ROLL:Layer2之后该怎么扩容，深度解读Celestia的数据可用性模块_WEB3

作者：PAnews

去年下半年，各种Layer2概念受到大家广泛关注，时至今日，已经有不少项目和概念证明了自己的价值。其中ZkSync和Optimism使用的Rollup方式，更是成了Layer2的标准模板。关于Layer2，相信大家看过的文章已经很多了，很多人看完同时也会有一个疑问，除了计算和执行，我们还可以从公链上分解出来哪些任务？如果你也这么想，请先为自己的“区块链原生思维”鼓个掌。

以太坊或者其它公链之所以会拥堵，会收如此高的gas费，通俗讲就是工作超负荷了。现实世界当中，一个人忙不过来了会去找帮手，一家公司忙不过来了会请外包。但无论用哪种方法，第一步都是厘清任务。

Celestia的出现就是为了填补这一空白，为扩容技术开辟出Layer2以外的新方向——数据可用性与底层公链的解耦，团队目前在官网上显示有17人，在GitHub上有11人，多数来自以太坊、Harmony和Cosmos。创始人MustafaAl-Bassam更是在GitHub上非常活跃。

Celestia在去年3月进行了一次种子轮融资，融资金额为150万美元，参与者有Maven11Capital、Interchain、SignatureVenture、CryptiumLabs和DokiaCapital。目前没有发币，也没公布代币模型，所以本文将先从产品说起，首先补充一点背景知识。

一条公链的任务，可以被分成以下三类：

安全层：在一些场景下也被称为共识层，但也许随着“隐私”概念的成长，我们在未来可以看到没有共识的安全层。目前，你可以把它理解成CAP理论中的分区容错性,因为说到底区块链得是去中心化的，而在一个去中心的系统中，节点彼此不信任，需要一个共识来决定谁来出块。尽管各大公链全部在这上面野心勃勃，但现在看起来还是只有比特币跟以太坊能承载安全层。未来谁想在共识上超过这两位是不太可能了，只能寄希望于技术突破，挑战二者的地位。

数据可用层：当区块链上一笔交易被达成，交易结果会广播至全链进行确认，可有的节点不知道这个被广播出来的信息中是否包含了假消息，甚至不知道这个出块的矿工，有没有把所有出块需要的信息都发布出来，这个时候数据也就不可用了。节点数量越多，数据验证起来就越麻烦，所以在过去的公链中，链上扩容和数据可用性相矛盾。

执行层：最后，交易和智能合约发生在执行层。所有智能合约、dApps和用户也会在执行层面沟通。执行层应专注于处理尽可能多的计算任务，同时将安全性和数据可用性外包交给公链。目前的Layer2，如Arbitrum、Optimism、StarkWare和ZkSync，都在专注于开发更有效的执行层。

Celestia：解决数据可用性

Celestia首先解决的是数据可用性问题，而这个问题说白了，就是当某条链上生产出一个新的块时，新块里会包含之前已经被验证的一部分交易数据，以及其它一些开发者想塞进去的东西。其它的不重要，关键这个交易数据，容易被恶意造假。如果没有这些记录，其余节点就不能判断新块中是否包含了这些假数据。

那解决这件事的主流办法是什么呢？首先，节点被分成了轻节点和全节点：

全节点——需要下载并验证新块被生成前的所有交易。属于用性能换安全。哪怕“51%”攻击来了，也别想糊弄过去。

轻节点——也就是“不完整的节点”，只验证区块头，不验证区块里面的数据。因为它们假设其余节点没有作恶，所以是拿安全换性能。

那么问题来了，轻节点这个“大多数人都是善良的”的假设这么不靠谱，如果被了怎么办？于是以太坊又提出了欺诈证明。

欺诈证明——说起来也和Celestia的创始人MustafaAl-Bassam有些渊源，最早提到这个概念的论文作者便是Mustafa、Vitalik及AlbertoSonnino。作用是可以针对特定某笔交易，先让全节点来判断下真假，再把结果发给轻节点，由于欺诈证明很小，轻节点收到了之后便不用再花精力了解整条链的状态，不会牺牲太多性能，所以算是给轻节点打了个补丁。

可如果新块的数据不可用，让全节点也无法筛选无效交易了呢？那即便是全节点，也无法发出来欺诈证明。这就是数据可用性需要面对的问题了。

现在以太坊在处理这个问题的时候，仍然是让自己来验证，可众所周知以太坊这条“贵族链”备受诟病，于是DataAvailabilitySampling(DAS)出现了，它能把一个新块里的数据切分出若干样本，通过抽样，实现了数据可用性。

这样做的好处首先是解决了扩容问题。有了DAS，每次做数据可用性耗费的性能差不多，和区块本身的大小也没有关系，就和早年间的BT下载一样，Celestia甚至声称它的节点性能只要做到手机即可支持的程度就可以。如此一来，数据可用性问题就变成了一个只需要“无脑”增加节点就能解决的问题。打个比方，我是一个游泳爱好者，如果在游泳时拼命增加划水频率，会导致换气频率一起增加，到头来换气的阻力刚好抵消了划水的推力，我累得不行，却没能游的更快，区块链扩容也是一个类似的系统问题，单一调整其中一个变量，会按下葫芦起来瓢，妄想解决问题。除非能把系统分解开，就像Celestia所做的工作。

由于Celestia的节点既不运行智能合约，也不去验证区块内的数据，它只负责做数据可用证明。所以Celestia的形态就像是一个插件，即插即用，可以和现有的各种Rollup方案结合，让Layer2安心做好执行层。

Celestia是如何和Rollup们合作的

Celestia把Rollup分成了自己原生的，和以太坊原生的。前者非常简单，Rollup可以直接和Celestia打交道，先上传数据，然后让Celestia查看数据可用性，最后Rollup在看到新状态之后再去自己做验证，整个过程里Celestia可以说十分清闲，它甚至连Rollup上传的数据代表了什么都不知道，而Rollup找它来做数据可用性，也只是因为它更便宜，性能压榨地够狠。

而在以太坊当中，情况就复杂了一些，首先以太坊目前还没有分片和DAS，但Rollup们即便承受不住链上处理成本，也可以转战链下，让业内名气最大的第三方审计机构做数据可用性，这成本甚至可以低到忽略不计。事实上，ZK2.0已经在这么做了，StarkEx和Plasma这类更不用提。当然在Celestia看来，链下验证毕竟是中心化的，不能排除作恶的可能。可即便是这些机构作恶，这些链下验证者能做的也仅仅是把交易冻结住一段时间。

ZK2.0的计划是为用户提供更多选择，如果用户能忍受高成本，就是还是把数据可用性放到以太坊上做，如果用户能接受交易在最坏情况下被冻结的假设，那ZK2.0可以给一个超低gas出来。

而用户如果对这两个方案都不满意，Celestia就该闪亮登场了，它能作为一个插件，插到以太坊自己的验证器中，以太坊可以用Celestia发布的签名和默克尔树确认某个特定Rollup的数据已经在Celestia上可以用了，然后这个Rollup就可以从以太坊上读到自己的状态，接着做执行去。这样一来，数据可用性仍然是在以太坊上完成的，但Rollup却不必将与交易相关的完整数据上传到以太坊，同样可以实现极低成本。

尽管以太坊还不支持链下数据验证，但Celestia通过以太坊的Validium，还是能做到更低的成本，和更好的安全性。

关于未来会出现的结算层，以及它的竞争者Layer3

Celestia本身是采用Cosmos的SDK开发的，这项开发工具虽然具有天然跨链的属性，却也天然不能兼容任意种类的Rollup。另外得益于Cosmos的极简“哲学”，其生态中的应用需要独自对自己的安全性负责。于是Celestia迎来的第一个挑战，也是第一项用例，就是帮助Cosmos生态同时解决以上两个问题。

于是乎，Celestia终于迎来了与Cosmos以及Evmos合作的机会，它们将合作打造一个Cevmos环境，在这个环境中，所有应用是有选择自己执行环境的能力的，也就是“逃离”CosmosSDK，同时Celestia自己也在寻找更好的默认执行环境，比如ArbitrumVM。

另外Cevmos还能解决一个在以太坊上有些难缠的问题，就是以太坊上的Rollup要和其它应用竞争，导致Rollup的成本价并不那么优秀。而Cevmos就相当于Celestia的L1，替Celestia挡住一些和它无关的业务，把Rollup传过来的数据再Rollup一遍，并且只允许Rollup的智能合约，以及不同Rollup之间的一些简单交互存在。Polynya曾经质疑过这种受限的L1，但据Celestia创始人解释，L1受限并不会导致L2受限，依然可以运行dAMM或是DeFiPooling。由于每一个为Rollup服务的层都可以是单独的一条链，Celestia在这个场景下可以提供由安全层提供的服务，结合Cevmos也就是人们所说的结算层了。Cermos作为L1的Rollup，被称为结算Rollup。由于Cevmos和Celestia的天然信任关系，日后这个层也可以朝隐私方向发展。

现在看起来是不是很像Rollup套娃，像Layer3？然而自称Layer3的另有其人，大家有兴趣可以关注一下StarkNet，以及它在隐私方面计划开发的Layer4，PANews会在之后的文章中再介绍。

最后来总结一下Celestia的优势：

可扩展性——通过将执行层与安全层和数据可用性解耦，Celestia让数据可用的扩容变得非常简单，从一个系统问题，变成了简单的加减法。性能不够了？加机器。

简洁——Celestia毕竟只是一个插件，功能简单且足够接近底层。就像云服务一样，人人都能用得到，人人所获得的的服务也都差不多。这点上Celestia配得上所有web3.0基础设施的榜样。

共享安全性——对于应用来说，大家现在有一个现成的安全层和数据可用层了，而且能跨链，能兼容EVM，还比那些链下委员会更安全。

自主性——原先被部署在以太坊或者其它公链上的应用，是没有独立选择硬分叉的能力的，每一次迭代都要跟着大环境走。因为这些应用要依赖L1做数据可用性和验证，所以要在以太坊上做智能合约桥。但Celestia这种扩容方式，虽然能确认数据可用性，却还是让Rollup自己做验证，智能合约就没必要在部署到L1上了。你可以理解成这是Cosmos和以太坊的优点集成，安全又自由。

模块化是我去年看到最激动人心的叙事，Celestia的测试网预计今年上半年上线，主网下半年，目前还没有一个有力的竞争对手。对公链功能的拆解不是一种哲学情怀，而是计算机发展的必要环节，模块化是将优秀应用从公链束缚中解救出来的必经之路。比起“改变公链叙事”的说法，我认为这更像是对公链叙事的延续，它们也许不像过去那么重要了，但它们所缔造的未来会变得更加精彩。

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