模塊化區塊鏈可能是通往多鏈世界的最佳路徑。

作者: Jessie @dayinxisheng- On Wechat

排版: Elena

封面: Photo by LumenSoft Technologies on Unsplash

單體區塊鏈需要每個節點執行每筆交易,其本質上是不可擴展的。因此,多鏈世界不可避免,我們認為模塊化區塊鏈(modular blockchain)可能是通往多鏈世界的最佳路徑。

Celestia 是第一個真正的模塊化區塊鏈,其願景是將 Cosmos 的主權互操作區域(zones)和以 rollup 為中心的以太坊結合起來,共享安全性。它通過將執行與共識分開,並引入數據可用性採樣(data availability sampling)來進行擴展,有望支持更廣闊的潛在用戶需求,同時保持驗證的成本相對穩定,為用戶帶來更好的性能。

如果將區塊鏈重新想像成一個模塊化的堆棧,那麼 Celestia 的意義不止於可擴展性。它的獨特優勢包括信任最小化的橋、主權 rollup、有效的資源定價、更簡單的治理、更輕鬆的鏈上部署、靈活的虛擬機等等。

Celestia 向主權 rollup 提供數據可用性與共識安全服務,它將自己比作 “區塊鏈領域的 AWS”,其收入來源也主要依賴於主權 rollup 支付的服務費用,以及部分 MEV。不過我們也不無疑慮:其價格更加低廉的區塊服務究竟能為 Celestia 帶來多少利潤?畢竟這類 toB 業務也很難產生網絡效應。

另外,雖然 Celestia 有模塊化區塊鏈領域最強悍的創始團隊,但以太坊分片計劃,即 Danksharding 也計劃拆分出單獨的數據可用性層,新興的 Celestia 終究難以與經過千錘百煉的以太坊匹敵。

不過我們相信,未來的區塊鏈世界將會呈現 “一超多強” 的局面,以太坊絕不可能是區塊鏈世界中唯一的模塊化區塊鏈,Celestia 仍舊是一個值得期待的玩家,作為第一個專門的 DA 層,Celestia 比其他公鏈做的更少,但也許獲得的更多。

以下為本文目錄,建議結合要點進行針對性閱讀。

01 背景:區塊鏈的模塊化趨勢

02 團隊與資本支持

03 Celestia 的工作原理:解耦執行

04 Celestia 如何擴展?

05 Celestia 可以帶來多大的擴展性?

06 Celestia 的優勢

07 Celestia 的商業模式

08 市場競爭與路線圖

09 未來的挑戰

背景:區塊鏈的模塊化趨勢

如果我們把一條公鏈比喻成一家餐廳,那麼毫無疑問,原始的以太坊就像一個既要燒菜、又要傳菜、還要收銀和打掃衛生的 “全能選手”——它提供了一個統一的 DA、共識、結算和執行層。然而即便該 “全能選手” 再能幹,隨著來用餐的顧客越來越多,餐廳也會不堪重負,能服務的顧客始終很有限。

面對這樣的困境,明智的餐廳老闆都會選擇再僱傭新的僱員,幫助分擔一部分職能,因而有了 Layer2 —— rollup 進行執行,以太坊負責 DA、共識和結算,從而減輕以太坊的負擔。由此,我們看到了區塊鏈呈現模塊化的趨勢,就像一家顧客越來越多的餐廳,也必須有廚師、服務員、收銀員、清潔工等多種角色。而一條公鏈可以分為以下四個模塊:

  • 數據可用性(DA)—— 確保 rollup 區塊頭後面的交易數據已經被發布,並且可供使用,以便任何人都可以重新創建狀態
  • 共識—— 至少就交易及其排序達成共識
  • 結算—— 驗證/仲裁證明和協調跨鏈資產轉移、信息傳遞
  • 執行—— 確定哪些交易是有效的,並更新鏈上狀態
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除了以太坊 rollups,以太坊分片、Cosmos Zones、Polkadot Parachains、Avalanche Subnets、Near’s Chunks 和 Algorand Co-Chains 都是模塊化區塊鏈的探索實踐,但這些模塊化設計在如何處理跨模塊的安全方面有很大不同:像 Avalanche、Cosmos 和 Algorand 這樣的 Multi-chain hubs 最適合自身獨立的模塊確保安全性,而 Ethereum、Polkadot、Near 和 Celestia 這樣的模塊則採用共享(shared)或繼承(inherit)的方式確保安全。圖片

目前最具吸引力的是以太坊和 Cosmos 生態。以太坊設想了一個以 rollup 為中心的未來,雖然 rollup 比 Layer1 靈活性更低,但它們可以彼此共享安全性。而 Cosmos 是由一群應用於特定程序的 zones 組成的區塊鏈互聯網,比 rollups 更便宜、更靈活,但它們不能完全共享安全性,有些安全性不好的鏈很可能被篡改交易歷史。這時,需要共享安全性來避免這種情況。

如果我們既想要保持靈活性與低成本,又想要可靠的安全性,如何兼得呢?創新者 Celestia 橫空出世,它結合了這兩個生態的精華,將 Cosmos 的主權互操作區域(zones)與以 rollup 為中心、並共享安全性的以太坊結合起來,使用 Celestia 作為數據可用性層,無法被篡改和重組,所有交易的歷史都被記錄在 Celestia 的區塊中。圖片

為了便於我們理解 DA(即 data availability,數據可用性),我們可以做這樣一個類比,你往 Google Drive 上傳了一張照片,第二天,你想把這張照片給朋友看。你問 Google:“你能給我看看我昨天上傳的照片嗎?”

如果 Google 回答說:“我可以使用它,我可以給你看那張照片。” 然後只是給你發送一張從照片上剪下來的臉作為證明。你一定會覺得很困惑,你想要下載你的照片,而不是從 Google 那裡證明他們有你的照片。

這個在生活中近乎 “荒誕” 的場景,恰恰可以生動地闡釋數據可用性層執行的核心功能。我們只是想要看到那張臉作為證明,證明鏈上數據是可用的,並不想從 DA 層那裡下載所有的數據。圖片

團隊與資本支持

團隊介紹

Celestia 團隊背景相當亮眼,由優秀的區塊鏈擴容領域的學者、研究人員和工程師組成,此前在區塊鏈擴容領域均有著豐富的工作或創業經驗。圖片

CEO Mustafa 是倫敦大學計算機科學的博士,專業研究區塊鏈擴容問題。他曾聯合創立了區塊鏈擴容平台 Chainspace,後被 Facebook 收購。他也是欺詐證明的發明者,曾於 2018 年作為第一作者與 Vitalik 發表論文《欺詐與數據可用性證明》。圖片

CTO Ismail 曾在 Tendermint(Cosmos 母公司)、Interchain Foundation、Google 等公司擔任軟件工程師,具有豐富的區塊鏈技術經驗。CRO John 是多倫多大學計算機工程的博士,曾擔任 ConsenSys 的研究員和工程師,後來聯合創立了 Optimistic Rollup 解決方案 Fuel Labs。COO Nick 擁有斯坦福大學的碩士學位,此前曾是公鏈 Harmony 的聯合創始人。

其顧問團隊的陣容也相當豪華,包括 IBC 的聯合創始人 Zaki Manian,Tendermint 的聯合創始人和 Cosmos 的聯合創始人 Ethan Buchman 等

不過存在一個值得質疑的點是,CRO John Adler 還是他聯合創立的 Fuel Labs 的核心貢獻者,並致力於將其轉型為模塊化區塊鏈的執行層,雖然和 Celestia 可能存在業務聯動,但我們仍不免擔憂,這對於 Celestia 的創業是否是嚴重的分心

融資情況

2021 年 3 月,Celestia 完成 150 萬美元的種子輪融資,由 Binance Labs 領投,其他投資方有:Interchain Foundation、Maven 11、KR1、Signature Ventures、Divergence Ventures、Dokia Capital、P2P Capital、Tokonomy、Cryptium Labs、Michael Ng、Simon Johnson、Michael Youssefmir 和 Ramsey Khoury。

2021 年 12 月,團隊又融資 273 萬美元。據市場信息,Celestia 的估值迄今至少達 20 億美金。暫時並未發行代幣。

Celestia 的工作原理:解耦執行

Celestia 會接收到來自它之上的主權 rollup 打包的交易,並通過共識協議 Tendermint 來排序交易。與其他區塊鏈不同的是,Celestia 不會質疑這些交易的有效性,也不負責執行它們。Celestia “平等” 對待所有交易,只要交易支付了必要的費用,它就會接受這些交易,將它們排序並在鏈上廣播。

注 1:根據 Celestia Blog,如果一個 rollup 有自己的結算層來決定分叉的規範鍊和交易的有效性規則,那麼該 rollup 就是主權的。

注 2: 有效性用於確定哪些交易是有效的,而共識使節點就有效交易的順序達成一致。

而在 Celestia 之上的主權 rollup 可以通過 Merkle 證明,驗證 rollup 傳過來的交易數據在 Celestia 的數據可用性層已經被打包和排序。主權 rollup 節點會執行交易來計算他們的狀態(例如,確定每個人的賬戶餘額),如果有任何交易被 rollup 節點認為是無效的,則不會處理這些交易。圖片

只要 Celestia 的歷史保持不變,運行相同有效性規則的 rollup 節點就可以計算出相同的狀態,主權 rollups 所需的,只是這些經過排序的交易及其共享的歷史已經達成共識。

Celestia 如何擴展?

解耦執行的明顯優勢在於,不需要每個人都執行所有交易,節點可以自由執行與其 app 相關的交易。例如,遊戲 app 的節點不必執行與 DeFi app 相關的交易。

儘管如此,解耦執行的可擴展性優勢仍然有限,因為它們犧牲了可組合性。假如兩個 app 想要相互交換一些 token,就需要計算兩個 app 的狀態,節點必須執行與兩者相關的交易。事實上,隨著新 app 加入這些交互,要執行的交易數量一定會增加。如果所有 apps 都想相互交互,我們將回到單體鏈(monolithic chain),每個人都要下載並執行所有交易。

那麼 Celestia 如何實現無可匹敵的可擴展性,將執行與共識解耦與可擴展性又有什麼關係呢?

可擴展性瓶頸

可擴展性通常被描述為 “增加交易數量而不增加驗證鏈的成本”。為了了解可擴展性瓶頸在哪裡,我們簡要回顧一下區塊鍊是如何得到驗證的。

在一條區塊鏈中,共識節點(驗證者、礦工等)生成區塊,然後向全網廣播。全節點通過下載和執行其中的所有交易來驗證交易,相比之下,由於用於搭建輕節點的設備性能一般比較差,輕節點(99% 的用戶)無法驗證這些區塊的交易,而只能跟踪區塊頭(區塊中包含的數據摘要)。因此,輕節點的安全保障要比全節點低得多,它們默認共識是誠實的,但顯然這不可能。

而性能更好的全節點會對整個區塊中的交易進行驗證,惡意共識無法欺騙全節點接受無效區塊,因為它們會注意到無效的交易(例如用於雙花的 tx 或無效的 mint),停止跟隨該條鏈。圖片

區塊鏈領域的可擴展性瓶頸被稱為狀態膨脹(state bloat)。隨著更多交易的發生,區塊鏈的狀態(執行交易所需的信息)會增長,對帶寬以及計算力要求也越大,對節點性能要求增加,也就導致符合條件的節點越來越少,少數全節點成了網絡的中心,全節點串通作惡的可能性變大,給網絡帶來中心化風險,安全性變差。

由於大多數鏈都重視去中心化,因此他們希望全節點能在消費級硬件上運行,所以會控制區塊/ gas 的大小來限制其狀態增長的速度,這就是造成區塊鏈可擴展性瓶頸的原因。

欺詐證明和有效性證明

欺詐/有效性證明的發明打破了這一可擴展性瓶頸,它們讓輕節點可以驗證區塊中的交易是有效的,具備與全節點幾乎相同的安全保證,同時消耗更少的資源。

下面是一個簡化的欺詐證明示例。在欺詐證明中,全節點為輕節點提供足夠的數據,以便它們自主識別無效交易,該證明的第一步要求全節點向輕節點顯示,特定數據(例如,聲稱無效的 tx)屬於某一個區塊體(block body)。

通過使用 Merkle Tree,全節點可以向輕節點證明特定交易包含在塊中,而無需他們下載整個區塊的內容。

然而,雖然證明包含 tx  很容易,但證明 tx 不存在則很難。麻煩的是,證明 tx 不存在與證明包含 tx 對於使欺詐/有效性證明有效運轉,同樣重要。

數據可用性問題

為了讓全節點生成欺詐/有效性證明,它們必須能夠計算狀態—— 賬戶餘額、合約代碼等,這需要全節點來下載和執行所有交易。但是,如果惡意共識發布了區塊頭(block headers),但在區塊體(block body)中扣押(withholds)了一些 tx 怎麼辦?圖片

在這樣的攻擊場景下,全節點很容易注意到區塊體(body)中的數據丟失,因此拒絕跟隨鏈。但是,僅下載區塊頭的輕節點將繼續跟隨它,因為它們不會注意到任何差異。

數據可用性是欺詐證明和有效性證明的先決條件

如果無法訪問完整數據,誠實的全節點無法生成欺詐/有效性證明。一旦發生了數據扣押攻擊,輕節點卻不會注意到問題所在,無意中和全節點分叉。數據可用性問題是一個非常微妙的問題,因為證明 tx 不存在的唯一方法是下載所有 tx,這正是輕節點由於資源限製而做不到的事情。

我們可以類比這樣一個 “暗室實驗”:如下圖的漫畫所示,一個黑暗的房間裡有一個公告板。首先,區塊生產者(block producer)進入房間,並在公告板上寫了一些信息。然後作為驗證者的你帶著手電筒進入房間,手電筒的光束很窄,而且電量不足,所以你只能讀懂公告板上極少數明顯位置的文字。圖片

你的任務是確保該公告板上的信息是可用的,這有些棘手,因為存在兩種可能性:要么生產者表現誠實,寫下完整的文件信息;要么生產者行為不端,遺漏了一些信息,使整個文件不可用。但你的手電筒電量不足,無法檢查公告板的每個位置,通過只在幾個地方檢查公告板,你無法區分前面所說的這兩種情況,因此,你不能可靠地檢查整個區塊的數據可用性,我們需要一種新的方法。

Celestia 解決了數據可用性問題

讓我們看看 Celestia 如何解決這個問題,前文我們提到 Celestia 並不關心交易的有效性,它真正關心的是區塊生產者是否已經完全發布了區塊頭(headers)背後的數據。

使 Celestia 具有極強可擴展性的原因在於,這種可用性規則可以由資源有限的輕節點自主執行,通過數據可用性抽樣 (data availability sampling)來完成。

數據可用性抽樣 (Data Availability Sampling,DAS)

DAS 依賴於一種數據保護技術,稱為糾刪碼(erasure coding)。由於對這種編碼進行解碼後,即便是非常小的數據碎片,仍舊可以從中恢復原始數據,所以只需要下載該區塊的一小部分,就可以以非常高的概率檢查出一個區塊的所有數據是否已經發布。

這裡有一個非常簡單的數學思考過程,如果你想理解 Celestia 的數據可用性抽樣過程,請保持耐心,我保證,這部分內容的難度不會超過小學水平。

糾刪碼對原始數據有不同的壓縮比,這裡我們假設壓縮比為 2:1,假如有一個 1 MB 大小的區塊,對其進行糾刪編碼後,將一個大的區塊分成許多個小的 chunks,並將整個區塊 “擴展” 2 MB,其中額外的 1 MB 是特殊的數據。如果被編碼後的區塊中有任何字節丟失,由於糾刪碼的存在,你可以輕鬆恢復這些字節。即便有多達 1 MB 的區塊數據丟失,你也可以恢復整個區塊,但超過 1 MB,就無法再恢復整個區塊。

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就像光盤遭遇一些划痕,仍舊可以完整讀取內容,但是如果大面積損毀、超過一定比例,則無法正常播放影片。所以一個惡意生產者想使區塊不可用,即便他只扣押了很少的數據,但被編碼之後,也會變成扣押 50% 以上的 chunks (至於為什麼編碼後就會變成扣押 50% 以上的 chunks,這裡涉及復雜的多項式,不再展開,如果對這部分的數學原理感興趣,歡迎加文末作者微信交流)

這就變得非常容易檢測,因為網絡中只可能有兩種區塊生產者,誠實的區塊生產者和惡意的區塊生產者。如果一個網絡中,全是誠實的區塊生產者,那麼輕節點可以順利下載所有的 chunks;如果網絡中存在惡意的區塊生產者,那麼輕節點每次下載 chunks,至少有 50% 以上的概率會無法成功下載。這也就意味著,一旦存在無法下載的 chunks,那麼我們就可以判斷,網絡中存在惡意節點

現在假設這樣一種情況,網絡中存在惡意區塊生產者,這也就意味著 50% 以上的 chunks 都無法下載。

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輕節點對這些 chunks 進行隨機抽樣,第一次抽到可以下載的 chunk 概率會小於 50%,接著再抽樣,連續兩次抽到可以下載的 chunk 概率至多不會超過 ,連續三次抽到可以下載的 chunks 概率至多不會超過 …… 無限隨機抽樣下去,可以一直抽到可以下載的 chunks 的概率至多不會超過 —— 而這個概率接近於 0,這也就意味著,在有惡意區塊生產者的網絡中,輕節點會錯誤認為整個區塊數據可用的概率為 0。

好了,數學學習的部分到這裡結束,實際上,數據可用性證明的全部細節比這更複雜,並且依賴於其他的假設,比如對網絡中輕節點的最小數量有要求,這樣才能有足夠的輕節點發出樣本請求,從而共同恢復整個區塊。

“恢復” 的過程很類似於我們常用的 BT(BitTorrent)種子下載,BitTorrent 是最早的去中心化文件共享協議,不同的對等方擁有不同的文件片段,下載者將自己已有的文件信息分享給網絡中其他人,並交換自己沒有的部分,這種情況下,下載同一份文件的人越多,下載速度就越快。

回到我們上面提及的暗室實驗:現在我們不要求區塊生產者在公告板上寫下原始文件,而是要求它把文件切成許多小的數據塊,對它們進行糾刪編碼,並將被編碼的數據塊寫到公告板上。

接下來,我們考慮這兩種情況:要么生產者表現得很誠實,寫下了所有的數據塊;要么生產者行為不端,想讓文件不可用。

所以,如果要讓文件不可用,區塊生產者也只能寫下一部分的數據塊,這也就意味著,大量的數據塊將被丟失,這樣才能保證無法恢復至原始數據。這會造成這樣的結果——我們將會看到一個大半空缺的公告板。而一個數據可用的公告板,大部分位置都是滿的。

這種差異變得很容易區分——你可以在公告板上進行隨機抽樣,只要發現一個數據塊是空的,那麼文件不可用,經過多次抽樣檢測,你會判斷錯誤的概率趨近於 0。圖片

總而言之,由於輕節點只需要採樣少量尺寸極小的 chunks,就可以確認數據是否可用,如果檢測到任何無效交易,特定的執行層就可以拒絕執行。但無效的交易數據仍舊會保存在 Celestia 上。

Celestia 可以帶來多大的擴展性?

關於可擴展性,有兩個主要因素限制 Celestia 的 DA 吞吐量:

  1. 可以採樣多少數據
  2. 輕節點採樣的區塊頭大小

首先來看第一個因素。採樣的數據越多,就可以為更大的數據量提供可用性保證,但 Celestia 的數據可用性採樣(DAS)使任何單個終端用戶需要採樣的數據量始終是一個可控的大小。雖然單個節點容量受限,但由於 DAS 可以由資源有限的終端用戶執行,甚至智能手機也可以參與採樣過程,因此,大量輕節點可以加入採樣。

而且 Celestia 只提供數據可用性而不做狀態執行,所以區塊產量(block production)可以更高,並且每個區塊有更多的空間,區塊變得更大、可以採樣的數據更多、帶來更高的 tps。

Celestia 團隊的當前估計

採樣節點的數量與用戶需求有關,Celestia 的區塊空間供應是關於需求的函數,這意味著, 與單體鏈不同,Celestia 可以隨著用戶需求的增長提供低廉而穩定的費用

接下來我們來看第二個因素,輕節點採樣的區塊頭大小與區塊大小的平方根成正比,區塊頭越大,對輕節點的帶寬要求就越高。因此,為了獲得與全節點相同的安全性,輕節點需要付出 O(√n) 帶寬成本,其中 n 是區塊大小。雖然這可能看起來是一個限制因素,但隨著時間的推移,增加的資源需求可能會被網絡帶寬的改進所抵消。

另外,如果平均輕節點的帶寬容量增長 X,Celestia 的 DA 吞吐量可以安全地增長 X^2。而尼爾森的互聯網帶寬定律指出,互聯網用戶的帶寬連接速度每 21 個月帶寬速率將增長一倍。因此,Celestia 將大大受益於網絡帶寬的指數級改進,有望滿足潛在用戶需求,同時保持驗證成本相對穩定

Celestia 的優勢

模块化区块链的优势不止于可扩展性,我们接下来会介绍 Celestia 的 8 个独特优势,尽管短期内这些特性不一定能显著发挥出来。

1. 自主權(Self Sovereignty)

目前的 rollups 就像以太坊的嬰兒鏈(baby chains),他們將區塊頭髮佈在以太坊上,欺詐/有效性證明在鏈上執行,因此,它們的狀態由以太坊上的一系列智能合約決定。

Celestia 上的 rollups 運作模式完全不同,它對其存儲的數據沒有任何感知,並將所有解釋權和執行權留給 rollups,這些 rollups 就像是目前大多數 L1 區塊鏈那樣運行。

因此,Celestia 上的 rollups 本質上是擁有自己主權的區塊鏈。在 L1 區塊鏈中,有爭議的硬分叉通常被認為是非常危險的,因為分叉鏈最終會削弱其安全性。因此,通常不惜一切代價避免分叉,從而扼殺創新性。

Celestia 首次為 rollups 帶來了分叉的能力,而無需擔心安全性減弱。這是因為所有分叉最終都將使用相同的 DA 層,不會放棄 Celestia 共識層的安全優勢。想像一下,如果區塊鏈從一開始就以這樣的方式運行,比特幣區塊大小的爭論或以太坊 DAO 分叉會變得多麼順利。

2. 靈活性

Celestia 不做執行的特性也將加快 VM 領域的創新。隨著 Starkware、LLVM、MoveVM、CosmWasm、FuelVM 的出現,我們相信 VMs 可以在執行的各個方面進行創新,支持的操作、數據庫結構、交易格式、軟件語言等,將更加適用於特定用例,並實現最佳性能。

3. 輕鬆部署

讓區塊鏈部署變得更容易一直是不變的趨勢。早期,沒有 PoW 硬件就無法啟動去中心化網絡,最終通過引入 PoS 消除了瓶頸,成熟的開發者工具(如 Cosmos SDK)使發布新區塊鏈變得更加容易。然而,儘管取得了進步,PoS 共識的成本仍然很高。而其他的創新者 Polkadot 平行鏈的部署成本很高,以太坊 rollups 的運營成本很高。圖片

Celestia 是這一趨勢的下一個演變。Celestia 團隊正在使用 Optimint 的 Cosmos SDK 實施 ORU 規範。該工具支持部署任何鏈,無需開發人員擔心共識的開銷或昂貴的部署/運營費用,可以在幾秒鐘內部署新的鏈,用戶從第一天起就可以安全地與它們交互。

4. 高效的資源定價

以太坊計劃在未來幾年分階段展開其分片計劃,rollup 只能用這些數據分片來發布數據。隨著基礎層的數據容量增加,這自然會導致更便宜的 rollup 費用。然而,這並不意味著以太坊放棄其在 L1 上的狀態執行環境。

要在以太坊上運行一個 rollup 節點,還必須執行與以太坊的 L1 有關的狀態。然而,以太坊已經有一個 “巨大” 的狀態,執行成本高昂。更糟糕的是,用於限制 L1 狀態大小的 gas fee 也用於計算 rollups 的歷史數據。因此,只要 L1 上出現活動高峰,所有 rollups 的費用都會隨之增加。

而在 Celestia 中,狀態增長和歷史數據被完全分開處理。Celestia 的區塊空間只存儲歷史 rollup 數據,這些數據以字節為單位進行結算,所有狀態執行都由它們自己獨立單元中的 rollups 計量。由於活動受制於不同的費用市場,一個執行環境中的活動高峰不會破壞另一個執行環境中的用戶體驗。

舉個例子,如果一個 Celestia 版本的 ENS 只是想要一個結算證明和轉移代幣的地方,它不需要將證明發佈到一個通用的執行環境、並為之支付過多成本,無需與通用執行環境中的 DeFi 項目競爭卻無法捕獲任何價值。

5. 信任最小化的橋

從廣義上講,橋有兩種形式,受信任的橋(trusted bridges)和信任最小化的橋(trust minimized bridges)。信任最小化的橋更加安全,但條件也更為嚴苛,需要:

  1. 相同的 DA 保證
  2. 一種解釋彼此欺詐/有效性證明的方式

常見的 L1 之間不滿足 “共享 DA” 這一條件,所以它們之間不能形成信任最小化的橋。他們依靠彼此的共識進行通信,這必然意味著降低安全性。而 Celestia 與以太坊一樣,rollup 以最小化信任的方式與 DA 層進行通信,保證了較好的安全性。圖片

6. 最低限度的治理

区块链治理很慢,改进提案通常需要多年的社会协调才能实施。虽然这是安全所需要的,但它显著减慢了区块链领域的开发节奏。

模塊化區塊鍊為區塊鏈治理提供了一種更好的方式,其中執行層可以獨立快速地採取行動,而共識層可以保持穩定。

EIP 的歷史上很大一部分提案與執行功能和性能有關。它們通常涉及諸如操作定價、添加新操作碼、定義 token 標準等內容。

在模塊化區塊鏈堆棧中,這些討論將僅涉及各個執行層的參與者,不會滲透到共識層。

7. 去中心化區塊驗證,而非生產

Vitalik 在 Endgame 一文中指出—— “區塊生產是中心化的,區塊驗證是無須信任且高度去中心化的,仍然可以防止審查。” 這意味著,去中心化最重要的因素是區塊驗證而不是生產,只要一小部分共識節點的行為可以被大量參與者審計,我們依然可以信任區塊鏈。

同樣,雖然 Celestia 對區塊生產者的資源要求很高,但對驗證者的資源要求較低,從而實現了高度去中心化、抗審查的網絡。

8. 簡潔性

明確識別區塊鏈的可擴展性瓶頸對 Celestia 團隊做出最簡潔的設計選擇有巨大幫助。雖然以太坊在其分片路線圖的最後實施了 DAS,但 Celestia 選擇不走過於復雜的共識分片路線。同樣,Celestia 沒有實施新奇的共識協議,而是選擇使用具有成熟工具和廣泛的開發人員/驗證者支持的 Tendermint。我們認為這些設計選擇將使 Celestia 脫穎而出,並且在 Celestia 進入市場時大受歡迎。

Celestia 的商業模式

以太坊和 Celestia 社區的許多人認為 DA 最終會有巨大的價值。來自以太坊基金會的研究員 Dankrad Feist 在和 Celestia co-founder John Adler 對談的播客中表達了他的觀點:

資產…… 需要從一些…… 產生收益的手段中獲得安全。我相信最有價值的資產將只在數據的可用性上,區塊空間(block space)將成為去中心化經濟中最有價值的資產。

Celestia 對 rollups 而言是更便宜、更快捷的數據可用性 L1(data-availability L1),rollups 將越來越多地使用它來達成共識和數據可用性。因此,Celestia 做的是向 rollps 出售區塊空間(blockspace)的生意。

Celestia 的收入來源有 2 個:交易費(transaction fees)和最大可提取價值(MEV)

交易費用(Transaction fees)

Celestia 將自己描述為區塊鏈領域的 “AWS”,這樣描述道,“Celestia 之於去中心化 apps,就如同雲計算之於傳統互聯網。” 像 AWS 這樣的雲服務使得用戶在共享服務器的虛擬機上部署網頁,而 Celestia 允許用戶在共享一個共識層的鏈上部署 Dapps。圖片

作為一種 B2B 業務,向 Celestia 支付交易費用的將是 rollups,而不是直接的用戶。Celestia 計劃實施類似於 EIP-1559 的燃燒機制,將交易費用分成兩部分:

  • 動態的基礎費用。這部分費用會隨著網絡擁堵而增加,它們會被燃燒,算作協議收入。
  • 給 Celestia 驗證者節點的小費,讓他們優先處理某些交易(當然這些交易已經經過 rollup 打包)。這筆費用由 rollup 支付給驗證者(validator)。

驗證者通過驗證區塊來賺取 Celestia coins,隨著更大規模的採用,燒掉的 coins 會超過發行量,這將造成貨幣通縮。要成為 Celestia 驗證者,必須質押 Celestia coin,如果被檢測到違規行為,這些 coins 會被罰沒。Celestia coins 除了要用來支付交易費用,還會有人想要質押 Celestia coin 成為驗證者,因而 Celestia coin 會越來越有價值。

電動車

Maximal Extractable Value 是礦工/驗證者的次要收入來源,用戶可以向驗證者支付額外的金額,讓他們的交易被優先處理,這種 “賄賂” 沒有上限。大多數情況下,用戶希望確保他們的交易是區塊中的第一個,以防止搶跑(front-running)。有時候恰恰相反,用戶可能會付錢給驗證者對 mempool 中有的交易進行搶跑(front-run)或 “三明治攻擊”。

注:mempool,等待被添加到區塊中的交易集合

Celestia 也會發生這種情況,rollups 希望自己的一批交易在另一個批交易之前被打包到區塊中,因此他們會 “賄賂” 驗證者,這種 “賄賂” 既可以用 Celestia coin 支付,也可以用驗證者願意接受的任何其他貨幣。

如果 Celestia 團隊為這一過程創建 Priority Gas Auction(PGA)機制,那麼 MEV 很可能是以 Celestia coin 支付的,支付的費用其中一部分會被燃燒,這將為 Celestia coin 持有者帶來更多價值。即使 “賄賂” 以另一種貨幣結算,賺取這些 “賄賂” 的激勵也會增加驗證者的供應,從而增加抵押 Celestia coin 的需求。這兩種情況都會促進 Celestia coin 的價值提升。

在常規的 L1 區塊上,MEV bot 可以針對單個交易提取價值,而 Celestia 處理的是捆綁交易(bundled transactions),每個區塊的可提取價值會更低。

因此,Celestia 網絡可以賺取這兩部分收入來源的總和:基本交易費和 MEV 中的一部分。

市場競爭與路線圖

用戶數據

Celestia 於 2022 年 3 月 25 日發布了 Mamaki Testnet,約有 1000 個節點參與測試,活躍節點約 150,由於當前 Mamaki 測試網沒有激勵,所以參與人數不多。推特上已有 6.1 萬關注者,Discord 群聊社區中有 3.5 萬成員。

競爭格局

可用

Avail 是 Polygon 團隊於去年 6 月宣布推出的一個通用的、可擴展的、以數據可用性為中心的區塊鏈,適用於獨立鏈、側鍊和鏈外擴展解決方案。

Avail 使用 Kate 多項式承諾來創建一個二維數據可用性方案,避免欺詐證明,不需要誠實的多數假設,並且不依賴誠實的全節點來獲得數據可用。

Celestia 的聯合創始人 Mustafa Al-Bassam 在 twitter 上稱 Polygon Avail 的介紹幾乎逐字複製了他在 2019 年介紹 LazyLedger(Celestia 的前身)文章。圖片

針對 Mustafa Al-Bassam 關於 Polygon Avail 涉嫌抄襲的指責,Polygon 團隊回應稱,介紹文字的雷同是營銷和內容團隊的失誤,實際上 Avail 與 Celestia 是兩個不同的架構,主要區別在於 Avail 基於 Kate 承諾,而 Celestia 基於欺詐證明,因此技術層面上存在實質性的區別,不過仍因營銷和內容團隊的失誤對 Celestia 及其社區表示歉意。

Celestia 和 Avail 都有其優勢和劣勢。Celestia 實現起來比較簡單,但由於其糾刪碼和輕節點採樣數據的規模較大,因此需要的通信帶寬略高。Avail 涉及相對複雜的加密實現,難度稍大,它的優點是糾刪碼尺寸小,輕節點採樣的數據量小,帶寬要求低。目前 Avail 已發布測試版,具體競爭格局,還有待一段時間觀察。但 Celestia 無論是從市場先發優勢還是技術正統性上,都處於領先地位。

以太坊分片:Danksharding

我們對 Celestia 最大擔憂在於,Celestia 的機會只在以太坊分片計劃完成之前的這段窗口期。Danksharding 比當前的 rollup 和 validum 都更加合理:它將 DA 拆分為單獨的層,比 rollup 更有效;但仍然在鏈上,比 validum 更高的安全性。

這樣做的好處是通過減少驗證者的工作量(僅驗證一小部分 DA 而不是全部)在大區塊的情況下保持驗證者的可靠性,這導致每秒交易量更高,驗證所有交易的成本更低。圖片

Celestia 與以太坊升級的 DA 分片相似之處在於,rollups 都繼承一個基礎層的安全性,而不同之處在於以下兩個方面:

  1. Celestia 不在基礎層執行任何有意義的狀態變更,而升級後的以太坊則仍需要在基礎層執行。這將使 Celestia 上的主權 rollups 免於高度波動的基礎層費用,而在狀態頻繁變動的以太坊上,token 銷售、NFT 空投或高收益耕種的機會都可能導致需求大規模激增,gas fee 飆升。Celestia 的 rollups 在安全性方面消耗相同的原始數據存儲資源,並且僅用於安全性,這使得主權 rollup fees 主要與該特定 rollup 的使用綁定,而不是和基礎層。
  2. DA 證明的一個關鍵特性就是,參與節點越多,算力多,共同合作可承擔的工作越多,可以存儲的數據也就更多。這意味著由於 Celestia 有更多的輕節點參與 DA 層的採樣工作,區塊的尺寸就可以變得更大,吞吐量更高。理論上 Celestia 的吞吐量可以比升級後的以太坊 DA 層更大,但紙面的 tps 毫無意義,我們仍需要靜待兩者的開發速度與具體實現。

路線圖

Celestia 第一個公共測試網於 2022 年第二季度推出,該測試網旨在發展和穩定驗證者社區。它還將允許在 Celestia 之上構建 dApp 和 Rollup 的首次實驗。測試網將持續幾個月,並將為 2023 年第一季度的 Celestia 激勵測試網奠定基礎。

主網上線為 2023 年第二季度,該網絡將包括開發人員和節點運營商能夠獲得獎勵的任務和挑戰。激勵性測試網將與計劃於 2022 年第四季度末的主網具有近乎相同的功能。圖片

未來的挑戰

Celestia 正在開創一種全新的區塊鏈設計。雖然我們相信這是一個優於現有解決方案的模型,但它仍然存在一些挑戰

1. DA 網絡的不穩定性。正如我們上文提到的那樣,Celestia 的區塊大小隨著網絡中數據採樣節點的數量而增加,然而,數據採樣的過程並不具備抵抗女巫攻擊(Sybil-resistant)的能力。因此,沒有確切的方法來確定網絡中真實節點的數量,區塊的大小也就無法確定,DA 網絡的吞吐量也就是不確定的。而女巫攻擊也可能造成惡意共識,從而破壞整個網絡。另外,參與採樣的節點並不受到直接的獎勵,只有隱性激勵——維持網絡的穩定,它們可以獲得更多收益。直接激勵不足也可能導致網絡的不穩定性。

注:Sybil Attack,女巫攻擊,是指一個人可以偽造多個身份運行多個偽裝節點,對整個網絡造成攻擊。Sybil Resistant 就是對女巫攻擊有抵抗能力。

2. 不做執行的專用 DA 層網絡冷啟動困難。與其他區塊鏈不同,Celestia 依賴其他執行鏈來啟動用戶活動,因此,Celestia 的初始用例之一 Celestiums 將用作以太坊上 Validiums(類似於 rollups)的鏈下 DA 解決方案。圖片

另一個項目是 Cevmos,這是一個帶有內置 EVM 的 Cosmos SDK 鏈,專門用於 rollup 結算。Cevmos 上的 rollups 會將他們的數據發佈到 Cevmos,然後再將其發佈到 Celestia。就像今天的以太坊一樣,Cevmos 將作為結算層執行 rollups 證明。Cevmos 的目標是允許以太坊 rollups 在 Celestia 上直接發布,而無需更改其代碼庫。圖片

3. Celestia 原生代幣的實用性存在限制。像其他 L1 公鏈一樣,Celestia 的原生代幣將通過對 Celestia 區塊空間的需求來積累價值,然而,與大多數鏈不同,由於 Celestia 不做狀態執行,其代幣在 DeFi 和其他垂直領域作為流動性來源的效用將受到一定限制。

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