為什麼 Web3 需要獨立的數據可用性層

撰文：康水躍，Fox Tech CEO

當數據經濟發展到一定程度，人們都廣泛並深度的參與其中，每個人都不可避免地參與不同數據存儲的活動中。除此之外，隨着 Web3 時代的到來，大部分科技領域都會在這幾年慢慢開始升級或轉型，而去中心化存儲作為 Web3 的重要基礎設施，未來將會落地更多的應用場景。比如我們熟知社交數據、短視頻、直播、智能汽車等等他們背後的數據存儲網絡，也將會在未來採用去中心化存儲的模式。

數據是 Web3 時代的核心資產，用戶擁有數據是 Web3 的主要特徵。讓用戶安全的擁有數據以及數據所代表的資產，打消普通用戶對於資產安全性的各種擔憂，有助於引導下一個 10 億用戶進入 Web。獨立的數據可用性層將是 Web3 不可缺少的一個環節。

從去中心化存儲到數據可用性層

過去數據都是通過傳統的中心化方式進行雲存儲，數據通常被完整地存儲在中心化的服務器上。亞馬遜網絡服務（AWS）是雲存儲的鼻祖，也是目前全球最大的雲存儲提供商。隨着時間的推移，用戶對於個人信息安全以及數據存儲的需求不斷提高，尤其是一些大型數據運營商發生數據泄露之後，中心化存儲的弊端開始逐漸顯現，傳統的存儲方式已經不能夠滿足當下市場的需求。再加上 Web3 時代的不斷推進，區塊鏈應用的展開，數據也變得多樣化，數據規模也不斷增長，個人網絡數據的維度更加全面，也更具價值，使得數據安全和數據隱私變得更加重要，對於數據存儲的要求也開始不斷上升。

去中心化數據存儲應運而生。去中心化存儲是 Web3 領域最早出現也是受關注度最高的基礎設施之一，最早的方案是 2017 年上線的 Filecoin。相比 AWS，去中心化和中心化有着本質的區別。AWS 建立和維護了自己的由多台服務器組成的數據中心，需要購買存儲服務的用戶可以直接向 AWS 付費。而去中心化存儲則遵循共享經濟，利用海量邊緣存儲設備提供存儲服務，數據實際上存儲在 Provider 節點提供的存儲上。因此，去中心化存儲項目方無法控制這些數據。去中心化存儲和 AWS 最本質的區別就是用戶是否可以控制自己的數據。在這樣一個沒有中心化控制的系統中，數據的安全係數是很高的。

去中心化存儲主要是通過分佈式存儲將文件或者文件集分片存儲在存儲空間上的存儲商業模式。去中心化存儲之所以重要，是因為它解決了 Web2 中心化雲存儲的種種痛點，更加順應大數據時代發展的需求，能以更低成本，更高效率地存儲非結構化的邊緣數據，賦能各項新興技術。因此，去中心化存儲也可以說是 Web3 發展的基石。

目前常見的去中心化存儲項目有兩種，一種是以出塊為目的，用存儲來挖礦，這種模式帶來的問題是在鏈上進行的存儲和下載會拖慢實際的使用速度，下載一張照片需要幾個小時的事時常會發生。另一種是採用一個或幾個節點作為中心化節點，通過中心化節點的驗證后，才能進行存儲和下載，一旦中心化節點被攻擊或者損壞，也會造成存儲數據的丟失等。

相比於第一種項目，MEMO 的存儲分層機制很好地解決了存儲下載速度問題，使得存儲下載速度能達到秒數級。相比於第二種項目，MEMO 採用 Keeper 的角色，對驗證節點進行隨機選擇，避免了中心化的出現，同時保證了安全性。而且，MEMO 獨創了 RAFI 技術，該技術能夠讓修復能力得到數倍提高，讓存儲的安全性、可靠性和可用性都大大提升。

數據可用性 DA（Data Availability）本質上就是輕節點在不參與共識的情況下，不需要存儲全部數據，也不需要及時的維護全網的狀態。對於這種節點，需要高效的方式確保數據可用性和準確。因為區塊鏈的核心在於數據的不可更改。區塊鏈能夠保證數據在全網的數據是一致的。共識節點為了保證性能，會有更為中心化的趨勢。其他節點需要通過 DA 獲得經過共識確認的可用數據。獨立的數據可用性層有效杜絕了單點故障問題，最大化保障了數據安全。

此外，如 zkRollup 這樣的 Layer2 擴容方案也需要使用數據可用性層。作為執行層的 Layer2 藉助了 Layer1 作為共識層，除了將批量交易的結果狀態更新到 Layer1 上，也需要確保原始交易數據的可用性，以保證在沒有證明者願意生成證明的時后，仍然可以恢復 Layer2 網絡的狀態，避免用戶資產被鎖定在 Layer2 的極端情況。但是如果直接將原始數據存放於 Layer1，有違區塊鏈網絡模塊化下 Layer1 作為共識層的職能，因此，將數據存放於專屬的數據可用性層，而只將對這些數據計算的 Merkel 根記錄於共識層中是更合理的設計，也是更長遠必然的趨勢。

圖 1 為 Fox Tech 設計的通用 Layer2 獨立數據可用層模型。

圖 1: 通用 Layer2 獨立數據可用層模型

獨立數據可用性層分析之 Celestia

一個獨立的數據可用層是一條公鏈，優於由一群有主觀意識的人們組成的可用性委員會，如果竊取了足夠的委員會成員的私鑰（Ronin Bridge 和 Harmony Horizon Bridge 都發生過），使得鏈下數據可用性不可用，那麼可以威脅用戶——只有他們支付足夠的贖金才能從 Layer2 提款。

既然鏈下的數據可用性委員會並非足夠安全，那麼如果引入區塊鏈作為信任主體來保證鏈下數據可用性呢？

Celestia 所做的就是使數據可用性層更加去中心化——相當於提供了獨立的 DA 公鏈，擁有一系列的驗證節點、區塊生產者和共識機制，以此提升安全等級。

Layer 2 把交易數據發布到 Celestia 主鏈，由 Celestia 的驗證人對 DA Attestation 的 Merkle Root 進行簽名，併發送給以太坊主鏈上的 DA Bridge Contract 進行驗證並存儲。這樣實際上用 DA Attestation 的 Merkle Root 代替證明了所有的數據可用性，以太坊主鏈上的 DA Bridge Contract 只需要驗證並存儲這個 Merkle Root，開銷得到了極大的降低。

Celestia 的欺詐證明是樂觀證明，只要這個網絡沒有人出錯，效率是非常高的。沒有出錯的話，我不會有欺詐證明。輕節點不需要做任何事情，只要收到數據，按照編碼進行恢復，整個流程不出問題的情況下，樂觀證明還是非常高效的。

獨立數據可用性層分析之 MEMO

MEMO 是一個通過算法特性聚合全球邊緣存儲設備打造的新一代高容量、高可用性的企業級存儲網絡，團隊成立於 2017 年 9 月，主要研究去中心化存儲領域。MEMO 是基於區塊鏈點對點技術的高安全、高可靠的大規模分散式數據存儲協議，可以實現大規模的數據存儲。與一對多的中心化存儲不同，MEMO 可以實現去數據中心，多對多的存儲操作。在 MEMO 的主鏈中，主要保存着用來約束所有節點的智能合約，存儲數據的上傳、存儲節點的匹配、系統正常的運轉、懲罰機制的運作等一系列關鍵性的操作，全都受到智能合約的控制。

技術方面，在現有分散式存儲系統中，以 Filecoin、Arweave、Storj 等為代表，他們讓所有計算機用戶都可以連接和出租他們未使用的硬盤空間，以獲得一定的費用或代幣。雖然都是去中心化存儲，但都各具特點，MEMO 的不同之處在於利用糾刪碼和數據修復技術改善了存儲功能，讓數據更安全，讓存儲與下載變得更高效。因為，打造一個更純粹實用的分散式存儲系統是 MEMO 的終極目標。

MEMO 在增強了存儲易用性的同時優化了 Provider 的激勵機制。除了 User 和 Provider 角色外，還引入了 Keeper 來防止節點被惡意攻擊。該系統通過多個角色相互制約來維持經濟平衡，能夠支持高容量、高可用性的企業級商業存儲用途，可為 NFT、GameFi、DeFi、SocialFi 等提供安全可靠的雲存儲服務，併兼容 WEB2，是區塊鏈與雲存儲完美融合的產物。