Qu'est-ce que le Data Availability ?

Le data availability garantit que l'intégralité des données associées à un bloc proposé a bien été publiée sur le réseau, permettant à tout participant de les télécharger et de vérifier ou de reconstruire de manière autonome l'état de la chaîne. Ce concept revêt une importance capitale pour les rollups, qui exécutent des transactions en dehors de leur chaîne principale et doivent publier les données sous-jacentes sur un support vérifiable.

Le problème résolu par le DA est la rétention de données. Un producteur de blocs pourrait publier un en-tête d'apparence valide tout en dissimulant les transactions qu'il contient, mettant ainsi le réseau dans l'incapacité de prouver une anomalie en raison de l'absence de preuves. Le fait de garantir la publication des données, même de manière brève, élimine cette attaque et permet le fonctionnement des preuves de fraude et de la reconstruction d'état.

Le DA est par nature temporaire. Les réseaux ont seulement besoin que les données soient conservées le temps que les fenêtres de vérification et de contestation expirent, après quoi elles peuvent être purgées. Ethereum supprime les données de blobs après environ 18 jours, et Celestia a réduit sa fenêtre de conservation minimale à un peu plus de 7 jours, maintenant ainsi des exigences de stockage stables pour les nœuds malgré la croissance du débit.

La publication des données représente le poste de coût opérationnel le plus important pour la plupart des Layer 2 networks, de sorte que le prix et la capacité du DA fixent directement les frais des rollups. Cela a transformé le DA en un marché concurrentiel où Ethereum, Celestia, EigenDA et Avail vendent tous de l'espace de blobs aux mêmes clients.

Comment fonctionne le Data Availability ?

Les systèmes de DA modernes associent le code d'effacement, les engagements cryptographiques et l'échantillonnage aléatoire pour permettre à des nœuds légers et bon marché de vérifier l'existence de volumes massifs de données sans avoir à les télécharger.

1. Le codage d'effacement

Le codage d'effacement étend les données d'un bloc en un ensemble plus vaste de fragments redondants, généralement grâce à un encodage Reed-Solomon, de sorte que l'original puisse être reconstitué à partir d'une simple portion des pièces. Si la moitié des données étendues survit, l'ensemble du jeu de données survit.

Cette propriété transforme le problème de la rétention. Sans codage, cacher une seule transaction revient à supprimer un tout petit fragment, que des vérifications aléatoires ne parviendraient presque jamais à déceler. Avec le codage, cacher quoi que ce soit signifie supprimer une telle quantité de données étendues qu'une poignée d'échantillons repère la lacune avec une quasi-certitude.

Des engagements lient les fragments à l'en-tête du bloc afin que les nœuds puissent vérifier chaque échantillon par rapport à une empreinte numérique. Celestia organise ses données codées en un carré à deux dimensions doté de merkle trees indexés par espace de noms, tandis qu'Ethereum et Avail s'engagent sur les données de blobs au moyen d'engagements polynomiaux KZG, lesquels prouvent qu'un fragment appartient à l'ensemble sans révéler le reste.

2. L'échantillonnage de la data availability (DAS)

L'échantillonnage est la technique de vérification qui s'appuie sur le codage. Au lieu de télécharger un bloc, un light node demande quelques fragments aléatoires et les compare aux engagements. Chaque échantillon réussi élève fortement la probabilité que toutes les données soient présentes, et quelques dizaines d'échantillons poussent la confiance au-delà de 99,99 %.

La sécurité s'adapte en fonction de la participation. Chaque nœud d'échantillonnage supplémentaire interroge des coordonnées aléatoires différentes, de sorte que des milliers de light clients couvrent collectivement l'ensemble du jeu de données même si aucune machine individuelle ne le détient. Les données retenues font échouer les échantillons rapidement, et les nœuds honnêtes rejetteront le bloc avant qu'il ne soit finalisé.

Les blocs de grande taille deviennent sûrs grâce à l'échantillonnage. Une chaîne peut élever sa capacité de données d'un ordre de grandeur sans obliger chaque nœud à acheter davantage de bande passante, car le coût de vérification reste globalement constant. C'est le mécanisme qui sous-tend à la fois le PeerDAS d'Ethereum et le réseau de light nodes de Celestia.

3. Full nodes, light nodes et reconstruction

Les réseaux de data availability répartissent les tâches de vérification entre les différents types de nœuds. Les full nodes téléchargent et stockent des blocs complets ou des portions qui leur sont assignées, fournissent des échantillons au reste du réseau et reconstituent les données manquantes à partir de fragments encodés par effacement lorsqu'un producteur retient une partie d'un bloc.

Les light nodes effectuent l'échantillonnage. Ils ne détiennent que les en-têtes et les engagements, s'exécutent sur des ordinateurs portables ou des téléphones, et obtiennent tout de même de solides garanties quant à l'existence des données. Dans le cadre de la conception PeerDAS d'Ethereum, même les validateurs ne stockent plus l'intégralité de chaque blob, puisque chaque nœud conserve une tranche assignée des données codées et échantillonne le reste auprès de ses pairs.

La reconstruction constitue le filet de sécurité qui relie les deux éléments. Si un nombre suffisant de nœuds honnêtes détient assez de fragments entre eux, l'ensemble du jeu de données peut toujours être reconstruit et republié ; par conséquent, les réseaux d'échantillonnage requièrent une population honnête minimale, et des populations plus importantes renforcent le réseau au lieu de l'alourdir.

4. Data Availability Committees (DAC)

Toutes les chaînes ne paient pas pour obtenir des garanties de data availability totales. Un data availability committee est un groupe fixe d'opérateurs connus qui conservent les données d'un rollup hors de la chaîne parente et signent des attestations certifiant leur existence. Les validiums et les optimiums utilisent ce modèle pour réduire les coûts à presque zéro, en acceptant que les utilisateurs doivent faire confiance au comité plutôt qu'à une vérification ouverte.

Si un comité s'entend secrètement ou fait défaut, les utilisateurs risquent de ne pas pouvoir prouver leurs soldes ou de quitter la chaîne, un risque que les systèmes fondés sur l'échantillonnage éliminent en permettant à quiconque de vérifier directement les données. L2BEAT suit les réseaux qui s'en remettent à des comités par opposition aux couches de data availability vérifiables, et une part importante de chaînes spécifiques à des applications choisit toujours le modèle du comité pour son prix.

Les conceptions hybrides s'efforcent de combler cet écart. Certains comités publient des engagements cryptographiques sur la chaîne parente, ajoutent du staking et du slashing pour punir les comportements malveillants, ou reviennent à une publication complète sur la chaîne si les attestations cessent d'arriver.

Data availability sur Ethereum : Blobs et PeerDAS

Ethereum a fait de la data availability un produit de premier plan avec la mise à niveau Dencun en mars 2024, qui a introduit les blobs par le biais de l'EIP-4844. Les blobs sont des paquets de données de 128 Ko que les rollups joignent aux blocs, tarifés par un marché des frais distinct et élagués après environ 18 jours.

La capacité a progressé par étapes depuis le lancement. Dencun a débuté avec un objectif de 3 blobs par bloc, la mise à niveau Pectra l'a doublé pour le porter à 6, et la mise à niveau Fusaka a ensuite activé PeerDAS, le protocole d'échantillonnage qui permet aux nœuds de vérifier les blobs sans avoir à les télécharger tous. Fusaka a également ajouté les forks Blob Parameter Only (BPO), de petites mises à niveau préplanifiées qui augmentent les limites de blobs sans nécessiter de hard fork complet.

Deux forks BPO ont suivi en l'espace de quelques semaines. Le deuxième fork BPO a relevé l'objectif à 14 blobs par bloc avec un maximum de 21, soit environ 2,7 Mo de données par bloc, et les développeurs principaux ont mis de côté d'autres augmentations jusqu'à ce que la demande s'empare du nouvel espace. La feuille de route s'oriente vers le danksharding complet, où l'échantillonnage bidimensionnel prend en charge des nombres de blobs nettement plus élevés, et la prochaine mise à niveau Glamsterdam restructure la propagation des blocs pour libérer l'étape suivante.

La tarification importe autant que la capacité. Les frais de blobs fluctuent lors de leur propre enchère, de sorte que les rollups paient très peu lorsque l'espace de blobs est creux et connaissent des pics conjoints lorsqu'il sature, un cycle qui s'est manifesté lorsque la demande a rattrapé les limites de Pectra avant que Fusaka ne réinitialise la marge de manœuvre.

Blobs Ethereum vs Celestia vs EigenDA vs Avail

Les rollups choisissent désormais entre l'espace de blobs natif d'Ethereum et les réseaux de data availability dédiés, et cette décision façonne leur structure de coûts, leur plafond de débit et leurs hypothèses de confiance. Ethereum offre la sécurité la plus profonde et maintient la vérification des données au sein du même ensemble de validateurs qui règle le rollup, tandis que les solutions alternatives vendent une bande passante brute bien plus importante pour un coût moindre.

Celestia est le plus grand réseau de data availability conçu sur mesure, une chaîne de preuve d'enjeu qui ne fait rien d'autre que classer et publier des blobs de données vérifiés par l'échantillonnage de light nodes. Sa mise à niveau Matcha a fait passer la taille maximale des blocs de 8 Mo à 128 Mo et a réduit l'inflation de moitié, s'inscrivant dans une feuille de route visant un débit de 1 Go par seconde. Des sovereign rollups et des chaînes à volume élevé telles qu'Eclipse y publient en raison du prix et de la marge de manœuvre.

EigenDA emprunte une voie différente, fonctionnant comme un service sécurisé par de l'ETH restaked via EigenLayer plutôt que d'exploiter sa propre chaîne. Sa deuxième version a atteint 100 Mo par seconde sur le mainnet, le débit en direct le plus élevé de tous les systèmes de data availability, ce qui explique pourquoi des chaînes axées sur les performances telles que MegaETH s'appuient sur lui. Le compromis réside dans un modèle de dispersion plus proche d'un comité décentralisé que d'une chaîne échantillonnée de manière ouverte.

Avail se situe entre les deux, une chaîne DA souveraine utilisant les mêmes engagements KZG et la même conception d'échantillonnage que la feuille de route du danksharding d'Ethereum. Elle exécute actuellement des blocs de 4 Mo avec une trajectoire déclarée vers une capacité de plusieurs gigaoctets, et associe la couche DA à Nexus, un système de coordination cross-chain désormais actif sur le mainnet.

Voici une comparaison des principales options :

Disponibilité des données vs Stockage des données

La data availability et le stockage répondent à des besoins différents. La disponibilité prouve que les données ont été publiées et qu'elles étaient vérifiables au moment où un bloc a été produit, ce qui est exigé par le consensus et les preuves de fraude. Le stockage permet de conserver des données récupérables longtemps après, ce qui est nécessaire pour les explorateurs, les indexeurs et les utilisateurs qui rejouent l'historique.

Les blockchains n'imposent que la première condition. Une fois que la fenêtre de blobs d'Ethereum, d'environ 18 jours, ou la fenêtre de élagage de Celestia est passée, le protocole ne garantit plus que les données existent encore, et l'incitation à les conserver incombe aux parties qui ont besoin de l'historique, notamment les équipes de rollup, les nœuds d'archivage, les explorateurs et les indexeurs.

Les réseaux de stockage permanent remplissent le second rôle. Des systèmes comme Arweave et Filecoin rémunèrent des nœuds pour conserver les données indéfiniment, et certains rollups y archivent leur historique de blobs élagués. Confondre les deux mène à l'idée reçue selon laquelle l'élagage rend les rollups non sécurisés, alors que la fenêtre critique pour la sécurité est déjà fermée au moment où les données expirent.

Pourquoi la data availability est cruciale pour les rollups

La sécurité de chaque rollup repose sur la possibilité pour des tiers de vérifier son état, et cette revendication échoue si les données ne sont pas publiées. Les rollups optimistes ont besoin de ces données pour que des contestataires puissent repérer une racine d'état invalide et soumettre une preuve de fraude pendant la fenêtre de contestation. Si le séquenceur pouvait masquer les transactions, personne ne pourrait construire la preuve, et un vol serait finalisé sans opposition.

ZK rollups en ont besoin pour une autre raison. Une preuve de validité garantit déjà que la transition d'état a été calculée correctement, mais les utilisateurs ont tout de même besoin des données sous-jacentes pour connaître leurs propres soldes et quitter le rollup si ses opérateurs disparaissent. Des preuves sans données laissent une chaîne correcte mais inutilisable, c'est pourquoi les deux familles de rollups considèrent la data availability comme non négociable, tandis que les validiums acceptent des garanties de comité plus faibles pour réduire les coûts.

La capacité de data availability limite également les performances des rollups. Une chaîne ne peut traiter des transactions qu'aussi vite qu'elle peut publier les données qui y sont associées, de sorte que les limites de blobs et la bande passante de data availability fixent des plafonds de débit et des niveaux de frais dans l'écosystème Layer 2. Ce lien explique pourquoi chaque mise à niveau majeure de mise à l'échelle ces deux dernières années, de Dencun à Fusaka en passant par le Matcha de Celestia, a d'abord été une mise à niveau de data availability.

Défis liés à la garantie de la data availability

La rétention de données reste l'attaque principale. L'échantillonnage permet de la contrer statistiquement, mais les garanties reposent sur des hypothèses qui doivent se vérifier en pratique, notamment un nombre suffisant de nœuds d'échantillonnage honnêtes, des requêtes d'échantillonnage imprévisibles et une reconstruction fonctionnelle lorsque des fragments manquent. Le protocole de reconstruction de blocs de Celestia pour les populations de light nodes minimes est encore en cours de développement, et PeerDAS a été déployé sur le mainnet d'Ethereum il y a un peu plus de six mois.

L'économie crée une seconde série de pressions. Les couches de data availability dédiées tarifer l'espace de blobs à si bas prix que les revenus issus des frais restent faibles, ce qui soulève des questions sur le financement à long terme de leurs ensembles de validateurs, tandis qu'Ethereum fait face à la tension inverse, car pousser des données vers des couches externes éloigne les revenus de frais de ses propres validateurs. Les systèmes basés sur des comités héritent de risques de centralisation familiers, dans la mesure où un petit ensemble d'opérateurs peut censurer, s'entendre ou simplement se déconnecter.

L'échelle ajoute ses propres risques d'ingénierie. Propager des blocs de 128 Mo ou 100 Mo par seconde de données dispersées pousse les limites du réseau, et chaque saut de capacité doit préserver la propriété selon laquelle une modeste connexion domestique peut toujours vérifier la chaîne. Les objectifs de la feuille de route du secteur, à savoir des blocs d'un gigaoctet et au-delà, dépendent tous du maintien de l'échantillonnage à mesure que les ensembles de données augmentent de plusieurs ordres de grandeur.

Dernières réflexions

La data availability a commencé comme un coin obscur de la conception des rollups pour devenir l'axe autour duquel tourne tout le débat sur la mise à l'échelle. Celui qui publie les données définit la sécurité de la chaîne construite par-dessus, et celui qui les tarifie définit les frais payés par les utilisateurs.

Le domaine s'est consolidé autour de l'échantillonnage. Le PeerDAS d'Ethereum, les light nodes de Celestia et la conception KZG d'Avail convergent tous vers la même idée : des contrôles aléatoires sur des données codées par effacement permettent à de petites machines de vérifier d'énormes blocs, tandis qu'EigenDA montre toute la bande passante brute qu'un ensemble d'opérateurs restaked peut fournir aujourd'hui.

Nous nous attendons à ce que la demande décide de la prochaine phase. La capacité de blobs dépasse l'utilisation sur Ethereum, Celestia dispose d'une marge de 16x par rapport à ses anciennes limites, et la question en suspens est de savoir quelles applications, des chaînes de trading haute fréquence aux jeux onchain, occuperont l'espace qui a été construit pour elles.