Cos'è la Data Availability?

Data availability è la certezza che l'insieme completo dei dati relativi a un blocco proposto sia stato pubblicato sulla rete, in modo che qualsiasi partecipante possa scaricarlo e verificare o ricostruire autonomamente lo stato della chain. Il concetto è di fondamentale importanza per i rollup, che eseguono transazioni al di fuori della loro chain di origine e devono pubblicare i dati sottostanti in un luogo verificabile.

Il problema che la DA risolve è l'occultamento dei dati. Un produttore di blocchi potrebbe pubblicare un'intestazione dall'aspetto valido nascondendo al contempo le transazioni al suo interno, lasciando la rete incapace di dimostrare che qualcosa non va a causa della mancanza di prove. Garantire che i dati siano stati pubblicati, anche se brevemente, neutralizza questo attacco e consente il funzionamento delle prove di frode e della ricostruzione dello stato.

La DA è deliberatamente temporanea. Le reti richiedono che i dati siano conservati solo per il tempo necessario al superamento delle finestre di verifica e di contestazione, dopodiché possono essere rimossi. Ethereum elimina i dati dei blob dopo circa 18 giorni e Celestia ha ridotto la sua finestra di rimozione minima a poco più di 7 giorni, mantenendo costanti i requisiti di archiviazione dei nodi man mano che il throughput aumenta.

La pubblicazione dei dati rappresenta il costo operativo singolo più elevato per la maggior parte delle Layer 2 networks, quindi il prezzo e la capacità di data availability determinano direttamente le commissioni dei rollup. Questo ha trasformato la data availability in un mercato competitivo in cui Ethereum, Celestia, EigenDA e Avail vendono tutti blobspace agli stessi clienti.

Come funziona la data availability?

I moderni sistemi di data availability combinano erasure coding, impegni crittografici e campionamento casuale per consentire a nodi piccoli ed economici di verificare che enormi quantità di dati esistano senza doverne scaricare alcuna parte.

1. Erasure Coding

L'erasure coding espande i dati di un blocco in un insieme più ampio di frammenti ridondanti, solitamente utilizzando la codifica Reed-Solomon, in modo che l'originale possa essere ricostruito a partire da una sola porzione dei pezzi. Se metà dei dati estesi sopravvive, l'intero set di dati sopravvive.

Questa proprietà trasforma il problema dell'occultamento. Senza la codifica, nascondere una singola transazione significa sopprimere un minuscolo frammento, che i controlli casuali non coglierebbero quasi mai. Con la codifica, nascondere qualsiasi cosa significa sopprimere una tale quantità di dati estesi che una manciata di campioni rileva la lacuna con una certezza quasi assoluta.

Gli impegni legano i frammenti all'intestazione del blocco in modo che i nodi possano controllare ciascun campione rispetto a un'impronta digitale. Celestia organizza i suoi dati codificati in un quadrato bidimensionale con namespaced Merkle trees, mentre Ethereum e Avail si impegnano nei dati dei blob utilizzando impegni polinomiali KZG, che dimostrano che un frammento appartiene all'insieme senza rivelare il resto.

2. Data Availability Sampling (DAS)

Il campionamento è la tecnica di verifica basata sulla codifica. Invece di scaricare un blocco, un nodo leggero richiede pochi frammenti casuali e li confronta con gli impegni. Ogni campione riuscito aumenta drasticamente la probabilità che tutti i dati siano presenti e qualche decina di campioni spinge la fiducia oltre il 99,99%.

La sicurezza cresce in proporzione alla partecipazione. Ogni nodo di campionamento aggiuntivo interroga diverse coordinate casuali, quindi migliaia di light client coprono collettivamente l'intero set di dati anche se nessuna singola macchina lo possiede. I dati trattenuti falliscono rapidamente i campioni e i nodi onesti rifiutano il blocco prima che venga finalizzato.

I blocchi grandi diventano sicuri grazie al campionamento. Una chain può aumentare la sua capacità di dati di un ordine di grandezza senza costringere ogni nodo ad acquistare più larghezza di banda, poiché il costo di verifica rimane pressoché costante. Questo è il meccanismo alla base sia del PeerDAS di Ethereum sia della rete di nodi leggeri di Celestia.

3. Nodi completi, nodi leggeri e ricostruzione

Le reti di data availability suddividono i compiti di verifica tra i vari tipi di nodi. I nodi completi scaricano e memorizzano blocchi completi o porzioni assegnate di essi, forniscono campioni al resto della rete e ricostruiscono i dati mancanti dai frammenti codificati tramite erasure coding quando un produttore trattiene parte di un blocco.

I nodi leggeri effettuano il campionamento. Dispongono solo di intestazioni e impegni, funzionano su computer portatili o telefoni e ottengono comunque solide garanzie che i dati esistano. Nell'ambito del design PeerDAS di Ethereum, persino i validatori non memorizzano più ogni blob, poiché ciascun nodo custodisce una porzione assegnata dei dati codificati e campiona il resto dai peer.

La ricostruzione è la rete di sicurezza che unisce i due elementi. Se un numero sufficiente di nodi onesti detiene un numero sufficiente di frammenti tra loro, l'intero set di dati può sempre essere ricostruito e ripubblicato; pertanto, le reti di campionamento richiedono una popolazione onesta minima e popolazioni più ampie rafforzano la rete anziché appesantirla.

4. Data Availability Committees (DAC)

Non tutte le chain pagano per garanzie di data availability complete. Un data availability committee è un gruppo fisso di operatori noti che detengono i dati di un rollup al di fuori della chain principale e firmano attestazioni che ne confermano l'esistenza. Validium e optimium utilizzano questo modello per azzerare quasi i costi, accettando che gli utenti debbano fidarsi del comitato anziché di una verifica aperta.

Se un comitato si accorda in modo illecito o fallisce, gli utenti potrebbero non essere in grado di dimostrare i propri saldi o di uscire dalla chain, un rischio che i sistemi basati sul campionamento eliminano consentendo a chiunque di controllare direttamente i dati. L2BEAT tiene traccia di quali reti fanno affidamento sui comitati rispetto ai layer di data availability verificabili, e gran parte delle chain specifiche per le applicazioni sceglie ancora il modello dei comitati per il suo prezzo.

I progetti ibridi cercano di ridurre il divario. Alcuni comitati pubblicano impegni crittografici sulla chain principale, aggiungono staking e slashing per punire i comportamenti scorretti o ricorrono alla pubblicazione completa Onchain se le attestazioni smettono di arrivare.

Data availability su Ethereum: Blob e PeerDAS

Ethereum ha trasformato la data availability in un prodotto di prima classe con l'aggiornamento Dencun nel marzo 2024, che ha introdotto i blob tramite EIP-4844. I blob sono pacchetti di dati da 128 KB che i rollup collegano ai blocchi, prezzati da un mercato delle commissioni separato e rimossi dopo circa 18 giorni.

La capacità è aumentata progressivamente dal lancio. Dencun è iniziato con un obiettivo di 3 blob per blocco, l'aggiornamento Pectra lo ha raddoppiato a 6 e l'aggiornamento Fusaka ha poi attivato PeerDAS, il protocollo di campionamento che consente ai nodi di verificare i blob senza scaricarli tutti. Fusaka ha anche aggiunto i fork Blob Parameter Only, piccoli aggiornamenti pre-pianificati che aumentano i limiti dei blob senza un hard fork completo.

Due fork BPO sono seguiti nel giro di poche settimane. Il secondo fork BPO ha innalzato l'obiettivo a 14 blob per blocco con un massimo di 21, circa 2,7 MB di dati per blocco, e gli sviluppatori principali hanno tenuto in serbo ulteriori aumenti finché la domanda non riempirà il nuovo spazio. La roadmap procede verso il full danksharding, in cui il campionamento bidimensionale supporta conteggi di blob molto più elevati, e il prossimo aggiornamento Glamsterdam ristruttura la propagazione dei blocchi per sbloccare la fase successiva.

I prezzi contano tanto quanto la capacità. Le commissioni dei blob oscillano in base a un'asta dedicata, quindi i rollup pagano pochissimo quando il blobspace è scarso e subiscono picchi improvvisi quando si satura, un ciclo che si è verificato quando la domanda ha raggiunto i limiti di Pectra prima che Fusaka ripristinasse il margine.

Ethereum Blob vs Celestia vs EigenDA vs Avail

Gli rollup ora scelgono tra il blobspace nativo di Ethereum e le reti DA dedicate, e questa decisione definisce la loro base di costo, il limite di throughput e le ipotesi di fiducia. Ethereum offre la massima sicurezza e mantiene la verifica dei dati all'interno dello stesso set di validatori che regola il rollup, mentre le alternative offrono molta più larghezza di banda grezza a un costo inferiore.

Celestia è la più grande rete DA creata appositamente, una catena PoS che fa solo ordine e pubblica data blobs verificati tramite light node sampling. Il suo aggiornamento Matcha ha portato i blocchi massimi da 8 MB a 128 MB e ha dimezzato l'inflazione, parte di una roadmap che punta a 1 GB al secondo di throughput. I sovereign rollup e le catene ad alto volume come Eclipse pubblicano lì per il prezzo e lo spazio di manovra.

EigenDA segue un'altra strada, operando come servizio protetto da ETH restaked tramite EigenLayer anziché gestire una propria catena. La sua seconda versione ha raggiunto 100 MB al secondo su mainnet, il throughput live più alto tra tutti i sistemi DA, motivo per cui le catene orientate alle performance come MegaETH si basano su di essa. Il compromesso è un modello di dispersione più simile a un comitato decentralizzato che a una catena campionata apertamente.

Avail si colloca a metà strada, una catena DA sovrana che utilizza gli stessi impegni KZG e lo stesso design di campionamento della roadmap di danksharding di Ethereum. Oggi gestisce blocchi da 4 MB con un percorso dichiarato verso una capacità multi-gigabyte, e abbina il layer DA a Nexus, un sistema di coordinamento cross-chain ora attivo su mainnet.

Ecco come si confrontano le opzioni principali:

data availability vs Data Storage

Il data availability e lo storage rispondono a domande diverse. La disponibilità dimostra che i dati sono stati pubblicati e verificabili nel momento in cui è stato prodotto un blocco, ciò che richiedono il consenso e le prove di frode. Lo storage mantiene i dati recuperabili a lungo termine, ciò che richiedono esploratori, indicizzatori e utenti che riproducono la cronologia.

Le blockchain applicano solo la prima. Una volta trascorsa la finestra dei blob di Ethereum (circa 18 giorni) o la finestra di pruning di Celestia, il protocollo non garantisce più che i dati esistano, e l'incentivo a conservarli passa ai soggetti che necessitano della cronologia, inclusi team di rollup, nodi di archivio, esploratori e indicizzatori.

Le reti di storage permanente svolgono il secondo ruolo. Sistemi come Arweave e Filecoin pagano i nodi per conservare i dati a tempo indeterminato, e alcuni rollup vi archiviano la loro cronologia dei blob sottoposta a pruning. Confondere i due aspetti porta al comune equivoco che il pruning renda i sicuri i rollup, quando la finestra rilevante per la sicurezza si è già chiusa nel momento in cui i dati scadono.

Perché il data availability è importante per i rollup

La sicurezza di ogni rollup si riduce all'affermazione che soggetti esterni possono verificarne lo stato, e tale affermazione fallisce senza dati pubblicati. I rollup optimistic necessitano dei dati affinché gli sfidanti possano individuare una root di stato non valida e inviare una prova di frode entro la finestra di controversia. Se il sequencer potesse nascondere le transazioni, nessuno potrebbe costruire la prova e il furto verrebbe finalizzato senza contestazioni.

ZK rollups ne hanno bisogno per un motivo diverso. Una prova di validità garantisce già che la transizione di stato sia stata calcolata correttamente, ma gli utenti hanno comunque bisogno dei dati sottostanti per conoscere i propri saldi e uscire dal rollup qualora i suoi operatori svaniscano. Le prove senza dati lasciano una catena corretta ma inutilizzabile, motivo per cui entrambe le famiglie di rollup considerano il data availability come non negoziabile, mentre i validium accettano garanzie di comitato più deboli per ridurre i costi.

La capacità del data availability limita anche le prestazioni dei rollup. Una catena può elaborare transazioni solo alla velocità con cui riesce a pubblicare i dati sottostanti, quindi i limiti dei blob e la larghezza di banda del data availability stabiliscono i tetti di throughput e i livelli di commissione in tutto l'ecosistema Layer 2. Questo legame è il motivo per cui ogni principale aggiornamento di scalabilità degli ultimi due anni, da Dencun a Fusaka fino a Matcha di Celestia, è stato innanzitutto un aggiornamento del data availability.

Le sfide per garantire il data availability

La ritenzione dei dati rimane il nucleo dell'attacco. Il campionamento la sconfigge statisticamente, ma le garanzie dipendono da presupposti che devono essere validi nella pratica, tra cui un numero sufficiente di nodi di campionamento onesti, richieste di campionamento imprevedibili e una ricostruzione funzionante quando i frammenti vanno persi. Il protocollo di ricostruzione dei blocchi di Celestia per popolazioni minime di nodi light è ancora in fase di sviluppo attivo, e il PeerDAS è stato rilasciato sulla mainnet di Ethereum appena mezzo anno fa.

L'economia crea una seconda serie di pressioni. I layer di data availability dedicati prezzano lo spazio dei blob a un costo così basso che i ricavi da commissioni rimangono esigui, sollevando interrogativi su come i loro set di validatori siano finanziati a lungo termine, mentre Ethereum affronta la tensione opposta poiché spingere i dati verso layer esterni allontana i proventi delle commissioni dai propri validatori. I sistemi basati su comitati ereditano i familiari rischi di centralizzazione, poiché un piccolo set di operatori può censurare, colludere o semplicemente andare offline.

La scalabilità aggiunge di per sé rischi ingegneristici. La propagazione di blocchi da 128 MB o di 100 MB al secondo di dati dispersi spinge ai limiti le reti, e ogni salto di capacità deve preservare la proprietà per cui una modesta connessione domestica può comunque verificare la catena. Gli obiettivi della roadmap del settore, blocchi da un gigabyte e oltre, dipendono tutti dal fatto che il campionamento continui a reggere man mano che i dataset crescono di ordini di grandezza.

Considerazioni finali

Il data availability è nato come un angolo oscuro della progettazione dei rollup ed è diventato l'asse attorno a cui ruota l'intero dibattito sulla scalabilità. Chiunque pubblichi i dati definisce la sicurezza della catena costruita sopra, e chiunque li prezzi definisce le commissioni pagate dagli utenti.

Il settore si è consolidato attorno al campionamento. Il PeerDAS di Ethereum, i light nodi di Celestia e il design KZG di Avail convergono tutti sulla stessa intuizione, ovvero che i controlli casuali su dati con codifica a cancellazione consentono a macchine di piccole dimensioni di verificare blocchi enormi, mentre EigenDA mostra quanta larghezza di banda grezza un set di operatori in restake possa offrire oggi.

Ci aspettiamo che sia la domanda a decidere la fase successiva. La capacità dei blob supera l'utilizzo su Ethereum, Celestia detiene un margine di 16 volte rispetto ai suoi vecchi limiti e la questione aperta è quali applicazioni, dalle catene di trading ad alta frequenza ai giochi onchain, cresceranno nello spazio che è stato costruito per loro.