Введение

С быстрым развитием технологии блокчейн монолитные блокчейны сталкиваются с серьезными проблемами масштабируемости и совместимости. Ведущие платформы, такие как Ethereum, испытывают стремительный рост комиссий за транзакции в периоды высокого пользовательского спроса, что значительно затрудняет внедрение децентрализованных приложений. Для решения этих проблем разработчики постоянно ищут инновационные решения, и появление Avail предлагает новое направление для решения этих проблем. После обновления Канкуна транзакционные издержки в экосистеме Ethereum значительно снизились, а модульная технология стала ключевым нарративом в развитии блокчейна. В первой половине года модульные блокчейны, такие как Celestia и EigenDA, возглавили тенденцию, а 23 июля Avail сделала большой шаг вперед в модульной области, запустив основную сеть Avail DA.

Как один из основных проектов в модульных блокчейнах, Avail, EigenDA и Celestia обслуживают схожие области. Однако каждый из них имеет свои уникальные характеристики в терминах инфраструктуры, моделей выполнения и дизайна экономических токенов.

Команда

Avail взял начало от Polygon и стал независимой, нейтральной организацией в 2023 году. До того, как доступность данных (DA) стала центральной темой в индустрии, Анураг Арджун сотрудничал с другими для разработки цепочки Plasma, с целью решения проблем масштабируемости Ethereum. Несмотря на то, что эта цепочка помогла Polygon сгенерировать 19 миллиардов долларов дохода, в конечном итоге она не стала идеальным решением масштабирования. В ходе этого процесса Анураг понял, что все блокчейны в конечном итоге столкнутся с той же проблемой — доступность данных. Приблизительно 80% затрат на транзакции Rollup связаны с DA, что побудило его задуматься о создании экономически эффективного уровня DA, который мог бы решить проблемы масштабируемости для нескольких блокчейнов.

Эта идея не была уникальной для Анурага; многие проекты блокчейна уровня 1 (L1) также пытались позиционировать себя как уровни DA. Например, Ethereum исследует решения DA через подход Rollup, в то время как другие проекты L1 инновируют в этом пространстве. Анураг считает, что блокчейн уровня 1, специально разработанный для DA, предлагает определенные преимущества.

Во время работы в Matic Анураг встретился с Прабал Банерджи, нынешним сооснователем Avail, который занимался докторскими исследованиями в области криптографии и безопасности. Позднее Прабал присоединился к команде в качестве исследователя, и вместе они посвятили себя созданию масштабируемого слоя DA. С появлением технологии нулевых доказательств (ZK) они объединили блокчейн-дизайны на основе доказательств правильности. Используя опыт Анурага в создании миллиардных протоколов на Polygon, они продвинули разработку решений для решения проблем доступности данных.

От монолитного к модульному

Источник: Доступная официальная документация

Поскольку конкуренция за основные вычислительные ресурсы усиливается, монолитная архитектура Ethereum, которая обрабатывает выполнение, расчет, упорядочение и доступность данных (DA) на одной цепи, все чаще показывает свои ограничения, особенно в плане масштабируемости. Это побудило отрасль пересмотреть монолитную модель и исследовать новые решения.

Роллапы представили модульную архитектуру, переместив выполнение за пределы блокчейна, что уменьшило перегрузку в сетях уровня 1 (L1), снизило транзакционные издержки для пользователей и повысило пропускную способность транзакций. Хотя эта архитектура значительно повысила эффективность ончейна, ограниченное пространство блока Ethereum остается узким местом, и по мере роста спроса эта проблема может снова всплыть. В настоящее время децентрализованные приложения (Dapps) полагаются на L1 для передачи данных и расчетов, в то время как Rollups используют L1 для управления этими процессами. Несмотря на то, что накопительные пакеты оптимизировали использование блочного пространства, само блочное пространство остается дефицитным ресурсом.

Анализ транзакций L1 Ethereum Rollups показывает, что расходы DA составляют 90% расходов Rollup, что делает его крупнейшим источником расходов. Большая часть этого расхода приходится на оплату сборов L1 за публикацию данных транзакций.

Подобно тому, как Rollups выгружают выполнение вне цепи, архитектура Avail позволяет переместить доступность данных на специальный уровень. Avail предоставляет разработчикам гибкий, удобный и безопасный уровень DA, который решает проблемы масштабируемости, управления и децентрализации.

Модульная архитектура Avail

Avail стремится ускорить объединение Web3, используя свой модульный технологический стек, который интегрирует доступность данных, агрегацию и общую безопасность. Rollups, использующие Avail для публикации данных оффчейн-транзакций, будут формировать системы, подобные Validium (для Optimistic Rollups это называется Optimium). Validiums и Sovereign Rollups могут полагаться на Avail для доступности данных с низким уровнем доверия и организации сервисов.

Здесь представлен обзор того, как Avail поддерживает Validiums и Sovereign Rollups:

1. Отправка транзакции: Как и большинство существующих Rollup, данные транзакции пакетируются, и корень состояния отправляется в Avail DA (Data Availability). Каждая пакетированная транзакция связана с уникальным идентификатором приложения, чтобы представлять происхождение Rollup.
2. Расширение данных и кодирование стирания: Транзакции, отправленные в Avail DA, проходят кодирование стирания. Блок данных разбивается на n исходных фрагментов и расширяется до 2n фрагментов. Любые n фрагментов из набора 2n могут быть использованы для восстановления исходных данных, обеспечивая избыточность и устойчивость к сбоям.
3. Создание обязательства: Avail DA применяет KZG полиномиальные обязательства к избыточным данным, обеспечивая их целостность с помощью криптографических доказательств. Эти обязательства гарантируют, что сохраненные данные точны и защищены от вмешательства.
4. Распространение блока: Валидаторы получают блоки, содержащие обязательства KZG, и восстанавливают их, чтобы проверить их точность. Дальнейшее принятие блока зависит от консенсуса.
5. Сеть легких клиентов: Легкие клиенты используют выборочную доступность данных (DAS), чтобы проверить целостность блочных данных. Это делается путем выполнения проверки открытия полиномиального KZG на обязательства заголовков блоков, что устраняет необходимость восстановления полного обязательства KZG или полагаться на доказательства мошенничества.
6. Проверка доказательства: Легкие клиенты выполняют проверку доказательства, используя доказательства на уровне ячейки, сгенерированные из матрицы данных. Это гарантирует, что данные доступны и правильны без необходимости загрузки или проверки полного блока клиентом.

Поскольку Avail использует доказательства действительности, а не доказательства мошенничества, легкие клиенты могут немедленно проверить доступность и правильность данных после завершения состояния. Сеть легких клиентов также обеспечивает высокую доступность данных за счет выборки доступности данных. По мере присоединения большего количества легких клиентов улучшается возможность выборки, что позволяет сети поддерживать более крупные блоки. Эти легкие клиенты могут работать даже на ноутбуках или мобильных устройствах, повышая эффективность сети.

Источник: Доступная официальная документация

Технические особенности

Применение легкого клиента

В настоящее время многие блокчейн-приложения полагаются на посредников для обслуживания полных узлов, при этом пользователи взаимодействуют опосредованно через этих посредников, а не напрямую подключаются к блокчейну. Из-за отсутствия гарантированной доступности данных легкие клиенты пока не стали идеальной альтернативой традиционным архитектурам. Avail решает эту проблему, позволяя приложениям напрямую взаимодействовать с сетью блокчейн, не полагаясь на посредников.

Хотя Avail поддерживает работу полных узлов, большинству приложений не нужно запускать полные узлы или требуется только минимальное количество узлов для безупречной работы. Это значительно снижает требования к ресурсам для участия в сети блокчейна и повышает децентрализацию, позволяя большему числу участников взаимодействовать с цепочкой напрямую через легкую инфраструктуру.

Выборка доступности данных (DAS)

Подобно традиционным легким клиентам, легкие клиенты Avail должны загружать только данные заголовка блока. Кроме того, они выполняют случайную выборку частей блочных данных для проверки их доступности через выборочную проверку доступности данных (DAS). Сочетая кодирование стирания с многочленными обязательствами KZG, легкие клиенты могут обеспечить почти 100% доступность данных без использования доказательств мошенничества, требуя только небольшое и фиксированное количество запросов.

Кодирование с использованием избыточности и доступность данных

Кодирование стирания работает путем разделения данных на фрагменты, восстанавливая исходное содержимое даже в случае потери некоторых частей данных. В блокчейн-приложениях даже если злоумышленники пытаются скрыть части данных, система все равно может восстановить их из других фрагментов. Этот механизм значительно повышает надежность выборки доступности данных и дополнительно укрепляет устойчивость системы к вмешательству в данные.

Обязательства KZG

Обязательства KZG, разработанные Аникетом Кейтом, Грегори М. Заверухой и Иэном Голдбергом в 2010 году, представляют собой эффективный метод обязательств полинома, который в последние годы получил широкое распространение в системах доказательства нулевого разглашения. В архитектуре Avail обязательства KZG предлагают следующие преимущества:

• Они позволяют краткое фиксирование значений, записанных в заголовке блока.
• Легкие клиенты могут проверить доступность данных через эти обязательства.
• Криптографические свойства обязательств KZG делают практически невозможным создание ложных обязательств, что значительно снижает потребность в доказательствах мошенничества.

Единый уровень Avail

Avail строит «Единый уровень», комплексный технологический стек, начиная с фундаментального слоя доступности данных (DA), унифицированного слоя Nexus и дополнительного слоя безопасности под названием Fusion. С помощью масштабируемого слоя доступности данных Avail стремится поддерживать всю экосистему Web3. Используя доказательства достоверности на основе коммитментов полиномов KZG, Avail обеспечивает мгновенную и надежную доступность данных, позволяя роллапам расти, взаимодействовать, поддерживать безопасность и адаптироваться.

Доступно DA

Источник: Доступная официальная документация

Avail DA - это базовая архитектура, специально оптимизированная для обеспечения доступности данных. Она использует алгоритмы согласования GRANDPA и BABE, что отличает ее от других уровней доступности данных. Этот дизайн обеспечивает высокую масштабируемость Avail DA, гарантируя надежные гарантии данных по низкой стоимости через выборки доступности данных (DAS) и доказательства действительности.

В основе Avail DA лежит приоритизация и публикация транзакций, позволяющая пользователям проверять доступность блочных данных без загрузки всего блока. Одной из ключевых особенностей Avail DA является его агностичность к данным. Он поддерживает различные среды выполнения, включая EVM, WASM и настраиваемые новые среды выполнения, обеспечивая гибкую основу для широкого спектра блокчейн-приложений.

Доступный Нексус

Источник: Доступная официальная документация

Avail Nexus, второй столп экосистемы Avail, является разрешенной фреймворком, разработанным для объединения экосистемы Web3. Он соединяет как внутренние, так и внешние блокчейны, используя Avail DA в качестве надежного фундамента и действуя как валидационный хаб. Nexus интегрирует систему ZK-coordinated Rollup, которая объединяет агрегацию доказательств, слой верификации, механизм выбора последователя и систему аукциона слотов. Nexus периодически отправляет собранные доказательства на Ethereum и слой Avail DA для верификации, обеспечивая надежность межцепных операций.

Аванс Фьюжн

Источник: Доступная официальная документация

Avail Fusion, третий столп, обеспечивает дополнительную безопасность для экосистемы Avail и более широкого пространства Web3. Основная концепция Fusion заключается в том, что унифицированная система требует унифицированной безопасности на экономическом уровне. Fusion Security улучшает согласованность Avail, используя родные активы из установленных экосистем, таких как BTC и ETH, обеспечивая безопасность согласованности Avail. Это является первой попыткой использовать внешние токены для достижения согласия между блокчейнами.

Fusion поддерживает два типа стейкинга активов: установленные криптовалюты и новые токены Rollup. В настоящее время в прототип Fusion включены два модуля стейкинга: один работает на блокчейне Avail, а другой предназначен для стейкинга конвертации активов. Важно отметить, что первый публичный прототип Avail Fusion все еще находится в разработке.

Типы узлов в Avail

Хотя архитектура Avail отличается от традиционных монолитных блокчейнов, она все равно поддерживает различные типы узлов, включая полные узлы, легкие клиенты, архивные узлы и узлы валидаторов.

• Полные узлы: Полные узлы отвечают за загрузку и проверку правильности блоков, но не участвуют в процессе консенсуса. Хотя полные узлы обеспечивают дополнительную избыточность и устойчивость системы, они не являются необходимыми для функциональности сети.
• Узел валидатора: Узлы-валидаторы имеют решающее значение в генерации блоков, определении того, какие транзакции включать, и поддержании порядка. Эти узлы помогают сети достигать консенсуса.
• Легкий клиент: Легкие клиенты позволяют пользователям взаимодействовать с уровнем доступности данных (DA) Avail, не запуская полный узел и не полагаясь на удаленные одноранговые узлы. Они достигают этого, выполняя выборку доступности данных (DAS) для каждого вновь созданного блока, обеспечивая доступность данных без загрузки всего блока.
• Узел RPC: Узлы RPC предоставляют API для удаленного взаимодействия, действуя в качестве шлюза для разработчиков и внешних пользователей для взаимодействия с сетью Avail.

Легкие клиенты мониторят подтвержденные блоки в сети Avail и выполняют DAS на предопределенных единицах данных в каждом новом блоке. После успешной проверки система рассчитывает достоверность подмножества единиц данных в блоке на основе уровня уверенности, требуемого пользователем.

Экономическая модель

Распределение токенов

С запуском Avail DA mainnet команда раздала токены AVAIL подходящим пользователям с общим количеством в 10 миллиардов токенов. Распределение выглядит следующим образом:

• 6% для раздач и публичного выделения
• 30% на развитие экосистемы
• 23.88% для сообщества и исследований
• 14,12% выделено на инвесторов
• 20% выделено основным участникам

Источник: Доступная официальная документация

Стейкинг

Токен AVAIL выполняет несколько функций, включая управление экосистемой и жидкую стейкинг. Хотя официальная система управления еще не была полностью описана, любой желающий может ставить AVAIL на инфраструктуру Avail, чтобы зарабатывать стейкинговые вознаграждения.

Для стейкинга Avail использует механизм согласования Nominated Proof-of-Stake (NPoS), унаследованный от экосистемы Substrate. Стейкинг играет критическую роль в этой системе, поскольку пользователи ставят токены AVAIL для улучшения безопасности сети и заработка наград. Чем больше токенов ставится, тем безопаснее становится сеть, поскольку стоимость атаки на сеть увеличивается с увеличением количества ставок.

Приложения для стейкинга включают:

• Доступно стейкинг DA: Пользователи могут ставить токены AVAIL на валидаторов или пулы номинаций для обеспечения безопасности сети и поддержки различных приложений, таких как игры Web3 и платформы DeFi. Стейкеры получают вознаграждение за свой вклад.
• Доступное стекирование Nexus: Для участия в подаче и упорядочивании транзакций требуется размещение токенов AVAIL. Высокопроизводительные последователи получают вознаграждение, а неэффективные подвергаются наказанию.
• Стейкинг Fusion: Помимо токенов AVAIL, пользователи могут стейкать другие ведущие криптоактивы, такие как BTC и ETH, чтобы повысить безопасность сети, а стейкеры получают вознаграждение.

Важно отметить, что пользователи, желающие открепить свои токены, должны пройти 28-дневный период разблокировки, в течение которого их токены AVAIL не могут быть использованы или переданы.

Вызовы

Риск соревнования Rollup

Рост Avail может быть ограничен крупными универсальными роллапсами, которые имеют установленные экосистемы и внутренние решения взаимодействия. Эти роллапсы в конечном итоге могут перестать полагаться на внешние системы взаимодействия, что может уменьшить ценность Avail Nexus. Однако всплеск приложений с определенной спецификой и высокая степень фрагментации, с которыми сталкиваются пользователи, делают этот сценарий менее вероятным.

Конкуренция в DA Solutions

Благодаря множеству решений для обеспечения доступности данных (DA), таким как Celestia и EigenDA, а также готовящемуся к выпуску EIP-4844 от Ethereum, который вводит «большие двоичные объекты» в качестве варианта публикации данных, конкуренция на уровне DA усиливается. Чувствительность роллапов к затратам на публикацию данных и жесткая конкуренция между решениями DA могут заставить их отдавать предпочтение устоявшимся системам DA или полагаться на нативную доступность данных Ethereum, особенно после внедрения полного данкшардинга. Это потенциально может повлиять на внедрение решения DA от Avail.

Общий риск безопасности

Общая модель безопасности, предоставляемая Avail Fusion, основана на размещении нескольких активов вместе с токеном AVAIL, что может вызвать опасения у пользователей по поводу безопасности этих различных активов. Некоторые разработчики могут предпочесть получать безопасность от одного, хорошо зарекомендовавшего себя актива, такого как ETH или BTC, а не зависеть от нескольких токенов. Кроме того, разработчики могут перейти на решения DA с более высокой экономической безопасностью, если Avail Fusion не сможет обеспечить достаточную безопасность.

Конкуренция от экосистемы услуг, приносящих дополнительную стоимость

Другие продукты по перестановке или общей безопасности могут развивать экосистемы услуг со значительным добавленным значением в соответствии с rollups. Например, EigenLayer может предлагать децентрализованные услуги последовательности, доступности данных и быстрой завершаемости, что делает его более конкурентоспособным. Эти дополнительные функции могут привлечь разработчиков, ищущих более полное и безопасное решение.