读懂 Polygon 与 Celestia 提出的「数据可用层」的创新点和现实意义

最近，Polygon 宣布推出了一个名为「Avail」的全新数据可用层，这项技术很快便引起加密社区的广泛关注。

数据可用层技术最早来自于一个名为「Celestia」（前身是 LazyLedger）的项目，但由于该技术略显复杂，因此大多数人不愿意花费太多时间去理解它。在这篇文章中，我尝试用简单的语言来解释下「数据可用基础架构」的相关内容、以及为什么要使用这个架构的原因。

首先，让我们来探索一下数据可用性问题。当区块生产者（block producer）发布一个有效的区块头、但故意掩盖底层交易数据时，就会出现数据可用性问题。之所以会出现这个问题，主要是因为轻节点（light node）只依赖区块头来验证，所以很容易受到欺骗并接受无效区块。

全节点无法为轻节点生成数据可用证明（data availability proofs），因为区块缺失数据。同样的，全节点也无法为无效区块生成欺诈证明（fraud proofs），这意味着轻节点不得不自己验证数据可用性，或者假设大多数数据是诚实可信的。

所以，这就是为什么大多数节点必须下载全部交易数据并验证区块数据可用性的原因。然而，这么做又会给网络扩展解决方案带来了可扩展性限制和问题。比如，随着验证复杂性的增加，分片、Rollups、以及区块大小也都会增加。

那么，Avail 和 Celestia 如何解决这个问题呢？实际上，他们构建了一个区块链，链上共识仅用于验证交易排序和数据可用性，无需进行交易执行 / 验证。

为了让您能够更充分地理解这一点，我们先来看看常规区块链架构是什么样子。一般情况下，区块链架构由以下三层组成：

执行层

共识层

数据可用层

对于像以太坊这样被大多数人使用的区块链，这三个层都耦合在一个整体架构中——以太坊虚拟机（EVM）是共识规则和协议的一部分。而诸如 Celestia 和 Avail 这样的项目，其实提供了一个「单独」的数据可用层和一个共识层，让其他不同的区块链 / 交易执行环境都可以从中受益。

Celestia 和 Avail 可以作为最小的、可插入的共识层和数据可用层来使用，仅验证数据可用性和交易排序，这就给区块链网络模块化架构提供了更大的灵活性。

不仅如此，将数据可用层和共识层「独立」出来，可以使其更具可扩展性，因为他们使用数学数据可用性证明（mathematical data availability proofs）能够非常有效地执行 DA 检查。（注：Celestia 使用纠删码，Avail 使用 KZG 承诺方案）

通过这种方式，可以有效解决执行共识瓶颈问题，因为在数据可用层只需执行数据可用性证明，无需通过执行验证区块的状态和有效性。

更重要的是，作为一个「单独」的层，意味着执行环境是「主权独立」的，就特定于应用程序的区块链而言，Celestia 和 Avail 是「可插入」的，无需引导自己的验证器集合 / 共识即可从其安全性中受益。

也就是说，这些区块链不仅可以更轻松地实现网络扩展，而且还能获得 Celestia/Avail （数据可用层和共识层）保护的安全性。

但是，由于数据可用层和共识层不验证交易有效性，因此必须以某种方式来执行「执行」，以处理交易执行和验证 / 争议解决。Celestia 提出将 Optimistic Rollups 作为一种解决方案，同时提议为 Cosmos SDK 添加 Rollup 支持。本质上来说，这种解决方案其实是在数据可用层和共识层之上建立了一个执行层。

整体来看，「数据可用层和共识层」环境与 ETH 2.0 拟构建的未来场景非常类似。比如，Vitalik Buterin 在以 Rollup 为中心的以太坊路线图中就这样写到：「每个人都可以处理单个高安全性执行分片，以及一个可扩展的数据可用层。」

如果 Polygon 的新工具能在链下扩展解决方案上构建一个可靠的执行层和一个稳定且便捷的执行层，那么这种可扩展的数据可用层技术似乎非常有前途。

最后总结一下：Avail 和 Celestia 提供了一种全新的区块链架构，该架构不仅允许模块化设计，其中特定于应用程序的主权链还能从共享安全中受益。