Огляд

13 березня 2024 року Ethereum завершила хардфорк Dencun, офіційно активуючи EIP-4844 (краплі), який забезпечує рішення доступності даних низької вартості для Layer 2 (L2) rollups, піднімаючи масштабованість Ethereum на новий рівень. Однак поточний механізм крапель все ще потребує повних вузлів для повного зберігання даних, обмежуючи масштабованість мережі.

PeerDAS (Peer-to-Peer Data Availability Sampling), як наступний важливий етап оптимізації, спрямований на зменшення навантаження на вузли за допомогою співпраці мережі вузлів (P2P) та вибіркового відбору даних, що покращує ефективність розподілу даних та підвищує пропускну здатність мережі.

Віталік Бутерін запропонував мету у своєму пості Х: запустити тестову мережу Fusaka на наступний день після хардфорка Pectra, підтверджуючи нові параметри крапельок (ціль / ліміт встановлено на 48/72), ложачи основу для розгортання основної мережі PeerDAS.

Джерело: https://x.com/VitalikButerin/status/1895863075527700959

Що таке PeerDAS?

PeerDAS - це рішення для вибіркового забезпечення доступності даних Peer-to-Peer (DAS), спеціально розроблене для масштабованості блокчейну. Його основна мета - дозволити вузлам перевіряти доступність даних без завантаження усіх даних, створюючи фундамент для майбутніх оновлень, таких як Danksharding. Його основні функції включають:

Часткове зберігання: Вузли зберігають лише підмножини даних та перевіряють загальну доступність даних за допомогою вибіркового вибору.

Розподіл P2P: Використовує мережі однорідних для оптимізації розподілу даних, зменшуючи вимоги до пропускної здатності та сховища.

Висока масштабованість: підтримує великі обсяги даних, що робить його відповідним для сценаріїв з великим пропускним здатністю.

Технічні принципи

Реалізація PeerDAS ґрунтується на координації ряду технологій та протоколів. Ось огляд його основних технічних принципів:

1. Фрагментація даних та кодування знищення

Початкові дані (розмір N) розширюються за допомогою кодів стирання (наприклад, кодів Ріда-Соломона), щоб стати k·N (k > 1) та розбиваються на кілька менших фрагментів. Початкові дані все ще можна відновити навіть у випадку, якщо отримано лише частину цих фрагментів (наприклад, m фрагментів, m < k·N). Наприклад, при k=2 втрата 50% даних все ще можлива до відновлення, забезпечуючи високу доступність.

2. Випадкове вибіркове та ймовірнісна перевірка

Вузли випадковим чином вибирають невелику кількість фрагментів даних (зазвичай декілька десятків). Завдяки математичним властивостям кодування стирання, якщо розмір вибірки достатній, повнота даних може бути підтверджена з ймовірністю практично 100%.

Наприклад, якщо вибрано 30 фрагментів даних, і відсоток відсутності становить менше певного порогу (наприклад, 10%), можна зробити висновок про загальну доступність даних.

3. Розподіл та співпраця мережі P2P

Фрагменти даних зберігаються на кількох вузлах та розподіляються за допомогою протоколів P2P (наприклад, gossipsub libp2p). Кожен вузол зберігає лише частину даних та надає доступ до інших вузлів, уникнення одинарних точок відмови та покращення ефективності розподілу.

4. Механізм стимулювання

Для поощрения чесного зберігання та обміну PeerDAS може стимулювати вузли через винагороду за ставки (таку як частина комісій за газ Ethereum). Злоякісна поведінка (наприклад, сховання даних) може призвести до штрафів за відкриття ставки, забезпечуючи стабільність системи.

Джерело: https://medium.com/gaudiy-web3-lab/3ace46a3a9af

Застосування в Ethereum

PeerDAS вперше був запропонований і широко обговорювався в екосистемі Ethereum, особливо в контексті дизайну «Шардингу» та «Шару доступності даних» Ethereum. У майбутній дорожній карті Ethereum (наприклад, EIP-4844 і подальші оновлення) планується впровадження DAS для підвищення пропускної здатності мережі при збереженні децентралізації.

У реалізації PeerDAS у Ethereum використовується вибіркове забезпечення доступу до даних для підтримки зберігання даних та перевірки для Rollups. Наприклад:

Підтримка EIP-4844
EIP-4844 вводить тип даних blob для зберігання тимчасових даних, наданих Rollups. PeerDAS оптимізує розподіл та верифікацію даних blob, дозволяючи легким клієнтам брати участь, завантажуючи лише невелику вибірку.

Зменшення навантаження вузла
Традиційні повні вузли повинні зберігати всі дані, тоді як PeerDAS дозволяє легким клієнтам ефективно перевіряти дані ефективно, значно знижуючи вимоги до апаратного забезпечення (наприклад, зменшуючи обсяг зберігання з ГБ до МБ) і підвищуючи децентралізацію.

Підвищення продуктивності Rollup
PeerDAS дозволяє Rollups надсилати більше даних on-chain, збільшуючи пропускну здатність, при цьому знижуючи витрати. Наприклад, комісії за транзакції на Optimism та Arbitrum можуть бути ще більш знижені.

Джерело:https://www.eip4844.com/

Порівняння рішень щодо доступності даних

Крім PeerDAS, існують кілька інших рішень щодо доступності даних (DA), кожне з власними характеристиками зберігання, пропускної здатності та ефективності підтвердження. Нижче подано більш докладне порівняння:

Переваги та перспективи майбутнього

Короткострокове розгортання: підвищення ефективності верифікації та децентралізації

PeerDAS надає значні переваги, зокрема в покращенні масштабованості блокчейну та зменшенні витрат на операції вузлів. У короткостроковій перспективі PeerDAS приносить переваги в наступних аспектах:

1. Покращена ефективність верифікації:

PeerDAS використовує методи вибіркового відбору для оптимізації розподілу даних та процесів перевірки. Вузли повинні лише зосередитися на перевірці невеликої частини даних, що значно підвищує ефективність перевірки та зменшує затримки під час процесу перевірки.

2. Покращена децентралізація:

Знижуючи вимоги до апаратного забезпечення, більше користувачів можуть запускати вузли. Згідно з даними Etherscan на 17 березня 2025 року поточна кількість повних вузлів становить близько 7 000. PeerDAS може потенційно збільшити цю цифру до десятків тисяч. Наприклад, на 22 березня 2025 року кількість вузлів зросла до 9 228.

Джерело:https://etherscan.io/nodetracker

3. Зменшення витрат на експлуатацію вузла:

Оскільки вузли вже не потребують обробки всіх даних, вони можуть зменшити використання сховища та пропускної здатності, тим самим знижуючи операційні витрати. Це дозволяє більшій кількості вузлів зменшити участь в мережі, зміцнюючи децентралізацію блокчейну.

4. Покращення безпеки блокчейну:

PeerDAS використовує розподілені механізми перевірки та кодування пошкоджень, що значно ускладнює процеси фальсифікації даних. PeerDAS може ефективно запобігати втраті даних або зловмисній фальсифікації через децентралізовану перевірку доступності даних.

Навіть якщо деякі вузли виявляться непрацездатними, система все ще забезпечує цілісність та доступність даних за допомогою резервування та механізмів перевірки, тим самим покращуючи загальну безпеку та стійкість мережі.

Джерело: https://etherscan.io/nodetracker

Середньострокова експансія: інтеграція та комплементарність з Danksharding

ПірДАС увійде у середньострокову фазу розширення, оскільки технології розвиваються, відіграючи більш важливу роль у масштабованості блокчейну та перевірці доступності даних. Його еволюційний зв'язок з Данкшардингом є значущим:

1. Більш ефективна перевірка доступності даних:

З ростом вимог до технології блокчейну та її використання PeerDAS буде постійно покращувати ефективність перевірки даних. У майбутньому розвиток може включати оптимізовані стратегії вибіркового вибору та алгоритми, що зроблять процес верифікації більш ефективним та точним, зменшать використання ресурсів вузлів та підвищать точність перевірки доступності даних.

2. Широке застосування в технології міжланцюгової взаємодії:

PeerDAS може служити рішенням для перевірки доступності даних між ланцюжками, покращуючи ефективність обміну даними між блокчейнами та підвищуючи взаємодію. Однак для вирішення конфліктів перевірки, спричинених різницею в довірчих моделях, потрібна оптимізація механізмів консенсусу.

3. Покращення децентралізації та безпеки мережі:

Зі зростанням кількості вузлів та розвитком децентралізації механізм вибіркового відбору PeerDAS може ефективно підвищити безпеку даних та стійкість до втручання. У майбутньому PeerDAS може бути поєднаний з передовими криптографічними технологіями та механізмами згоди для подальшого посилення стійкості мереж блокчейну до атак і загальної стійкості до відмов.

Довгострокова візія: підтримка всебічного розвитку екосистеми блокчейн

Довгострокова візія PeerDAS виходить за межі покращення масштабованості та безпеки блокчейну — вона спрямована на відкриття ширшого спектру застосувань:

1. Підтримка Смарт-контрактів та ДеФі-додатків:

З розвитком децентралізованих фінансів (DeFi) та швидким розвитком смарт-контрактів очікується, що технологія PeerDAS забезпечить більш ефективні гарантії доступності даних для цих застосувань. Зменшуючи час перевірки та покращуючи використання ресурсів, PeerDAS може надати більш стабільну підтримку протоколів DeFi, особливо в сценаріях високочастотної торгівлі та виконання контрактів великого масштабу.

2. Інтеграція з розрахунком на розподілене обчислення та Інтернет речей (IoT):

У майбутньому PeerDAS має потенціал інтегруватися з розподіленою обробкою даних та технологіями Інтернету речей, що дозволить забезпечити більш розподілену та ефективну перевірку даних. Країнові пристрої та вузли Інтернету речей можуть брати участь у перевірці даних через PeerDAS, зменшуючи залежність від централізованих серверів та підвищуючи доступність даних та ефективність їх обробки на глобальному рівні.

3. Підвищена інтеграція з технологіями штучного інтелекту:

Зазираючи в майбутнє, PeerDAS також може поєднуватися з технологіями штучного інтелекту (AI), використовуючи алгоритми машинного навчання для оптимізації процесів вибірки даних та їх перевірки, тим самим покращуючи ефективність та інтелект мереж блокчейн. Це може допомогти автоматизувати завдання перевірки даних, управління вузлами та оптимізації мережі.

В короткостроковій перспективі PeerDAS вже проявив великий потенціал для підвищення ефективності верифікації блокчейну, децентралізації та зменшення оперативних витрат. Його інтеграція з Danksharding подальше збільшить масштабованість та безпеку в середньостроковій перспективі. У довгостроковій перспективі очікується, що PeerDAS буде широко використовуватися в розумних контрактах, DeFi, IoT та штучного інтелекту, ставши невід'ємною частиною інфраструктури блокчейну та допомагаючи децентралізованим додаткам досягти масової адопції.

Виклики

Незважаючи на багато переваг, PeerDAS також стикається з декількома викликами в реальних застосуваннях, переважно включаючи наступне:

Точність вибіркового забору та безпека:

PeerDAS җстовується на вибіркові дані для перевірки, і точність вибіркового методу критична для загальної безпеки системи. Якщо механізм вибірки атакується (наприклад, атаки Сібіла), це може призвести до неправильної оцінки доступності даних. Це потребує впровадження багаторазової вибірки або зайвої перевірки.

Залежність від мережевої топології:
Продуктивність PeerDAS залежить від якості з'єднань між вузлами в мережі. У децентралізованих мережах з'єднаність вузлів може бути нестабільною, що може впливати на ефективність розподілу даних та їх валідацію, особливо в середовищах з великою кількістю вузлів.

Рівень участі вузла:
Для забезпечення ефективної перевірки доступності даних PeerDAS потребує достатню кількість вузлів для участі в процесі валідації.
Якщо рівень участі занадто низький, результати вибірки можуть бути неточними. На 17 березня 2025 року поточний рівень участі в мережі Ethereum становить приблизно 98%.

Обчислювальне та зберігання накладні витрати:
Незважаючи на те, що PeerDAS зменшує обсяг даних, які потрібно перевірити кожному вузлу, він все ще потребує, щоб вузли виконували завдання перевірки. Це може створити обчислювальний та зберігальний тиск на вузли з обмеженими ресурсами (наприклад, на пристрої низького класу). Якщо вузли не впораються з робочим навантаженням, це може призвести до зменшення участі в мережі.

Складність протоколу:
PeerDAS вводить нові механізми валідації та протоколи, що робить його реалізацію складнішою, ніж традиційні методи. Розуміння та впровадження цього нового технічного рішення потребує вивчення та адаптації для розробників та операторів вузлів, що потенційно збільшує технічний бар'єр системи.

Сумісність з існуючими системами:
Хоча PeerDAS має сильну теоретичну масштабованість, на практиці може знадобитися інтеграція з існуючими архітектурами блокчейну, що включає проблеми сумісності систем. Різні платформи блокчейну можуть використовувати різні механізми консенсусу та формати зберігання даних, що вимагає адаптації та оптимізації PeerDAS.

Джерело: https://beaconscan.com/stat/networkparticipation

Висновок

По мірі того як технології продовжують розвиватися, PeerDAS - нове рішення для вибіркового доступу до даних (DAS) - проявило великий потенціал у покращенні масштабованості та безпеки блокчейну. Шляхом зниження вимог до сховища та пропускної здатності для вузлів, та покращення масштабованості мережі та децентралізації, PeerDAS ефективно вирішує проблеми високої продуктивності, з якими зараз стикаються системи блокчейну.

Незважаючи на те, що технологія все ще зіштовхується з деякими викликами, такими як точність вибірки, топологія мережі та участь вузлів, постійні покращення та розширення використання показують, що PeerDAS ймовірно стане невід'ємною частиною майбутніх екосистем блокчейну. Зокрема, в областях, таких як смарт-контракти, децентралізовані фінанси (DeFi), технологія міжланцюжкового зв'язку та інтеграція з розподіленою обробкою даних та Інтернетом речей (IoT), PeerDAS запропонує більш стабільну, ефективну та безпечну підтримку для інновацій та прийняття блокчейну.

У цілому PeerDAS представляє важливий напрямок у розвитку технологій блокчейну. Він не лише вирішує проблему доступності даних, але й закладає фундамент для наступного покоління децентралізованих додатків, спрямовуючи технологію блокчейну на більш ефективне та безпечне майбутнє.