IOSG:模块化时代争雄,一文详解DA生态和竞争格局

撰文:IOSG Ventures

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背景

两年前,在模块化区块链叙事兴起之初,我们撰文提出了我们对数据可用性(Data Availbility)赛道的观点和预测。正如我们所预期的那样,模块化区块链的叙事已经盛行并推动了基础设施的创新,增强了网络的互操作性,并促进了生态系统内的更多合作与集成,各种 Rollup 即服务(RaaS)解决方案(Altlayer,Caldera,Conduit, Gelato)开始涌现。下图展示了 Rollup 开发工具 Conduit 的界面,显示了部署 Rollup 和选择 DA 方案已经变得异常简单和便捷。

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Source: Conduit

在过去的两年中,Celestia,EigenDA,Avail,NearDA 等替代 DA 方案(Alt-DA)取得了显著的发展,各自展现了独特的技术优势和市场份额。同时,随着以太坊 EIP-4844 的上线,通过引入 blobs 来替代 calldata,大大降低了 Rollup 在以太坊原生 DA 层的使用成本。如今开发者和项目方在选择数据可用性层时面临更多的权衡,本文将追踪和分析现有的 DA 方案,深入探讨它们的性能成本、技术特点和市场表现,并提出我们对未来 DA 赛道发展的观点和思考。

1. 现有 DA 方案采用情况

使用以太坊原生 DA 链上解决方案的 Rollup 主要集中在那些已经从 calldata 存储更新为适配 Blob 的主流 Layer 2 方案上,包括 Arbitrum、Optimism 和 Base,以及 Starknet、zkSync 和 Scroll 等。Rollup 通过使用以太坊作为 DA 层,数据会被以太坊的全节点验证和存储,而受益于以太坊的安全性、去中心化程度、协议升级的延续性以及经济激励机制。综合型 L2 在以太坊的生态系统中占据重要位置,需要使用原生 DA 带来的上述正统性作为核心差异。(Vitalik 认为作为 rollup 的核心就是是无条件的安全保证:即使所有人都与你为敌,你也能取出你的资产。如果数据可用性依赖于外部系统,就无法得到这种等效的安全性)

然而将数据发布到以太坊主网伴随着导致高昂的成本,特别是在 EIP – 4844 之前 (calldata 成本为每字节 16 gas,仅仅 2023 年 12 月,L2 在 DA 成本上就花费了超过 15,000 ETH)。因此出现了多种 Alt-DA 链下解决方案,如已上线的 Celestia、EigenDA 和还未上线的 Avail, 通过不同的技术手段,如 DAS,纠删码, KZG 承诺等,降低了数据存储和传输的成本。

这其中,Celestia 作为专门用于 DA 的模块化区块链,于 2023 年 10 月主网上线后已成为 DA 赛道的龙头项目,主要目标客户包括需要模块化架构的项目:跨链桥、结算层方案、defi 项目、游戏、排序器,以及不限于以太坊生态的 Layer 2 解决方案。其现有的客户包括 Omnichain DEX 协议 Orderly、专为 EVM-native ZK 应用定制的模块化 L2 Manta Pacific、基于 Base 的 L3 Hokum,以及专注于衍生品交易的 DEX Lyra 和 Aevo 等。Celestia 作为不局限于特定生态系统的模块化设计 DA 层先行者,其优势使得它成为许多新兴 Layer 2 项目的首选。

EigenDA 是由 EigenLabs 开发的,利用 EigenLayer 的 restaking 机制来提供高效、安全且可扩展的 DA 服务方案, 一定程度继承以太坊主网的安全性和庞大的验证者网络。EigenDA 专注于为以太坊生态系统提供高性能的 DA 解决方案。作为 Eigenlayer 上的首个主动验证服务(AVS),EigenDA 于 4 月同 Eigenlay 主网一同上线,现有的客户群体同样多样化,包括以太坊 L2 Swell、Celo、Mantle Network、以及搭建于 Eigenlayer 的多个其他 AVS,如去中心化计算栈 Versatus, Polymer、DEX 协议 DODO 和作为 Social L2 的 CyberConnect 等。

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Source: EigenDA

2. 原生 DA(EIP-4844)和 现有 Alt-DA 的权衡2.1 以太坊原生 DA

简单回顾以太坊原生 DA 解决方案的发展变化,坎昆升级之前,Rollup 主要使用 calldata 作为数据存储和传输的手段。由于永久存储和高网络拥堵,高昂的费用成为了扩展和采用的主要障碍。而 EIP-4844 作为主网升级,引入了 Blob 这一新的数据结构,Blobs 可以容纳大容量数据,但是相应会增加节点的存储负担。随着时间推移,存储需求会不断增加, 最终可能导致运行节点的硬件要求过高从而伤及去中心化。因此 Blobs 只需要存储约 18 天 (4096 个 epoch) 即会删除。

由于 Blobs 仅需临时存储且使用单独的费用市场, EIP-4844 实施后,取用各大 L2 采用 blob 之后前后 60 天的平均每天的 DA 成本 (Scroll&Starknet 取前后 30 天),成本下降均在 99% 左右。其中由于所上传数据类型的不同(交易数据或是状态差异),采用 OP rollup 的 Layer2 相对于 Zk Rollup 成本下降的受益更为明显。

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Source: Dune& Growthepie

EIP-4844 Blob 容量和存储特性及定价机制

Blob 的容量和存储特性:

  • 每个区块最多容纳 6 个 Blobs
  • 每个 Blob 可以存储高达 128KB 的数据(即使未完全使用 128KB 空间,发送者也需支付完整的 Blob 费用)

新的 blob gas 市场,运行方式类似于 EIP-1559,根据供需变化来调整 blob 基本费用:

  • 如果区块中的 blob 数量超过目标(当前为 3 个),增加 blob 基本费用。
  • 如果区块中的 blob 数量少于目标,减少 blob 基本费用。

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Source: IOSG Ventures

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Source: Dune / 以太坊区块 blobs 数量 3 天均线

L2 主要使用新引入的类型 3 交易,在以往交易基础上添加 max_fee_per_blob_gas 和 blob_versioned_hashes 字段,分别代表用户愿意支付的每 blob gas 的最大费用和 kzg_to_versioned_hash 的哈希输出列表。

这种新的定价机制意味着类型 3 交易仍然需要 max_fee_per_gas 和 max_priority_fee_per_gas 字段,并受现有 EIP-1559 市场的约束。除了 blob 空间外,类型 3 交易仍需支付其使用的 EVM 空间。

因此, blobs 仍然存在区块空间的争用,造成成本的不确定性,因为每个区块的 blob 空间有限,而 blob 的 gas fee market 是根据需求动态调整的。

所以,以太坊作为通用链,短板还在于区块空间的不确定性——可能突然有类似 NFT Minting、空投申领等链上活动的出现导致链上拥堵,Blob 的定价就会被抬高,使得 Rollup 没有办法估计成本基础。这会造成 Rollup 开支预算不确定导致利润率不稳定,提升了还处于起步阶段的新项目的使用壁垒,项目方难以确定以太坊 DA 是否能作为长期的方案。下图中大部分时间使用 blob 会比 calldata 便宜 98% 左右,但下图中可见某一时段使用 Blobs 仅比使用 Calldata 便宜 59%。

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Source:Ethernow

我们计算两次 blob 传输的费用举例:

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Source:Ethernow

图中为一次 2024 年 03 月 28 日某一区块中 Zksync 的 Validator Timelock 的类型 3 交易, 我们根据 blob 费用,执行基础费用和优先费用分解计算一下它的数据成本:

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假设以太坊的价格为 $3600,当时使用 1Mib blob 的数据成本大概为:

4×0.018ETH×3600USD/ETH = 259.2USD

我们再取 6 月 24 日的一次 zksync era 的类型 3 交易:

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Source:Ethernow

彼时主网活动略有下降,分解计算一下其数据成本:

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当时使用 1Mib blob 的数据成本大概为:

4×0.0021ETH×3600USD/ETH = 30.24USD

由此可见使用 blobs 传输数据的成本的不确定性,且仍然相对高昂。然而对于一个 rollup 而言,选择 DA 方案时,成本结构的稳定性是关键考虑因素之一。

2.2 Celestia

作为模块化区块链的开山鼻祖,Celestia 专注于提供 DA 层和共识层,将执行层分离出去,从而专门优化 DA 功能,提高效率和可扩展性。Celestia 作为一个链下解决方案的 L1 相比使用以太坊链上的方法具有许多不一样的技术特点,从而减少了数据可用的成本,也相对提供了更高的灵活性和可扩展性。模块化设计使 Celestia 极具灵活性,允许开发者自由选择执行环境,不限于特定的虚拟机(VM),使得 Celestia 能够支持各种不同的应用场景,满足多样化需求。

Rollup 如要整合 Celestia 作为 DA 层,需将执行层产生的交易数据(Data Blob)提交到 Celestia 网络,而不是原来的 Layer 1(以太坊)以确保数据可用性以便验证和交易。Celestia 的数据可用性采样(DAS)技术通过使用二维 RS 纠删码编码方案对区块数据进行重新编码,允许轻节点只需下载区块数据的一小部分即可多轮随机采样验证数据的可用性,并且允许多个节点并行处理不同的数据部分,提升了整体效率。

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Source:Celestia.org

过程中另一项关键技术是 Celestia 引入的命名空间 Merkle 树(NMTs)技术,使得不同的 rollup 只需下载与自己相关的交易数据,从而提高数据处理效率。NMTs 不仅减少了数据冗余,提升了系统性能,还为开发者提供了更高效的数据处理方式。

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安全性方面,Celestia 基于 Tendermint 共识机制,验证人对 Data Blob 达成一致性,确保数据在网络中的可用性和一致性,能够容忍最多三分之一的验证者节点出现故障或恶意行为。通过质押 TIA 代币,Celestia 的验证者受到经济激励,确保诚实行为,并对恶意行为或不当操作进行罚没,从而保障网络的安全性。目前 Celestia 的 TVL 约为 64.4 亿美元,全节点数量为 100 个。

关于可拓展性,Celestia 的区块大小可以根据网络中活跃轻节点的数量进行动态调整。随着更多节点的加入,Celestia 可以安全地增加区块大小,理论上无限提高吞吐量和可扩展性。目前的数据显示,其数据吞吐量约为 6.67 MB/s。

Celestia Blob 容量和存储特性及定价机制:

为了成本的比较,我们在此简单讨论 celestia 的性能以及定价机制。用户在 Celestia 上提交数据时,通过提交 Blob 交易(BlobTx)实现,费用由 blob space 费用和 gas 费组成。

具体来说,每个 Blob 的最大大小限制略小于 2 MiB(1,973,786 字节),每个区块可以包含多个 Blob,具体数量取决于区块的总大小限制。当前最大区块大小为 64×64 shares(约 2 MiB),总共 4096 个 shares,其中一个 share 保留用于 PFB(PayForBlobs)交易,其余 4095 个 shares 用于数据存储。Celestia 的费用市场类似于以太坊的 EIP-1559 机制,使用基于 gas 价格的优先级内存池。交易费用较高的交易会被验证者优先处理,费用由每笔交易的固定费用以及基于每个 Blob 大小的可变费用组成。

根据 celenium 上的 rollup 数据综合统计(6 月 17 日),对于各个整合 Celestia 的客户,使用 Celestia 的 DA 成本在 0.02-0.25 Tia/Mib 之间,折合 6 月 17 日的 $TIA 的价格 ($7.26),几个主要客户的 DA 成本在 $0.15 – $1.82/MiB 不等。因此,与以太坊链上原生 DA 相比,Celestia 提供了一个具有竞争力且稳定的成本结构。

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Source: Celenium

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Source:Celenium,gas price 稳定在 0.015UTIA 左右 (1 uTIA = TIA × 10 − 6)

但是, Celestia 本身是 Layer1 区块链网络,需要 P2P 网络对 Data Blob 进行广播和共识,虽然轻节点可以采用 DAS 来确保数据可用,但网络对其全节点仍然有着很高的要求(128 MB/s 下载和 12.5 MB/s 上传),为去中心化和未来吞吐量提升带来障碍。相比之下,EigenDA 采用了不同的架构——不需要做共识,也不需要 P2P 网络。

2.3EigenDA

作为利用 EigenLayer 构建的主动验证服务(AVS),EigenDA 通过再质押机制,利用以太坊的安全性(不需要引入新的验证器集,以太坊验证者可以自由选择加入,EigenDA 的再质押节点是以太坊节点的子集)来保障数据可用性,很好地直接利用了现有基础设施。其主要工作流程为,Rollup sequencer 生成 Blob Data 后将其发送给 Disperser(可由 rollup 本身运行,或通过第三方,比如 EigenLabs),Disperser 会对 Blob Data 进行数据分片,生成纠删码及 KZG 承诺,然后发布到 EigenDA 的节点,而后 EigenDA 的节点会验证 Attestation 并保障数据可用性,验证结束后,节点需将数据进行存储并将数字签名发送回 Disperser。最后,Disperser 讲收集签名并将其上传给以太坊主网上的 EigenDA 智能合约进行最终的聚合签名的正确性验证。

核心的 idea 依旧是利用技术减少对节点的数据存储和验证算力的要求。然而,EigenDA 选择了与以太坊升级相一致的 KZG 承诺验证技术来实现。此外,EigenDA 不依赖共识协议和 P2P 传播,而是使用单播来进一步提高共识速度。

而对于确保 EigenDA 节点真的对数据可用进行了存储,EigenDA 使用托管证明(Proof of Custody)方法,如果出现,惰性验证器任何人都可以向 EigenDA 智能合约提交证明,该证明将由智能合约进行验证。如果验证成功,惰性验证器将被 Slashing。

因此,EigenDA 的解决方案过程都是在以太坊上进行,由以太坊提供共识保证,因此不必受限于共识协议和 P2P 网络低吞吐量的瓶颈,节点无需等待顺序排序,可以直接并行处理数据可用性证明,极大地提高了网络效率。

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Source:Eigenlayer

EigenDA 的容量性能及费用:

EigenDA 目前的节点运营商数量为 266 个。其最大吞吐量目标在 10Mbps。根据 7 天平均数据,EigenDA 的数据吞吐量为 0.685Mib/s,数据存储和传输费用约为 0.001Gas/Byte,折合下来,假设 gas 费用为 10gwei 且以太坊价格为 $3600,每 1MB 数据的费用约为 0.038 美元。总质押 TVL 为 3.33M ETH, 接近 12 亿美元。

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Source:EigenDA.xyz

综合比较分析 Celestiavs. EigenDA

从技术角度来看,Celestia 和 EigenDA 在多个方面存在差异。首先,在节点负载方面,Celestia 的全节点需要处理广播、共识和验证,下载带宽需求为 128MB/s,上传带宽需求为 12.5MB/s,而 EigenDA 的节点不处理广播和共识,带宽需求仅为 0.3MB/s,而且其可以使用以太坊节点的子集。其次,吞吐量方面,Celestia 的最大吞吐量约为 6.67MB/s,而 EigenDA 目标达到最大 10MB/s。在安全性方面,Celestia 的安全性来源于其网络价值,质押价值约为 66.5 亿美元,攻击成本超过 40 亿美元。EigenDA 基于重新质押的资产价值和主网运营者份额继承了一部分以太坊的安全性,目前的 TVL 接近 12 亿美元,大约继承了以太坊 2% 的安全性。

综合来看,Celestia 的竞争优势在于其灵活的模块化设计和较高的数据吞吐量,使其更受中小型 L2 和应用链的青睐。而 EigenDA 的优势采用了使用以太坊基础设施,将数据可用性与共识解耦带来的正统性。未来,随着模块化和应用链双重趋势的发展,Celestia 可能从增量市场中受益,而 EigenDA 则可能在需要更高安全性的以太坊中心市场中占据更大份额。

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3.Avail 和 NearDA

虽然目前 Celestia 和 EigenDA 在数据可用性市场占据主导地位,但未来的竞争格局可能会发生变化。随着 Avail 和 NearDA 这两个项目的潜在上线,数据可用性领域的竞争态势有望进一步加剧。

Avail 是一个专注于数据可用性的区块链网络,旨在为 EVM 兼容的区块链和 Rollups 提供高效的交易排序和数据存储服务。它采用继承自 Polkadot SDK 的 BABE 和 GRANDPA 共识机制,Avail 使用 KZG 多项式承诺作为有效性证明,使用提名权益证明 (NPoS) 支持多达 1,000 个验证者,并通过独特的轻客户端 P2P 网络采样机制提供可靠的备份。

另一方面,NearDA 是由 NEAR Foundation 推出的数据可用性解决方案,主要为 ETH Rollup 和以太坊开发者提供 DA 服务。它的目标是提供一个具有成本效益的 DA 解决方案,去中心化程度与 Near Protocol 相当。目前已经与 Polygon CDK、Arbitrum、Optimism 等以太坊生态系统中的主要参与者建立了战略合作关系。

而短期看来,对于 Rollups 来说,更有效地减少边际成本是最好建立壁垒的方法,其中针对市场状况调整收入和成本模式是比较好的解决方案。

4.针对特定场景的 DA

除了上述这样的针对 rollup 的通用性 DA 以外,当前 DA 赛道也萌生了一些比较早期的,以及针对特定场景的 DA 项目,如专为 AI 定制的高吞吐量 DA 方案 Zerogravity(0G),和比特币 DA 方案 Nubit。

4.1Zerogravity(0G)

AI 应用对数据可用性的需求与传统区块链应用不同。AI 模型训练和运行需要处理大量数据,包括模型参数、训练数据集、实时数据请求等。这些数据需要快速、可靠地存储和传输,以确保 AI 模型的效率和性能。然而,现有的通用 DA 方案,如 Celestia 和 EigenDA,主要设计用于满足普通区块链应用的数据可用性需求,在处理超高吞吐量、低延迟的大规模数据传输时存在一定的局限性。

ZeroGravity (0G) 希望通过模块化设计和高性能数据传输来专门满足 AI 应用的需求。其模块化设计将数据可用性工作流分为数据发布和数据存储两个通道,使得系统可以随着节点数量的增加而线性扩展。数据存储通道专注于大数据传输,确保大数据可以几乎瞬时存储和访问。而数据发布通道则用于保证数据的可用性,通过一个基于多数诚实假设的仲裁系统进行验证。0G Storage 是一个由存储节点网络组成的链上数据库。存储节点通过「随机访问证明」(PoRA) 挖矿过程参与,确保数据的可用性和完整性。它支持存储各种类型的 AI 相关数据,包括模型、训练数据、用户请求和实时检索增强生成 (RAG) 数据。

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Source:0G

0G 通过创新的系统设计,声称其目标是实现每秒 GB 级的链上数据传输,远超目前市场上的其他 DA 方案(如 Celestia 和 EigenDA 的每秒 MB 级数据传输)。具体来说,0G 声称其数据吞吐量可达每秒 50 到 100 GB,能够支持需要大量数据传输的 AI 模型训练等场景。

4.2Nubit

在比特币生态逐渐起步并受到关注,有关比特币的各类技术路线也风起云涌,随着这些技术路线的发展,Ordinals、Layer 2、预言机等应用程序对高效、安全的数据可用性解决方案的需求也越来越迫切。这些应用程序需要能够快速、可靠地存储和传输大量数据,以确保其正常运行和用户体验的提升。例如,Ordinals 需要高效的数据存储和传输来支持数字艺术品的创建和交易,Layer 2 解决方案需要高吞吐量和低延迟来实现更好的扩展性,而预言机需要可靠的数据传输来确保数据的准确性和及时性。

Nubit 是比特币生态中首个原生的数据可用性 (DA) 层项目,旨在解决比特币主网吞吐量有限的问题,并为比特币生态的长远发展提供基础设施支持。Nubit 的工作流程包括数据提交、验证、广播、存储、采样和共识等多个步骤,确保数据的高效处理和高可用性。用户提交的数据经过 RS 编码处理后,由验证者节点使用 NuBFT 共识算法进行验证,并生成 KZG 承诺。验证后的数据块被广播到全网,存储节点负责存储完整数据块,而轻客户端通过数据可用性采样(DAS)协议验证数据的可用性。即使在网络故障情况下,节点仍可通过全存储节点和比特币网络上的 KZG 承诺恢复数据。

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Nubit 旨在为比特币生态项目提供基础设施,已与多个项目如 Babylon、Merlin Chain、Polyhedra 等建立了合作关系,Nubit 将降低数据存储成本,比如在铭文市场需求激增的情况下, Nubit 可以服务与比特币 Layer2 大幅降低数据发布成本,使得在比特币上存储和处理数据变得更加经济实惠。

5.Closing Thoughts

分析 DA 赛道的项目差异,我们在安全性(包括数据完整性、网络共识等)、可定制性与互操作性、性能和成本随着这些 DA 方案的广泛采用和不同项目在 DA 层选择上的差异,我们看到了一系列独特的技术和市场定位。

未来我们相信更多的 App-Rollup 会被推出市场。然而虽然潜在的市场增大,DA 赛道头部效应明显,Celestia、EigenDA 等会占据主要的市场份额,留给腰尾部的机会不多,竞争也在加剧。目前的容量对 Rollup 来说供大于求,例如在上线主网后,Celestia 网络带宽的利用率长期在 0.1% 以下,远低于其每日 46,080 MB 的最大支持容量。然而,相较于以太坊目前的 15 个 Rollup 和每日 700 MB 的数据量,Celestia 的活动量仍有很大可用空间。

当然不排除未来可能有高性能网络对高 DA 带宽的需求,或例如 AI 项目的需求,此外还有一些比较早期的,以及针对特定场景的 DA 例如 Bitcoin DA,或许在细分领域可获得不错的市场份额。但 DA 本质上是个 to B 业务,DA 项目方的收入和生态项目的数量质量息息相关。现阶段我们认为市场上不需要过多的链下 DA 解决方案,除非其成本和效率实现几个数量级的飞跃。

总的来说,现在来看 DA 的商业模式中供应充足,但赛道的发展仍在演变,各种方案在技术和市场定位上展现出不同的竞争力。未来的发展将取决于技术的持续创新和市场需求的动态变化。

References:

https://medium.com/@MTCapital_US/mt-capital-research-da-sector-analysis-comparative-study-of-celestia-and-eigenda-acc07ea5694f

https://www.theblockbeats.info/news/51171

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