Qu'est-ce que la disponibilité des données ?

La disponibilité des données est la garantie que l'ensemble des données d'un bloc proposé a été publié sur le réseau, afin que tout participant puisse les télécharger et vérifier ou reconstruire de manière indépendante l'état de la chaîne. Ce concept est surtout important pour les rollups, qui exécutent les transactions en dehors de leur chaîne parente et doivent publier les données sous-jacentes à un endroit vérifiable.

Le problème que résout la 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, laissant le réseau incapable de prouver une anomalie faute de preuves. Garantir que les données ont été publiées, même brièvement, neutralise cette attaque et permet aux preuves de fraude et à la reconstruction de l'état de fonctionner.

La DA est volontairement temporaire. Les réseaux n'ont besoin des données que le temps nécessaire pour que les fenêtres de vérification et de contestation s'écoulent, après quoi elles peuvent être élaguées. Ethereum supprime les données de blob après environ 18 jours, et Celestia a ramené sa fenêtre minimale d'élagage à un peu plus de 7 jours, ce qui maintient stables les besoins de stockage des nœuds à mesure que le débit augmente.

La publication des données est le principal coût d'exploitation de la plupart des réseaux de couche 2, si bien que le prix et la capacité de DA déterminent directement les frais des rollup. Cela a fait de la DA un marché concurrentiel où Ethereum, Celestia, EigenDA et Avail vendent tous de l'espace blob aux mêmes clients.

Comment fonctionne la disponibilité des données ?

Les systèmes DA modernes combinent codage à effacement, engagements cryptographiques et échantillonnage aléatoire pour permettre à de petits nœuds peu coûteux de vérifier que d'énormes volumes de données existent sans en télécharger aucune.

1. Codage d'effacement

Le codage d'effacement étend les données d'un bloc en un plus grand ensemble de fragments redondants, généralement avec un encodage Reed-Solomon, de sorte que l'original puisse être reconstitué à partir d'une partie seulement des morceaux. Si la moitié des données étendues subsiste, l'ensemble des données subsiste.

Cette propriété transforme le problème de la rétention de données. Sans codage, masquer une seule transaction revient à supprimer un minuscule fragment, que des vérifications aléatoires ne détecteraient presque jamais. Avec le codage, masquer quoi que ce soit implique de supprimer une part si importante des données étendues qu'une poignée d'échantillons détecte l'écart 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. Celestia organise ses données codées dans un carré bidimensionnel avec des arbres de Merkle à espaces de noms, tandis qu'Ethereum et Avail s'engagent sur les données des blobs à l'aide d'engagements polynomiaux KZG, qui prouvent qu'un fragment appartient à l'ensemble sans révéler le reste.

2. Échantillonnage de la disponibilité des données (DAS)

L'échantillonnage est la technique de vérification construite sur le codage. Au lieu de télécharger un bloc, un nœud léger demande quelques fragments aléatoires et les vérifie par rapport aux engagements. Chaque échantillon réussi augmente fortement la probabilité que toutes les données soient disponibles, et quelques dizaines d'échantillons portent la confiance au-delà de 99,99 %.

La sécurité augmente avec la participation. Chaque nœud d'échantillonnage supplémentaire interroge des coordonnées aléatoires différentes, de sorte que des milliers de clients légers couvrent collectivement l'ensemble des données, même si aucune machine ne les détient toutes. Les données retenues font échouer rapidement les échantillons, et les nœuds honnêtes rejettent le bloc avant sa finalisation.

Les grands blocs deviennent sûrs grâce à l'échantillonnage. Une chaîne peut augmenter sa capacité de données d'un ordre de grandeur sans obliger chaque nœud à acheter plus de bande passante, car le coût de vérification reste à peu près constant. C'est le mécanisme qui sous-tend à la fois PeerDAS d'Ethereum et le réseau de nœuds légers de Celestia.

3. Nœuds complets, nœuds légers et reconstruction

Les réseaux DA répartissent les tâches de vérification entre différents types de nœuds. Les nœuds complets téléchargent et stockent des blocs entiers ou des parties qui leur sont attribuées, fournissent des échantillons au reste du réseau et reconstituent les données manquantes à partir de fragments codés par effacement lorsqu'un producteur retient une partie d'un bloc.

Les nœuds légers effectuent l'échantillonnage. Ils ne conservent que les en-têtes et les engagements, fonctionnent sur des ordinateurs portables ou des téléphones, et obtiennent tout de même de solides garanties que les données existent. Dans la conception PeerDAS d'Ethereum, même les validateurs ne stockent plus chaque blob, car chaque nœud assure la conservation d'une portion attribuée des données codées et échantillonne le reste auprès de ses pairs.

La reconstruction est le filet de sécurité qui lie les deux. Si suffisamment de nœuds honnêtes détiennent à eux tous assez de fragments, l'ensemble des données peut toujours être reconstruit et republié ; les réseaux d'échantillonnage ont donc besoin d'un nombre minimal de participants honnêtes, et des populations plus importantes renforcent le réseau au lieu de l'alourdir.

4. Comités de disponibilité des données (DAC)

Toutes les chaînes ne paient pas pour des garanties complètes de DA. Un comité de disponibilité des données est un groupe fixe d'opérateurs connus qui conservent hors de la chaîne parente les données d'un rollup et signent des attestations confirmant 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 collude ou fait défaut, les utilisateurs peuvent se trouver dans l'incapacité de prouver leurs soldes ou de quitter la chaîne, un risque que les systèmes fondés sur l'échantillonnage éliminent en permettant à chacun de vérifier directement les données. L2BEAT suit les réseaux qui s'appuient sur des comités plutôt que sur des couches DA vérifiables, et une large part des chaînes spécifiques à une application choisit encore le modèle du comité pour son prix.

Les conceptions hybrides tentent de réduire cet écart. Certains comités publient des engagements cryptographiques sur la chaîne parente, ajoutent du staking et du slashing pour sanctionner les comportements malhonnêtes, ou reviennent à une publication complète on-chain si les attestations cessent d'arriver.

Disponibilité des données sur Ethereum : blobs et PeerDAS

Ethereum a fait de la DA un produit à part entière avec la mise à niveau Dencun en mars 2024, qui a introduit les blobs via EIP-4844. Les blobs sont des paquets de données de 128 Ko que les rollups rattachent aux blocs, tarifés par un marché de frais distinct et supprimés après environ 18 jours.

La capacité a progressé par paliers depuis le lancement. Dencun a débuté avec une cible de 3 blobs par bloc, la mise à niveau Pectra l'a doublée à 6, puis la mise à niveau Fusaka a activé PeerDAS, le protocole d'échantillonnage qui permet aux nœuds de vérifier les blobs sans tous les télécharger. Fusaka a aussi ajouté les forks Blob Parameter Only, de petites mises à niveau planifiées à l'avance qui relèvent les limites de blobs sans hard fork complet.

Deux hard forks BPO ont suivi en quelques semaines. Le second fork BPO a porté la cible à 14 blobs par bloc, avec un maximum de 21, soit environ 2,7 Mo de données par bloc, et les développeurs principaux ont gardé en réserve de nouvelles hausses jusqu'à ce que la demande remplisse le nouvel espace. La feuille de route mène au danksharding complet, où l'échantillonnage bidimensionnel permet un nombre de blobs bien plus élevé, et la prochaine mise à niveau Glamsterdam restructure la propagation des blocs pour débloquer l'étape suivante.

La tarification compte autant que la capacité. Les frais de blob fluctuent selon leur propre enchère : les rollups paient très peu lorsque le blobspace est peu sollicité et les frais s'envolent ensemble lorsqu'il sature, un cycle observé lorsque la demande a rattrapé les limites de Pectra avant que Fusaka ne rétablisse la marge.

Ethereum Blobs, Celestia, EigenDA et Avail : comparatif

Les rollups choisissent désormais entre le blobspace natif d'Ethereum et des réseaux DA dédiés, et ce choix détermine leur base de coûts, leur plafond de débit et leurs hypothèses de confiance. Ethereum offre la sécurité la plus solide et garde la vérification des données au sein du même ensemble de validateurs qui règle le rollup, tandis que les alternatives vendent bien plus de bande passante brute à moindre coût.

Celestia est le plus grand réseau DA conçu à cet effet : une chaîne en proof-of-stake qui ne fait rien d'autre qu'ordonner et publier des blobs de données vérifiés par échantillonnage de nœuds légers. Sa mise à niveau Matcha a porté la taille maximale des blocs de 8 Mo à 128 Mo et divisé l'inflation par deux, dans le cadre d'une feuille de route visant 1 Go par seconde de débit. Les rollups souverains et les chaînes à fort volume comme Eclipse y publient leurs données pour le prix et la marge de capacité.

EigenDA emprunte une autre voie : il fonctionne 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 mainnet, le débit en production le plus élevé de tous les systèmes DA, ce qui explique pourquoi des chaînes axées sur la performance comme MegaETH s'appuient sur lui. Le compromis est un modèle de dispersion plus proche d'un comité décentralisé que d'une chaîne échantillonnée ouvertement.

Avail se situe entre les deux : une chaîne DA souveraine qui utilise les mêmes engagements KZG et la même conception d'échantillonnage que la feuille de route danksharding d'Ethereum. Elle exécute aujourd'hui des blocs de 4 Mo, avec une trajectoire annoncée 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 comment les principales options se comparent :

Disponibilité des données et stockage des données

La DA et le stockage répondent à des questions différentes. La disponibilité prouve que les données ont été publiées et pouvaient être vérifiées au moment de la production d'un bloc, ce qu'exigent le consensus et les preuves de fraude. Le stockage garde les données récupérables longtemps après, ce qu'exigent les explorateurs, les indexeurs et les utilisateurs qui rejouent l'historique.

Les blockchains n'imposent que la première. Une fois passée la fenêtre de blobs d'Ethereum d'environ 18 jours ou la fenêtre d'élagage de Celestia, le protocole ne garantit plus que les données existent encore, et l'incitation à les conserver revient aux acteurs qui ont besoin de l'historique, dont les équipes de rollup, les nœuds d'archive, 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 l'historique élagué de leurs blobs. Les confondre conduit à une idée reçue courante selon laquelle l'élagage rendrait les rollups peu sûrs, alors que la fenêtre pertinente pour la sécurité est déjà close lorsque les données expirent.

Pourquoi la disponibilité des données est importante pour les rollups

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

Les rollups ZK 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 toujours besoin des données sous-jacentes pour connaître leurs propres soldes et pour quitter le rollup si ses opérateurs disparaissent. Des preuves sans données laissent une chaîne correcte mais inutilisable, ce qui explique pourquoi les deux familles de rollup considèrent la DA comme non négociable, tandis que les validiums acceptent des garanties plus faibles via un comité pour réduire les coûts.

La capacité DA plafonne aussi les performances des rollup. Une chaîne ne peut traiter les transactions qu'aussi vite qu'elle peut publier les données qui les sous-tendent : les limites de blobs et la bande passante DA fixent donc les plafonds de débit et les niveaux de frais dans tout l'écosystème de couche 2. Ce lien explique pourquoi chaque grande mise à niveau de scalabilité des deux dernières années, de Dencun à Fusaka en passant par Matcha de Celestia, a d'abord été une mise à niveau DA.

Les défis liés à la garantie de la disponibilité des données

La rétention de données reste l'attaque principale. L'échantillonnage la neutralise statistiquement, mais les garanties reposent sur des hypothèses qui doivent se vérifier en pratique : suffisamment de nœuds d'échantillonnage honnêtes, des demandes d'échantillons imprévisibles et une reconstruction fonctionnelle lorsque des fragments manquent. Le protocole de reconstruction de blocs de Celestia pour des populations minimales de nœuds légers est encore en cours de développement, et PeerDAS n'a été déployé sur le mainnet d'Ethereum qu'il y a à peine six mois.

L'économie crée un second ensemble de pressions. Les couches DA dédiées tarifent le blobspace à un prix si bas que les revenus de frais restent minces, 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 les données vers des couches externes détourne les revenus de frais de ses propres validateurs. Les systèmes fondés sur des comités héritent de risques de centralisation bien connus, puisqu'un petit ensemble d'opérateurs peut censurer, collaborer ou simplement se mettre hors ligne.

L'échelle ajoute son propre risque d'ingénierie. Propager des blocs de 128 Mo ou 100 Mo par seconde de données dispersées repousse les limites du réseau, et chaque saut de capacité doit préserver la propriété selon laquelle une connexion domestique modeste peut encore vérifier la chaîne. Les objectifs de la feuille de route du secteur, des blocs d'un gigaoctet et au-delà, dépendent tous de la capacité de l'échantillonnage à tenir bon à mesure que les jeux de données croissent de plusieurs ordres de grandeur.

Conclusion

La disponibilité des données était à l'origine un recoin obscur de la conception des rollup, et elle est devenue l'axe autour duquel tourne tout le débat sur le passage à l'échelle. Celui qui publie les données définit la sécurité de la chaîne bâtie par-dessus, et celui qui les tarife définit les frais payés par les utilisateurs.

Le domaine s'est consolidé autour de l'échantillonnage. 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 quelle bande passante brute un ensemble d'opérateurs restaked peut fournir aujourd'hui.

Nous pensons que la demande déterminera la prochaine phase. La capacité des blobs dépasse l'usage sur Ethereum, Celestia dispose d'une marge 16x supérieure à ses anciennes limites, et la question ouverte est de savoir quelles applications, des chaînes de trading haute fréquence aux jeux onchain, occuperont l'espace qui a été conçu pour elles.