PeerDAS sẽ cải thiện khả năng sẵn có dữ liệu của Ethereum như thế nào?

Để đảm bảo quản lý dữ liệu hiệu quả và xác minh an toàn, Ethereum đã phát triển từ DA đến DAS, cuối cùng giới thiệu PeerDAS.

Tác giả: 0XNATALIE

Tại cuộc họp các nhà phát triển Ethereum gần đây, đã có cuộc thảo luận về đề xuất chia hard fork Pectra của Ethereum thành hai phần. Đề xuất này trước đây từng bị bác bỏ vì lo ngại sẽ làm trì hoãn nâng cấp cây Verkle. Tuy nhiên, trong cuộc họp lần này, các nhà phát triển lại đưa ra ý tưởng này vì họ muốn bổ sung thêm nhiều đề xuất cải tiến (EIP) vào đợt fork Pectra. Đề xuất chia hard fork thành hai phần: phần đầu tiên sẽ bao gồm tất cả các EIP hiện có trên Pectra Devnet 3, phần fork thứ hai sẽ bao gồm EOF (EVM Object Format) và PeerDAS. Để hiểu rõ hơn về PeerDAS, trước tiên chúng ta hãy bắt đầu từ khái niệm cơ bản về khả năng truy cập dữ liệu (data availability).

DA: Đảm bảo các node truy cập được dữ liệu on-chain

Khả năng truy cập dữ liệu (Data Availability, DA) là việc đảm bảo rằng các block được đề xuất bởi block proposer, cùng với tất cả dữ liệu giao dịch trong block đó, có thể được các thành viên khác trong mạng truy cập và lấy về một cách hiệu quả. DA là một yếu tố then chốt đối với sự an toàn của blockchain, bởi nếu dữ liệu không khả dụng, dù block hợp lệ, các node khác cũng không thể xác minh nội dung của nó, có thể dẫn đến vấn đề đồng thuận và tấn công mạng. Ví dụ, kẻ tấn công có thể chỉ công bố một phần dữ liệu của block, khiến các node khác không thể xác minh.

Khi một block mới được phát sóng, tất cả các node tham gia sẽ tải xuống và xác minh dữ liệu của block. Mô hình này khả thi khi quy mô mạng còn nhỏ, nhưng khi blockchain ngày càng phát triển, lượng dữ liệu sẽ trở nên rất lớn, mỗi node phải lưu trữ ngày càng nhiều, kéo theo yêu cầu phần cứng tăng lên. Để các light node (như thiết bị di động hoặc máy tính cá nhân) cũng có thể tham gia xác minh block, blockchain đã áp dụng công nghệ sharding.

Sharding là việc chia toàn bộ mạng blockchain thành nhiều phần nhỏ gọi là "shard". Mỗi shard chỉ xử lý phần dữ liệu của mình, không cần xử lý toàn bộ dữ liệu của blockchain. Do đó, một node chỉ cần xử lý dữ liệu của shard mà nó thuộc về. Tuy nhiên, mỗi shard chỉ xử lý một phần dữ liệu, đồng nghĩa các node ở shard khác không thể truy cập trực tiếp toàn bộ dữ liệu. Vậy làm sao đảm bảo dữ liệu trong shard là khả dụng, và các node khác có thể xác minh tính hợp lệ của dữ liệu này? Ví dụ, một node của shard công bố một block mới tạo ra, nhưng nó có thể chỉ công bố một phần dữ liệu. Nếu các node khác không thể lấy toàn bộ dữ liệu của block, họ sẽ không thể xác minh block đó có hợp lệ hay không.

DAS: Xác minh tính khả dụng của dữ liệu toàn bộ thông qua kiểm tra một phần

Để giải quyết vấn đề khả dụng dữ liệu trong sharding, công nghệ Data Availability Sampling (DAS) đã được đề xuất, với ý tưởng cốt lõi là xác minh tính khả dụng của dữ liệu block thông qua việc lấy mẫu, không yêu cầu mỗi node phải lưu trữ hoặc tải xuống toàn bộ dữ liệu của block.

Data Availability Sampling cho phép các node chỉ cần lấy ngẫu nhiên một phần dữ liệu trong block để xác minh tính khả dụng của dữ liệu. Nếu node có thể lấy và xác minh thành công các đoạn dữ liệu ngẫu nhiên này, có thể suy ra toàn bộ dữ liệu của block là khả dụng.

Để hỗ trợ xác minh lấy mẫu này, dữ liệu block thường sẽ sử dụng mã hóa RS. Loại mã hóa này cho phép khôi phục toàn bộ dữ liệu ngay cả khi bị mất một phần dữ liệu. Do đó, ngay cả khi node chỉ tải xuống một phần dữ liệu của block, vẫn có thể suy luận và xác nhận tính hợp lệ của toàn bộ dữ liệu block. DAS giúp giảm lượng dữ liệu mà mỗi node cần xử lý, cho phép các light node cũng tham gia xác minh block.

Lớp DA như Celestia cũng áp dụng các công nghệ này. Chủ yếu liên quan đến RS encoding + validity proof + DAS.

• RS encoding (Reed-Solomon Encoding): Phương pháp mã hóa này cho phép các node chỉ nhận được một phần các đoạn dữ liệu vẫn có thể tái tạo toàn bộ khối dữ liệu. Nó tương tự như mã sửa lỗi, có khả năng chịu lỗi nhất định, ngay cả khi mất một phần dữ liệu, phần còn lại vẫn đủ để tái tạo dữ liệu hoàn chỉnh.
• Validity Proof (Bằng chứng hợp lệ): Sử dụng zero-knowledge proof để đảm bảo dữ liệu không bị lỗi trong quá trình mã hóa và truyền tải. Nếu xác minh thành công, có thể giải mã toàn bộ dữ liệu một cách chính xác.
• DAS (Data Availability Sampling): Các light node lấy mẫu ngẫu nhiên một phần các đoạn mã hóa RS trong block, xác minh tính khả dụng của các đoạn này, từ đó suy ra toàn bộ khối dữ liệu là khả dụng.

PeerDAS: Các node hợp tác xác minh dữ liệu

PeerDAS là một cách triển khai cụ thể của DAS, sử dụng mạng ngang hàng (peer-to-peer network) để thực hiện Data Availability Sampling. Mạng ngang hàng là mạng gồm nhiều node, các node giao tiếp trực tiếp với nhau. Trong DAS, mỗi node tự thực hiện xác minh lấy mẫu dữ liệu một cách độc lập, còn PeerDAS tối ưu hóa quy trình này bằng cách cho phép các node hợp tác chia sẻ và xác minh dữ liệu trong block, nâng cao hiệu quả xác minh. Các node không còn hoạt động biệt lập mà có thể chia sẻ nhiệm vụ và kết quả xác minh dữ liệu, có thể dựa vào dữ liệu đã được xác minh bởi các node khác. Nhờ vậy, các node không phải tự mình gánh vác toàn bộ công việc xác minh, mà có thể hợp tác chia sẻ nhiệm vụ, giảm tải cho từng node. Ngoài ra, xác minh hợp tác còn làm tăng độ khó khi muốn sửa đổi dữ liệu, kẻ tấn công phải đồng thời tác động đến nhiều node xác minh mới có thể sửa đổi dữ liệu thành công.

Hiện tại, theo cuộc họp mới nhất của Ethereum về PeerDAS, nhóm Lighthouse của Ethereum client đã hợp nhất nhánh DAS vào nhánh chính và đang tiến hành kiểm thử để đảm bảo tương thích với PeerDAS. Các nhánh thường được sử dụng để phát triển và kiểm thử các tính năng hoặc cải tiến mới một cách độc lập, việc hợp nhất vào nhánh chính đồng nghĩa với việc tính năng hoặc cải tiến đó đã hoàn thiện và đủ ổn định để tích hợp vào mã nguồn lõi.