长期以来，以太坊一直面临一个根本障碍：区块链三难困境。安全性、去中心化和可扩展性之间的权衡迫使开发人员以牺牲第三者为代价来考虑其中两个。但是，在解决可扩展性问题时，一个经常被忽视的问题是数据可用性。
区块链中的数据可用性确保每个生成的区块中包含的交易数据可供网络中的每个节点访问。这实质上维护了区块链的完整性和信任度，使每个人都可以独立验证交易的有效性——因此有句俗语叫“不要信任，要验证”。
然而，保证数据可用性本身也存在一系列问题。
什么是数据可用性？
数据可用性是指保证验证区块链中区块所需的数据实际上可供所有网络参与者使用。
这一概念对于区块链的正常运转至关重要，因为它允许任何参与者全面验证区块链的历史和当前状态，从而维持网络的去中心化和无需信任的特性。
如果无法保证数据可用性，参与者就无法独立验证交易和区块的合法性，这可能导致网络内出现欺诈或审查等问题。
数据可用性的重要性
确保无需信任：数据可用性使网络参与者能够独立验证区块链的数据集。
促进去中心化：平等访问完整的分类账数据可防止控制集中化，确保没有任何单一实体可以主宰网络。
提高安全性：由于区块链数据随时可用，节点网络可以检测并纠正不一致的记录。
此外，随着网络和数据量的增长，数据可用性可能成为可扩展性的瓶颈。
诸如汇总之类的扩展解决方案通过从主网卸载处理开销来解决此问题，但这再次强调了数据可用性的重要性。
汇总中的数据可用性
Optimistic和ZK-rollups等 Rollup 扩容解决方案通过在链下处理交易并在主网上分批发布多个交易来减轻以太坊的交易负担。
这会增加以太坊的吞吐量并减少gas，但需要汇总来保证数据可用性，以确保链下处理的正确性。
乐观汇总通过在以太坊主网上发布压缩交易数据（CALLDATA）来确保数据可用性。验证者在挑战窗口期间使用此数据通过防欺诈来验证或挑战交易。
另一方面，零知识汇总使用加密零知识有效性证明来保证状态交易的正确性。虽然该证明确保了状态更新的有效性，但 zk-rollups 不会发布所有交易数据。因此，它仍然需要保证数据的可用性。
有关区块链数据可用性的问题
以下是有关区块链数据可用性的一些关键问题：
吞吐量
单片区块链中的完整节点需要下载并存储完整的区块数据，这会降低吞吐量，限制区块链规模扩大后的可扩展性。这会导致去中心化应用程序性能缓慢，较长的确认时间和高昂的 gas 费用会造成糟糕的用户体验。
存储成本
满足链上数据可用性的存储要求可能非常昂贵，而依赖链下存储又会增加维护数据完整性和安全性的成本。这会给开发者和用户带来经济负担。
不信任
数据可用性对于维护区块链系统的信任至关重要。如果区块生产者或排序器（用于汇总）隐藏交易数据，则可能会损害区块链的透明度和可靠性。
这可能使系统容易受到扣留攻击和欺诈交易，并破坏其整体安全性。
探索数据可用性解决方案
数据可用性解决方案有两种方法：区块链级别或链上解决方案和链下数据可用性解决方案。下面让我们讨论一下：
区块链层面的解决方案
区块链级别的解决方案通过修改链上数据存储来解决全节点存储的限制——去中心化、可扩展，从而提高效率。
数据可用性抽样（DAS）
数据可用性抽样要求每个节点下载随机选择的块数据子集，以确认其可用性，或者在任何数据缺失时提醒其他节点。
好处：通过减少每个节点需要下载的数据量，DAS 显著提高了可扩展性，并能够在同一时间段内处理更多交易。
缺点：DAS 方法不能保证所有数据始终可访问，并且容易受到数据扣留攻击。当区块生产者或排序器未发布他们应该包含在区块中的所有交易数据时，就会发生这种情况。
为了防止这种情况，DAS 采用了数据擦除编码。
擦除编码：这涉及以某种方式向数据添加冗余信息，如果某些原始数据丢失，则可以使用这些额外信息进行重建。
以太坊可扩展性路线图计划在EIP-4844升级后实施 DAS 。这种组合方法旨在通过实现高效的数据验证和减少单个节点的存储需求来显著提高网络容量。
B）链下数据可用性解决方案
这些减少了节点消耗的存储空间，将块数据存储在可信的链下存储解决方案中。
数据可用性委员会 (DAC)
数据可用性委员会是一组可信节点或实体，它们将数据存储在链下并按要求提供数据。这样，在交易处理期间，区块生产者和排序器会将状态转换直接发布给 DAC，然后 DAC 会证明承诺的数据可用性。
好处：
这提高了以太坊的可扩展性并降低了集中化风险，从而保证了用户的数据可用性。
DAC 通常具有一组有限的许可实体，这使得它们更易于实施且具有成本效益。
Starkware 的StarkEx是一个 Validium，它依靠经过许可的 DAC 来确保数据可用性。它处理交易并生成有效性证明，将交易数据发送到 DAC。委员会成员提供证明，作为数据可用性的证明，并与以太坊上的 zk-rollup 证明一起进行验证。
其他一些 DAC 解决方案包括Arbitrum Nova和Immutable X。
数据可用性协议
数据可用性协议是无需许可的网络，可提供链下存储解决方案，而无需依赖受信任的第三方。它们类似于 DAC，但这些协议不依赖于许可实体，而是使用权益证明验证器系统。
任何人都可以成为验证者或数据可用性管理员，并通过向智能合约提交“保证金”（权益代币）将数据存储在链下。如果验证者节点扣留数据或恶意行事，系统会削减其保证金，以保持数据完整性。
好处：
与许可的 DAC 相比，这些协议提供了更加分散和安全的环境。
链下存储减少了以太坊主网的负载，从而可以更快地确认交易并降低 Gas 成本。
更广泛地参与数据可用性协议使其更加可靠，从而降低了恶意攻击或故障的风险。
一些值得注意的数据可用性协议是NEAR、Celestia和Polygon Avail。
数据可用性的未来及其解决方案
毫无疑问，数据可用性是实现高区块链可扩展性的关键要素。它确保存储数据的可访问性，并使所有参与者能够高效、安全地验证交易。
Web3 社区和倡导者正在积极努力克服挑战和最近的进步——数据可用性层和 danksharding，正在为在不牺牲数据完整性的情况下实现更高的可扩展性铺平道路。
