Data availability, Celestia e Polygon Labs

Data Availability

La Data Availability si colloca nel macro discorso della scalabilità dei layer 1, i quali faticano a processare la grande quantità di dati che con il panorama di rollup in espansione vengono prodotti.

Lo stesso Ethereum si sta muovendo verso la creazione di uno spazio nei blocchi dedicato ai dati dei rollup (abbiamo parlato del Proto-Danksharding in uno dei nostri appuntamenti settimanali del giovedì).

Dove però il player principale lascia un buco di mercato, la competizione libera di questo settore tende a proporre soluzioni in maniera tempestiva; qui è dove si colloca Celestia, il primo layer di Data Availability.

Celestia fornisce uno spazio dedicato ai rollup per poter pubblicare i dati dei batches e verificarli tramite un sistema di light node e di Data Availability Sampling.

Il Data Availability Sampling è un’innovazione importante nel contesto della decentralizzazione dei sistemi blockchain, dato che permette di verificare la disponibilità dei dati senza dover scaricare tutto il blocco ma semplicemente controllando una porzione ridotta del pacchetto di dati.

Uso spesso questo esempio per spiegare questo concetto: se un insegnante volesse controllare che i propri studenti abbiano effettivamente eseguito i compiti a casa, al posto che controllare tutti gli esercizi di ogni studente, potrebbe fare una selezione a campione; più campioni controllerà più sarà certo che gli studenti abbiano eseguito i compiti assegnati.

Allo stesso modo funziona la DAS: i client controllano i c.d. chunk dei blocchi dei rollup, i quali richiedono potenza computazionale e di storage decisamente ridotta, così facendo possono essere sicuri che i blocchi sono stati effettivamente pubblicati nella loro interezza senza dover scaricare l’intero blocco.

Oggi non parleremo solo di Celestia ma di un’altra fornace di innovazioni protagonista rispetto alla scalabilità di Ethereum, ossia Polygon Labs. Queste due realtà hanno recentemente annunciato una collaborazione che punta a cambiare il panorama della creazione di rollup.

“Ecco il momento della banda larga per il Web3” ha dichiarato Sandeep Nailwal, co-fondatore di Polygon. “La capacità di lanciare facilmente un layer 2 di Ethereum ad alto throughput alimentato da Zero-Knowledge (ZK), paragonabile alla facilità con cui si crea uno smart contract, farà per l’adozione della blockchain ciò che la fibra ad alta velocità ha fatto per le applicazioni Web2”.

Nasce così la partnership tra Polygon CDK e Celestia.

Celestia

Di Celestia abbiamo parlato ampiamente in diverse occasioni, oggi quindi cercheremo di spiegare il suo ruolo nell’assist alla Data Availability e nel campionato delle blockchain modulari, con un esempio calcistico molto interessante recuperato dalla documentazione ufficiale.

Sappiamo che i principali compiti delegati alle blockchain sono esecuzione, settlement, data availability e consenso. Cerchiamo ora di spiegarli in maniera semplice con riferimenti allo sport preferito e più seguito dagli italiani, così da fare chiarezza utilizzando termini e similitudini conosciute.

L’esecuzione può essere descritta come se due squadre di calcio di diverse nazionalità, durante la coppa del mondo si trovano a giocare con le stesse regole così da poter permettere all’arbitro di condurre la partita in maniera lineare e di stabilire il vincitore e il risultato finale così da poterlo pubblicare sul tabellone cosicché chi volesse saperlo non sarebbe costretto a rivedere tutta la partita.

All’interno delle blockchain rappresenta quel set di regole che permette di raggiungere un risultato finale verificabile da tutti e consultabile anche senza dover analizzare tutte le operazioni che hanno portato al cambio di stato.

Il Settlement è il metodo di risoluzione delle controversie durante la partita, come quando viene segnato un gol al limite del fuorigioco o dopo che in area avviene un contatto irregolare e viene assegnato un rigore. Nel caso in cui ci sia grande discussione in campo, l’arbitro ferma la partita e controlla il replay tramite moviola e prende una decisione secondo le regole condivise, così da poter riprendere la partita essendo tutti d’accordo sull’accaduto.

Nell’ecosistema blockchain questo avviene in modo similare, quando viene contestata una transazione si verificano le basi per cui questa è stata inoltrata alla rete e, se risulta essere un tentativo malevolo o frutto di un errore, questa viene rigettata e la rete prosegue senza tenerla in considerazione.

Il Consenso può essere immaginato come la discussione che avviene tra due amici che stanno guardando una partita di calcio. Se stanno guardando la stessa partita sarà facile trovare un punto d’accordo dato che i dati da considerare sono gli stessi e tipicamente il risultato è inequivocabile, viceversa sarà impossibile stabilire un punto di vista comune se si stanno osservando due partite differenti.

Così avviene anche nelle blockchain, essere d’accordo sull’ordine delle transazioni e sulla loro correttezza è tipicamente semplice se si sta guardando lo stesso registro distribuito e che coinvolge gli stessi attori e rispetta le medesime regole. Se si osservano due blockchain differenti questo sarà chiaramente impossibile.

La Data availability può essere semplificata pensando ad una situazione utopica in cui la partita di calcio in questione, che viene giocata nella tua città, va sold out e tu non riesci effettivamente ad andarla a vedere. Inoltre succede un altro fatto insolito, ossia che la partita non viene registrata e i risultati non vengono pubblicati online né sui giornali. Questo porta ad una situazione in cui per sapere il risultato della partita dovrai chiedere a chi era presente durante il match e fidarti della sua risposta, dove chiunque potrebbe mentire sul vincitore effettivo, sui marcatori o su qualsiasi altro dettaglio.

In materia di blockchain la DA rappresenta proprio il compito di registrare e pubblicare i dati relativi alle varie transazioni avvenute on chain o tramite i rollup, in modo che non ci siano casi in cui sia necessario fidarsi di terzi spettatori ma si possa verificare in autonomia il risultato e gli attori coinvolti nelle transazioni.

Come vi sembrano ora le suddivisioni dei compiti blockchain in tema modularità? Immagino sia tutto più chiaro e comprensibile, perciò possiamo tornare all’argomento centrale di oggi, ossia la collaborazione tra Celestia e Polygon Labs.

Polygon Labs

Abbiamo chiarito più nel dettaglio qual è il compito di Celestia in ambito modularità. Ora dobbiamo aggiornare il pubblico sulle recenti innovazioni che Polygon sta perseguendo con il suo modello CDK e la rivoluzione ZK.

Il principale dilemma che il laboratorio di sviluppo di casa Polygon ha dovuto affrontare è stato proprio scegliere tra soluzioni rollup o soluzioni validium.

Entrambe le soluzioni vengono prese in considerazione tramite la tecnologia Zero Knowledge per la validazione dello stato dei rollup, tramite appunto le ZK proofs. La differenza principale sta nel costo di pubblicazione di queste prove, elevato sul layer 1 e nettamente più accessibile sul Data Availability layer dedicato.

Le soluzioni rollup provvedono a fornire il massimo livello di sicurezza, dato che i dati vengono direttamente riportati sulla rete principale (questo ovviamente comporta la dipendenza dai costi del L1).

Le soluzioni Validium o Celestium in questo caso aumentano i point of failure introducendo una nuova entità verso cui riporre la fiducia, i DA layer, i quali però possono fornire un livello di scalabilità dei costi decisamente più elevata in quanto forniscono block space dedicato alla pubblicazione dei dati delle transazioni.

Quello che oggi ci interessa approfondire maggiormente è il Development Kit sviluppato per fornire un framework di creazione di rollup standardizzato, che permetta agli sviluppatori di creare il proprio ZK rollup con facilità utilizzando le tecnologie esistenti in maniera flessibile e modulare.

Un altro aspetto fondamentale che viene introdotto dalla nascita di Polygon 2.0 è un ambiente unificato di messaggistica che renda le varie chain interoperabili e garantisca transazioni atomiche, il tutto fondendo diverse prove ZK provenienti da chain diverse.

Questo può essere fatto grazie ad un ambiente comune di aggregazione di messaggi e prove, così da permettere di verificarli tramite la tecnologia ZK, con la creazione di un Merkle Tree e di queste prove riportare il risultato su chain principale, costruendo un sistema di liquidità unificata che elevi alla potenza la user experience degli utenti sui vari rollup.

Polygon CDK & data availability

La fusione delle tecnologie di Celestia e di Polygon CDK permetterà quindi la creazione di Validium ZK in grado di interoperare tra di loro in maniera fluida ed economica, rendendo lo sviluppo e l’operatività paralleli ad Ethereum estremamente economici e scalabili.

Il DA Layer di Celestia permette già di ridurre notevolmente il costo delle transazioni dei L2 di Ethereum e, grazie all’aumento dell’adozione di questa tecnologia, sarà possibile potenziare il DAS e quindi aumentare la sicurezza complessiva dell’ecosistema.

Ricordate: più esercizi l’insegnante controlla a campione più aumenta la certezza che gli studenti abbiano fatti i compiti a casa, ergo, più Light Node partecipano al Sampling dei dati prodotti dai Validium più si è certi che questi abbiano pubblicato tutti i dati.

Il flusso operativo di Celestia e Polygon CDK in sostanza procederà come segue:

1. Batching: Una volta pronto il batch prodotto dal Validium questo verrà inviato al DA Layer per ottenere l’hash che ne permetta la verifica;
2. Data validation and storage: I nodi del DA Layer verificano e conservano i dati delle transazioni e gli hash per futuri controlli;
3. Signature generation: Il DA layer produce una firma che garantisce l’integrità e la presenza dei dati relativi alle transazioni a lui delegate;
4. Signature verification: Il sequencer colleziona le firme e gli hash e li gira allo smart contract dedicato su Ethereum per la verifica;
5. Verification: Lo smart contract su Ethereum verifica che le firme siano valide e che i batches abbiano ottenuto un livello sufficiente di conferme tramite DAS, così da ritenere garantita l’effettiva disponibilità dei dati;
6. Signature confirmation: Una volta che lo smart contract approva la validità delle firme il tutto verrà passato all’aggregatore, il quale genererà la ZK proof che sarà il dato effettivamente postato su Ethereum a conferma della validità del batch di transazioni prodotto dal validium e disponibile sul DA Layer.

Conclusioni

La collaborazione tra questi due leader della scalabilità ci prospetta un futuro roseo capace di rendere alla portata di tutti la creazione, e quindi l’utilizzo, di soluzioni ZK in grado di abbassare notevolmente i costi per la rete di Ethereum.

Non dimentichiamo che Celestia è in diretta competizione per rubare il ruolo di DA Layer ad Ethereum e che non è detto che riuscirà nell’impresa di creare un effettivo trust network sufficiente a preferirlo come luogo di pubblicazione dei dati. C’è da dire che finchè non verranno proposte soluzioni da Ethereum stesso per abbassare il costo della pubblicazione dei dati sul proprio Layer-1, Celestia rimane la frontiera della scalabilità che ogni rollup ambisce ad ottenere.

La sfida tra Rollup e Validium non è mai stata così accesa. Resta all’utenza finale l’ardua scelta nel preferire la sicurezza di Ethereum o il costo ridotto di un Data Availability layer specializzato.

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