابايت، وتقرن طبقة DA مع Nexus، وهو نظام تنسيق عبر السلاسل يعمل الآن على شبكة رئيسية.

فيما يلي مقارنة بين الخيارات الرئيسية:

توافر البيانات مقابل تخزين البيانات

يجيب كل من DA والتخزين عن سؤال مختلف. فالتوافر يثبت أن البيانات نُشرت وكان بالإمكان التحقق منها لحظة إنتاج الكتلة، وهو ما يتطلبه الإجماع وإثباتات الاحتيال. أما التخزين فيُبقي البيانات قابلة للاسترجاع بعد ذلك بزمن طويل، وهو ما يحتاجه المستكشفون والمفهرسون والمستخدمون الذين يعيدون تشغيل السجل التاريخي.

لا تفرض سلاسل الكتل سوى الأول. فبعد انقضاء نافذة blobs في إيثريوم البالغة نحو 18 يومًا، أو نافذة التقليم في Celestia، لا يقدم البروتوكول أي وعد ببقاء البيانات، وينتقل حافز الاحتفاظ بها إلى الأطراف التي تحتاج إلى السجل التاريخي، ومنها فرق رول أب وعقد الأرشيف والمستكشفون والمفهرسون.

تؤدي شبكات التخزين الدائم الدور الثاني. فأنظمة مثل Arweave وFilecoin تدفع للعقد مقابل الاحتفاظ بالبيانات إلى أجل غير مسمى، وتؤرشف بعض شبكات رول أب سجل blobs المقلَّم لديها هناك. والخلط بين الأمرين يؤدي إلى مفهوم خاطئ شائع مفاده أن التقليم يجعل رول أب غير آمنة، مع أن النافذة ذات الصلة بالأمان تكون قد أُغلقت أصلًا عند انتهاء صلاحية البيانات.

أهمية توافر البيانات لشبكات رول أب

يعود أمان كل رول أب إلى ادعاء بأن بإمكان الأطراف الخارجية التحقق من حالته، ويفشل هذا الادعاء دون بيانات منشورة. تحتاج رول أب المتفائلة إلى البيانات كي يتمكن المعترضون من رصد جذر حالة غير صالح وتقديم إثبات احتيال خلال فترة النزاع. ولو استطاع المرتب إخفاء المعاملات، لما أمكن لأحد بناء الإثبات، ولاكتسبت السرقة صفة النهائية دون اعتراض.

تحتاج رول أب ZK إليها لسبب مختلف. فإثبات الصحة يضمن أصلًا أن انتقال الحالة حُسب بشكل صحيح، لكن المستخدمين يظلون بحاجة إلى البيانات الأساسية لمعرفة أرصدتهم والخروج من رول أب إذا اختفى مشغلوها. فالإثباتات دون بيانات تترك السلسلة صحيحة لكن غير قابلة للاستخدام، ولهذا تعد عائلتا رول أب كلتاهما DA أمرًا غير قابل للتفاوض، بينما تقبل validiums ضمانات لجان أضعف لخفض التكاليف.

تحدد سعة DA أيضًا أداء رول أب. فالسلسلة لا تستطيع معالجة المعاملات بأسرع مما تنشر البيانات الخاصة بها، ولذلك تضع حدود blobs وعرض نطاق DA سقوفًا للإنتاجية ومستويات الرسوم في منظومة الطبقة 2. وهذا الارتباط هو سبب كون كل ترقية توسع كبرى في العامين الماضيين، من Dencun مرورًا بـ Fusaka وصولًا إلى Matcha من Celestia، ترقية في DA أولًا.

تحديات ضمان توافر البيانات

يظل حجب البيانات الهجوم الأساسي. يهزمه أخذ العينات إحصائيًا، لكن الضمانات تعتمد على افتراضات يجب أن تصمد عمليًا، منها وجود عدد كافٍ من عقد أخذ العينات الأمينة، وطلبات عينات غير متوقعة، وإعادة بناء فعالة عند فقدان أجزاء. ولا يزال بروتوكول إعادة بناء الكتل في Celestia لأعداد دنيا من العقد الخفيفة قيد التطوير النشط، وقد أُطلق PeerDAS على شبكة إيثريوم الرئيسية قبل نصف عام بالكاد.

تخلق الاقتصاديات مجموعة ثانية من الضغوط. فطبقات DA المخصصة تسعّر مساحة blobs بثمن زهيد إلى حد تبقى معه إيرادات الرسوم ضئيلة، مما يثير تساؤلات حول تمويل مجموعات المدققين لديها على المدى الطويل، بينما تواجه إيثريوم توترًا معاكسًا لأن دفع البيانات إلى طبقات خارجية ينقل دخل الرسوم بعيدًا عن المدققين التابعين لها. وترث الأنظمة القائمة على اللجان مخاطر المركزية المألوفة، إذ يمكن لمجموعة صغيرة من المشغلين فرض الرقابة أو التواطؤ أو التوقف عن العمل ببساطة.

يضيف التوسع مخاطر هندسية خاصة به. فنشر كتل بحجم 128 ميغابايت أو 100 ميغابايت في الثانية من البيانات الموزعة يدفع حدود الشبكات إلى أقصاها، ويجب أن تحافظ كل قفزة في السعة على خاصية أن اتصالًا منزليًا متواضعًا لا يزال قادرًا على التحقق من السلسلة. وتعتمد أهداف خارطة طريق القطاع، من كتل بحجم غيغابايت وما يتجاوزها، كلها على استمرار صمود أخذ العينات مع نمو مجموعات البيانات بأضعاف مضاعفة.

الخلاصة

بدأ توافر البيانات كزاوية غامضة في تصميم رول أب، ثم أصبح المحور الذي يدور حوله نقاش التوسع بأكمله. فمن ينشر البيانات يحدد أمان السلسلة المبنية فوقها، ومن يسعّرها يحدد الرسوم التي يدفعها المستخدمون.

استقر المجال حول أخذ العينات. فـ PeerDAS في إيثريوم، والعقد الخفيفة في Celestia، وتصميم KZG في Avail، كلها تلتقي عند الفكرة نفسها: أن الفحوص العشوائية للبيانات المشفرة بالمحو تتيح لأجهزة صغيرة التحقق من كتل ضخمة، بينما يُظهر EigenDA مقدار عرض النطاق الخام الذي تستطيع مجموعة مشغلين معاد رهنها تقديمه اليوم.

نتوقع أن يحسم الطلب المرحلة التالية. فسعة blobs تفوق الاستخدام في إيثريوم، وتتمتع Celestia بهامش سعة يبلغ 16x مقارنة بحدودها القديمة، ويبقى السؤال مفتوحًا حول التطبيقات، من سلاسل التداول عالي التردد إلى ألعاب على السلسلة، التي ستنمو داخل المساحة التي بُنيت لها.