Veri Kullanılabilirliği Örneklemesi Açıklandı: DAS Blockchainleri Nasıl Ölçekler

Blockchain'ler ölçekte neden bir duvara tosluyor

Her blockchain'in saniyede işlem sayısıyla ilgisi olmayan gizli bir darboğazı vardır. Bir bloka güvenilmeden önce, güvenlikle ilgilenen her düğüm, içindeki verilerin gerçekten var olduğundan ve indirilebilir olduğundan emin olmalıdır. Bir blok üreticisi yalnızca bir blok başlığı yayımlayıp alttaki işlemleri gizlerse, kimse zinciri doğrulayamaz ve kötü niyetli bir önerici teorik olarak fonları çalabilir ya da geçmişi yeniden yazabilir.

Kripto tarihinin büyük bölümünde kural basitti: zinciri doğrulamak için zinciri indir. Bitcoin ve erken dönem Ethereum kullanıcıları her baytı işleyen tam düğümler çalıştırıyordu. Bu, küçük ölçekte işe yaradı, ancak daha fazla kullanıcıyı barındırmak için blok boyutları büyüdükçe bir düğüm çalıştırmanın maliyeti yüzlerce gigabayte ve nihayetinde terabaytlarca disk ve bant genişliğine tırmandı. Ademi merkeziyetçilik sessizce aşındı, çünkü yalnızca iyi kaynaklara sahip operatörler ayak uydurabildi.

Veri erişilebilirliği sorunu, bu gerilimin biçimsel adıdır. Bir blockchain'in kendisini doğrulayabilmesi için yeterli veri yayımlaması gerekir, ancak çok fazla veri yayımlamak sıradan kullanıcıları doğrulamanın dışına iter. Toplamalar (rollups) gibi ölçeklendirme çözümleri sorunu daha da kötüleştirir; çünkü sıkıştırılmış işlem verilerini ana bir zincire gönderirler. Daha fazla toplama, daha fazla veri ve bir anda ana zincir kendi başarısının boğucu etkisi altına girer.

DAS'in aşmak için inşa edildiği duvar tam olarak budur. Amaç, işlemleri sıkıştırmanın basit anlamında her düğümün daha az veri indirmesini sağlamak değildir. Amaç, doğrulamayı o kadar ucuz hale getirmektir ki, dizüstü bilgisayardaki cüzdan seviyesindeki hafif istemciler büyük bloklardan emin olarak emin olabilsin, ancak ağın bütünü on binlerce saniyede işleme ölçeklenebilsin.

DAS'tan önce hafif istemciler ne yapabiliyordu, ne yapamıyordu

Örnekleme ortaya çıkmadan önce hafif istemcilerin durumu oldukça belirsizdi. Hafif istemci, tam zinciri indirmeyen, bunun yerine blok başlıklarını kontrol eden ve belirli işlemler için tam düğümlerden kanıt isteyen herhangi bir düğümdür. Mobil cüzdanlar, tarayıcı eklentileri ve gömülü cihazlar pratikte hep hafif istemci gibi davranır.

Ancak sorun, hafif istemcinin kandırılabilmesidir. Az sayıda tam düğüm, hafif istemciye geçerli görünen bir başlık ve doğru görünen kanıtlar sunabilir; oysa alttaki blok verileri aslında ağın geri kalanından gizleniyor olabilir. Hafif istemcinin bunu anlama yolu yoktur, çünkü hiçbir zaman tam veriyi görmeyi istememiştir. Bu, klasik veri erişilebilirliği saldırısıdır ve yıllar boyunca hafif istemcilerin ödeme için yararlı ama güvenlik açısından kritik kararlar için ikinci sınıf vatandaş olarak görülmesinin nedeni budur.

Bunu düzeltmek için tasarımcıların, hafif istemcinin verilerin kendisini indirmeden bir başlığın arkasındaki verilerin ağda gerçekten var olduğuna dair kanıt talep edebileceği bir yol bulması gerekiyordu. Tam düğümlere sormak yeterli değildir, çünkü tam düğümler anlaşabilir. Her tam düğüme sormak zaten verileri indirmek demektir. İstatistiksel bir şey icat edilmeliydi.

Temel fikir: rastgele örnekleme ile olasılıksal güvence

Veri kullanılabilirliği örneklemesi, neredeyse işe yaramayacak kadar basit görünen tek bir sezgiye dayanır. Bir blok birçok küçük parçaya bölünür ve hafif bir istemci bu parçalardan birkaçını rastgele kontrol ederse, daha fazla hafif istemci örnekleme yaptıkça saldırganın tek bir parçayı bile gizleme olasılığı gittikçe küçülür.

1.000 parçaya bölünmüş bir blok hayal edin. Hafif bir istemci rastgele 10 parça seçer ve ağdan bunları ister. 10'u da gelirse, istemci işini bitirmiş değildir. Yalnızca 10 parçanın var olduğunu bilir. Ama bunu her biri kendi rastgele parçalarını seçen milyonlarca hafif istemciyle çarptığınızda, gizlenen bir parçanın tüm bu isteklere rağmen hayatta kalma ihtimali sıfıra doğru çöker. Yeterli sayıda bağımsız örneklemden sonra, hiçbir bireysel düğüm tümünü indirmemiş olsa bile ağ, bloğu matematiksel bir kesinliğe yakın güvenle kullanılabilir olarak kabul edebilir.

Bu, DAS'in kalbindeki olasılıksal güvencedir. Her düğümün her baytı gördüğüne dair bir söz değildir. Verinin ağa dağılmış şekilde var olduğuna ve bir parçayı gizleme girişiminin, o kadar çok rastgele örnekleme karşısında yalan söylemeyi gerektireceğine dair bir sözdür; pratik amaçlar açısından bu girişimin başarılı olma olasılığı sıfırdır.

Silme kodlama: örneklemenin işe yaramasını sağlayan hile

Tek başına rastgele örnekleme yeterli olmazdı. Bir blok yalnızca 1.000 ham parçaya bölünürse, bir saldırganın zinciri kırmak için yapması gereken tek şey bu parçalardan birini gizlemektir ve tek bir hafif istemcinin gizlenen parçayı bulma şansı küçüktür. Matematiğin işe yaraması için blok zincirleri, silme kodlama adı verilen bir teknikle bilinçli olarak fazlalık ekler.

En yaygın şema, başlangıçta CD'ler ve derin uzay iletişimi için tasarlanmış, onlarca yıllık bir hata düzeltme yöntemi olan Reed-Solomon kodlamasıdır. Fikir, orijinal blok verilerini bir polinom olarak ele almak ve aynı bilgiyi orijinalinden daha fazla veri noktasına yayacak şekilde bu polinomu genişletmektir. Veriyi iki katına çıkaracak şekilde yapılandırılmış bir Reed-Solomon koduyla, orijinal 1.000 parçalık blok, tüm bloğu yeniden oluşturmak için bu parçalardan herhangi 1.000'inin yeterli olduğu 2.000 parçalık genişletilmiş bir blok haline gelir.

Bu neden önemlidir: artık verileri saklamak isteyen bir saldırganın, tek bir parçayı değil, genişletilmiş bloğun en az yarısını gizlemesi gerekir. Bu sırada hafif istemciler, genişletilmiş kümeden hâlâ rastgele örnekleme yapmaya devam eder. Saldırgan çok daha büyük bir payı gizlemek zorunda olduğu için gizlenen bir parçayı kaçırma olasılığı dramatik biçimde küçülür. Silme kodlama ile rastgele örneklemenin birleşimi, zayıf bir güvenceyi güçlü bir güvenceye dönüştürür ve üretimde ya da ciddi test aşamasındaki her DAS tasarımının teknik kalbini oluşturur.

PeerDAS: Ethereum'un eşler arası DAS evrimi

Ethereum'un DAS'e yönelik mevcut yaklaşımı PeerDAS adını taşır ve bu ad mimari değişime dair bir ipucu verir. Saf bir DAS tasarımında, her tam düğüm hâlâ genişletilmiş bloğun tamamını saklar. Örnekleme yalnızca hafif istemciler içindir ve depolama yükünü tam düğümler taşır. PeerDAS bunu tersine çevirir. PeerDAS'ta genişletilmiş veri de eşler arası ağa parçalanır, böylece her tam düğüm toplam blob alanının yalnızca bir alt kümesini saklar ve veri, dilimleri eşlerden isteyerek talep üzerine yeniden oluşturulur.

Ethereum için ilgili veri, blob adını verdiği, rollup'ların ucuza gönderdiği geçici veri parçalarıdır. PeerDAS, doğrulayıcıların silme kodlamalı bir blob matrisinin sütunlarından yalnızca birkaçını saklamasına ve yine de ağa herhangi bir rastgele örneği sunabilmesine olanak tanır. Matematiksel güvence klasik DAS ile aynıdır, ancak kaynak maliyeti yayılmıştır; böylece ağ, düğüm başına gereksinimleri aynı oranda artırmadan toplam blob kapasitesini büyütebilir.

Diğer ekosistemler de aynı fikri farklı adlarla kullanır. Sıklıkla TIA ticker'ıyla anılan Celestia, başından itibaren DAS etrafında tasarlanmış ilk üretim ağı olup, kendisini rollup'ların veri yayınlamak için ödeme yapabileceği modüler bir veri kullanılabilirliği katmanı olarak konumlandırır. NEAR, parçalama yol haritasının bir parçası olarak DAS tarzı tasarımları araştırmıştır. Hepsinde aynı örüntü görülür: veriyi silme koduyla kodla, rastgele örnekle ve bir zamanlar tam çoğaltma gerektiren güvenlik işini olasılığa yaptır.

Pratikte ne anlama geliyor: on binlerce TPS

Veri kullanılabilirliği ucuz ve kanıtlanabilir hale geldiğinde, ölçeklendirme hikayesinin geri kalanı açılır. Ethereum'da ve giderek artan şekilde diğer zincirlerde baskın ölçeklendirme örüntüsü olan rollup'lar, ana zincirlerine ne kadar veri gönderebildikleriyle sınırlıdır. Ana zincirin veri katmanı DAS doğrulamayı ucuzlattığı için büyüyebildiğinde, rollup'lar blok başına daha fazla sıkıştırılmış işlem gönderebilir ve etkin işlem hacmi yükselir.

Ethereum araştırmacıları tarafından sıklıkla L2'de saniyede on binlerce işlem aralığında aktarılan rakamlar, bu tür bir veri ölçeklendirmesine dayanır. Aynı dinamik Celestia için ve yürütme ile veri kullanılabilirliğinin ayrılıp bağımsız şekilde optimize edildiği modüler bir mimariyi benimseyen herhangi bir zincir için geçerlidir. DAS olmadan, bu işlem hacmi iddiaları ya tam düğümlerin merkezileştirilmesini ya da küçük bir veri kullanılabilirliği komitesine güvenmeyi gerektirirdi; her ikisi de kötü ödünleşimlerdir.

Daha sessiz bir ikinci derece etki de vardır. Hafif istemciler güvenilir hale geldikçe, zinciri doğrulayabilen cihaz yelpazesi genişler. Telefonlar, tarayıcılar ve hatta gömülü donanımlar güvenliğe katkıda bulunabilir. Bu, uzun vadede merkeziyetsizlik için iyidir çünkü büyük düğüm operatörlerinin kaldıraç gücünü azaltır ve ağın sansürlenmesini ya da ele geçirilmesini zorlaştırır.

Bilmeniz gereken dürüst trade-off'lar

DAS güçlüdür, ama sihir değildir ve sınırlarını anlamak, faydalarını ezberlemekten daha önemlidir. Olasılıksal garanti gerçektir, ama yine de bir olasılıktır. Yalnızca birkaç örneklem çalıştırmış bir light client tam olarak korunmuyor. Client implementasyonlarının örneklem sayılarını dikkatli seçmesi gerekir ve ağın, matematiğin tutması için herhangi bir anda yeterli sayıda bağımsız light client'ın çevrimiçi olduğunu varsayması gerekir.

Özellikle PeerDAS, yeni eşler arası varsayımları beraberinde getiriyor. Sistem ancak atanmış slice'larını sunmak için yeterince büyük bir node kesri çevrimiçi olduğunda çalışır. Uzun ağ bölünmeleri, peer'lere yönelik hedefli hizmet dışı bırakma saldırıları ya da basitçe zayıf peer keşfi, garantiyi düşürebilir. Peer skorlaması, veri emaneti kanıtları ve fallback modları gibi mitigasyonlar mevcut, ancak bunlar çözülmüş problemlerden ziyade aktif araştırma alanları.

Ayrıca ekonomik değerlendirmeler de söz konusu. Veri kapasitesi büyüdükçe, depolama ve bant genişliğinin kimin ödediği sorusu daha da belirginleşiyor. Ethereum bunu zamanla yakılan blob ücretleriyle ele alıyor ve Celestia benzer bir model kullanıyor. Bu mekanizmaların hiçbiri mükemmel değil ve teknik tasarımla birlikte gelişiyor. DAS kullanan bir zinciri değerlendiren herkes, kriptografik iddiaları kadar fee piyasasına ve teşvik yapısına da aynı dikkati göstermelidir.

Data availability sampling'i akıllıca takip etmenin yolu

Data availability sampling araştırma makalelerinden canlı ağlara geçiyor ve etrafındaki haberler haftalık olarak değişiyor. Ethereum PeerDAS testnet'leri, Celestia yükseltmeleri ve NEAR ile diğerlerinden gelen rakip tasarımların tümü, çoğu hype'a bulanmış, istikrarlı bir duyuru akışı üretiyor. Hangi değişikliklerin gerçek, hangilerinin pazarlama olduğunu takip etmek, sıradan bir Twitter kaydırmasından daha fazlasını gerektirir. Zippfeed, data availability ve ölçeklendirme manşetlerini sentiment skorlaması (bullish, neutral veya bearish) ve önem derecelendirmesi ile öne çıkarır; böylece her thread'i kendiniz okumak zorunda kalmadan teknik kilometre taşlarını gürültüden ayırabilirsiniz.