Che cos'è la data availability?

La disponibilità dei dati è la garanzia che tutti i dati di un blocco proposto siano stati pubblicati sulla rete, così che qualsiasi partecipante possa scaricarli e verificare o ricostruire in modo indipendente lo stato della chain. Il concetto è particolarmente importante per i rollup, che eseguono le transazioni lontano dalla chain principale e devono pubblicare i dati sottostanti in un luogo verificabile.

Il problema che DA risolve è l'occultamento dei dati. Un produttore di blocchi potrebbe pubblicare un header apparentemente valido nascondendo le transazioni al suo interno, lasciando la rete incapace di dimostrare che qualcosa non va perché le prove mancano. Garantire che i dati siano stati pubblicati, anche solo per poco tempo, chiude questo attacco e permette il funzionamento delle fraud proof e della ricostruzione dello stato.

La DA è volutamente temporanea. Le reti hanno bisogno dei dati solo per il tempo necessario a completare la verifica e le finestre di contestazione, dopodiché possono essere eliminati. Ethereum scarta i dati dei blob dopo circa 18 giorni e Celestia ha ridotto la finestra minima di pruning a poco più di 7 giorni, mantenendo stabili i requisiti di archiviazione dei nodi con la crescita del throughput.

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

Come funziona la disponibilità dei dati?

I moderni sistemi DA combinano erasure coding, impegni crittografici e campionamento casuale per permettere a nodi piccoli ed economici di verificare che enormi quantità di dati esistano senza scaricarne alcuno.

1. Erasure coding

L'erasure coding espande i dati di un blocco in un insieme più ampio di frammenti ridondanti, in genere con la codifica Reed-Solomon, così che l'originale possa essere ricostruito partendo solo da una parte dei pezzi. Se sopravvive metà dei dati estesi, sopravvive l'intero insieme di dati.

Questa proprietà trasforma il problema dell'occultamento. Senza codifica, nascondere una singola transazione significa sopprimere un minuscolo frammento, che i controlli casuali non individuerebbero quasi mai. Con la codifica, nascondere qualcosa significa sopprimere una parte così grande dei dati estesi che una manciata di campioni rileva la lacuna con quasi assoluta certezza.

Gli impegni crittografici legano i frammenti all'header del blocco, così i nodi possono verificare ogni campione rispetto a un'impronta. Celestia dispone i propri dati codificati in un quadrato bidimensionale con namespaced Merkle trees, mentre Ethereum e Avail si impegnano sui dati dei blob con impegni polinomiali KZG, che dimostrano l'appartenenza di un frammento all'insieme senza rivelare il resto.

2. Data Availability Sampling (DAS)

Il campionamento è la tecnica di verifica costruita sopra la codifica. Invece di scaricare un blocco, un nodo leggero richiede alcuni frammenti casuali e li controlla rispetto agli impegni. Ogni campione riuscito aumenta nettamente la probabilità che tutti i dati siano disponibili, e poche decine di campioni portano la fiducia oltre 99,99%.

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

I blocchi grandi diventano sicuri grazie al campionamento. Una chain può aumentare la propria capacità di dati di un ordine di grandezza senza obbligare ogni nodo ad acquistare più banda, perché il costo di verifica resta circa costante. Questo è il meccanismo alla base sia di PeerDAS di Ethereum sia della rete di nodi leggeri di Celestia.

3. Nodi completi, nodi leggeri e ricostruzione

Le reti DA ripartiscono i compiti di verifica tra diversi tipi di nodi. I nodi completi scaricano e memorizzano blocchi interi o porzioni assegnate, forniscono campioni al resto della rete e ricostruiscono i dati mancanti da frammenti con codifica di cancellazione quando un produttore trattiene parte di un blocco.

I light node si occupano del campionamento. Conservano solo intestazioni e commitment, funzionano su portatili o telefoni e ottengono comunque garanzie solide sull'esistenza dei dati. Con il design PeerDAS di Ethereum, nemmeno i validatori memorizzano più ogni blob: ogni nodo tiene in custodia una porzione assegnata dei dati codificati e campiona il resto dagli altri nodi.

La ricostruzione è la rete di sicurezza che lega i due elementi. Se abbastanza nodi onesti detengono tra loro abbastanza frammenti, l'intero dataset può sempre essere ricostruito e ripubblicato, quindi le reti di campionamento richiedono una popolazione onesta minima, e popolazioni più ampie rafforzano la rete anziché appesantirla.

4. Data Availability Committee (DAC)

Non tutte le chain garantiscono la DA completa. Un comitato di disponibilità dei dati è un gruppo fisso di operatori noti che conservano i dati di un rollup al di fuori della chain principale e firmano attestazioni che ne confermano l'esistenza. Validium e optimium usano questo modello per ridurre i costi quasi a zero, accettando che gli utenti debbano fidarsi del comitato anziché affidarsi a una verifica aperta.

Se un comitato collude o fallisce, gli utenti potrebbero non riuscire a dimostrare i propri saldi o a uscire dalla chain, un rischio che i sistemi basati sul campionamento eliminano permettendo a chiunque di verificare direttamente i dati. L2BEAT monitora quali reti si affidano a comitati e quali a livelli DA verificabili, e una quota consistente di chain specifiche per applicazione sceglie ancora il modello a comitato per il suo prezzo.

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

Disponibilità dei dati su Ethereum: blobs e PeerDAS

Ethereum ha trasformato DA in un prodotto di prima classe con l'aggiornamento Dencun di marzo 2024, che ha introdotto i blobs tramite EIP-4844. I blobs sono pacchetti di dati da 128 KB che i rollup allegano ai blocchi, con un prezzo definito da un mercato delle commissioni separato e eliminati dopo circa 18 giorni.

La capacità è aumentata per gradi dal lancio. Dencun è partita con un obiettivo di 3 blobs per blocco, l'aggiornamento Pectra lo ha raddoppiato a 6, e poi l'aggiornamento Fusaka ha attivato PeerDAS, il protocollo di campionamento che permette ai nodi di verificare i blobs senza scaricarli tutti. Fusaka ha introdotto anche i fork Blob Parameter Only, piccoli aggiornamenti programmati in anticipo che alzano i limiti dei blobs senza un hard fork completo.

Nel giro di poche settimane sono seguiti due fork BPO. Il secondo fork BPO ha portato l'obiettivo a 14 blobs per blocco, con un massimo di 21, pari a circa 2,7 MB di dati per blocco, e gli sviluppatori principali hanno tenuto in riserva ulteriori aumenti finché la domanda non riempirà il nuovo spazio. La roadmap procede verso il danksharding completo, in cui il campionamento bidimensionale supporta un numero di blobs molto più alto, e il prossimo aggiornamento Glamsterdam ristruttura la propagazione dei blocchi per sbloccare il passo successivo.

Il prezzo conta quanto la capacità. Le commissioni dei blob fluttuano su una propria asta, quindi i rollup pagano pochissimo quando il blobspace è libero e i costi salgono insieme quando si satura, un ciclo che si è verificato quando la domanda ha raggiunto i limiti di Pectra prima che Fusaka ripristinasse il margine disponibile.

Blobs di Ethereum vs Celestia vs EigenDA vs Avail

I rollup ora scelgono tra il blobspace nativo di Ethereum e reti DA dedicate, e la decisione incide su struttura dei costi, limite di throughput e ipotesi di fiducia. Ethereum offre la sicurezza più solida e mantiene la verifica dei dati all'interno dello stesso insieme di validatori che regola il rollup, mentre le alternative offrono molta più banda grezza a un costo inferiore.

Celestia è la più grande rete DA progettata ad hoc, una chain proof-of-stake che si limita a ordinare e pubblicare blobs di dati verificati tramite campionamento dei light node. L'aggiornamento Matcha ha portato la dimensione massima dei blocchi da 8 MB a 128 MB e ha dimezzato l'inflazione, nell'ambito di una roadmap che punta a 1 GB al secondo di throughput. I rollup sovrani e le chain ad alto volume come Eclipse pubblicano lì per il prezzo e il margine di capacità.

EigenDA segue una strada diversa: funziona come un servizio protetto da ETH restaked tramite EigenLayer, anziché gestire una propria chain. La sua seconda versione ha raggiunto 100 MB al secondo su mainnet, la velocità effettiva in produzione più alta tra i sistemi DA, motivo per cui chain orientate alle prestazioni come MegaETH si basano su di essa. Il compromesso è un modello di dispersione più vicino a un comitato decentralizzato che a una chain campionata apertamente.

Avail si colloca a metà strada: è una chain DA sovrana che usa gli stessi impegni KZG e lo stesso schema di campionamento della roadmap del danksharding di Ethereum. Oggi gestisce blocchi da 4 MB, con un percorso dichiarato verso capacità di più gigabyte, e affianca al livello DA Nexus, un sistema di coordinamento cross-chain ora attivo sulla mainnet.

Ecco un confronto tra le opzioni principali:

Disponibilità dei dati vs archiviazione dei dati

DA e archiviazione rispondono a domande diverse. La disponibilità dimostra che i dati sono stati pubblicati e sono verificabili nel momento in cui è stato prodotto un blocco, ed è ciò che richiedono il consenso e le prove di frode. L'archiviazione mantiene i dati recuperabili a lungo dopo, ed è ciò che richiedono explorer, indexer e utenti che rielaborano la cronologia.

Le blockchain fanno rispettare solo la prima. Una volta trascorsa la finestra dei blob di Ethereum di circa 18 giorni o la finestra di pruning di Celestia, il protocollo non promette più che i dati esistano ancora, e l'incentivo a conservarli passa a chi ha bisogno dello storico, tra cui team di rollup, nodi di archivio, explorer e indexer.

Le reti di archiviazione permanente svolgono il secondo ruolo. Sistemi come Arweave e Filecoin pagano i nodi per conservare i dati a tempo indefinito, e alcuni rollup archiviano lì la cronologia dei blob eliminati. Confondere i due ruoli porta a un equivoco diffuso: che l'eliminazione dei dati renda i rollup non sicuri, mentre la finestra rilevante per la sicurezza si è già chiusa quando i dati scadono.

Perché la disponibilità dei dati è importante per i rollup

La sicurezza di ogni rollup si riduce all'affermazione che soggetti esterni possano verificarne lo stato, e tale affermazione non regge senza dati pubblicati. Gli optimistic rollup hanno bisogno dei dati affinché gli sfidanti possano individuare una state root non valida e presentare una fraud proof entro la finestra di contestazione. Se il sequencer potesse nascondere le transazioni, nessuno potrebbe costruire la prova e il furto diventerebbe definitivo senza contestazioni.

Gli zk rollup 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 per uscire dal rollup se i suoi operatori scompaiono. Le prove senza dati lasciano una chain corretta ma inutilizzabile, ed è per questo che entrambe le famiglie di rollup considerano la DA irrinunciabile, mentre i validium accettano garanzie più deboli da parte di un comitato per ridurre i costi.

La capacità DA limita anche le prestazioni dei rollup. Una blockchain può elaborare le transazioni solo con la stessa rapidità con cui riesce a pubblicarne i dati, quindi i limiti dei blob e la larghezza di banda DA fissano i massimi di throughput e i livelli delle commissioni in tutto l'ecosistema Layer 2. Per questo ogni grande aggiornamento di scalabilità degli ultimi due anni, da Dencun a Fusaka fino a Matcha di Celestia, è stato prima di tutto un aggiornamento DA.

Le sfide per garantire la disponibilità dei dati

Il data withholding resta l'attacco principale. Il campionamento lo contrasta in modo statistico, ma le garanzie dipendono da ipotesi che devono reggere nella pratica, tra cui un numero sufficiente di nodi di campionamento onesti, richieste di campioni imprevedibili e una ricostruzione funzionante quando mancano dei frammenti. Il protocollo di ricostruzione dei blocchi di Celestia per popolazioni minime di light node è ancora in fase di sviluppo attivo, e PeerDAS è stato rilasciato sulla mainnet di Ethereum appena mezzo anno fa.

L'economia crea un secondo insieme di pressioni. I livelli DA dedicati prezzano il blobspace a costi così bassi che i ricavi da commissioni restano esigui, sollevando dubbi su come vengano finanziati nel lungo periodo i loro insiemi di validatori, mentre Ethereum affronta la tensione opposta, perché spostare i dati su livelli esterni sottrae reddito da commissioni ai propri validatori. I sistemi basati su comitati ereditano i noti rischi di centralizzazione, dato che un piccolo gruppo di operatori può censurare, colludere o semplicemente andare offline.

La scala comporta di per sé un rischio ingegneristico. Propagare blocchi da 128 MB o 100 MB al secondo di dati dispersi spinge al limite le capacità di rete, e ogni aumento di capacità deve preservare la possibilità che una modesta connessione domestica possa ancora verificare la chain. Gli obiettivi della roadmap del settore, blocchi da gigabyte e oltre, dipendono tutti dal fatto che il campionamento continui a reggere al crescere dei dataset di ordini di grandezza.

Considerazioni finali

La disponibilità dei dati è nata come un angolo oscuro della progettazione dei rollup ed è diventata l'asse attorno al quale ruota l'intero dibattito sulla scalabilità. Chi pubblica i dati definisce la sicurezza della chain costruita sopra, e chi ne stabilisce il prezzo definisce le commissioni pagate dagli utenti.

Il settore si è consolidato attorno al campionamento. PeerDAS di Ethereum, i nodi leggeri di Celestia e il design KZG di Avail convergono sulla stessa intuizione: controlli casuali su dati con erasure coding permettono a macchine piccole di verificare blocchi enormi, mentre EigenDA mostra quanta larghezza di banda grezza un insieme di operatori restaked possa offrire oggi.

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