Adatelérhetőség

„Ne bízz, ellenőrizd!” – ez az Ethereumban elterjedt alapelv. Az elképzelés lényege, hogy a csomópont önállóan ellenőrizheti a kapott információk helyességét azáltal, hogy végrehajtja a társaitól kapott blokkok összes tranzakcióját, hogy megbizonyosodjon arról, a javasolt változások megegyeznek a csomópont által kiszámítottakkal. Ez azt jelenti, hogy a csomópontoknak nem kell abban bízniuk, hogy a blokk küldői őszinték. Ez nem lehetséges, ha az adatok hiányoznak.

Az adatelérhetőség arra utal, hogy a felhasználó mennyire bízhat abban, hogy a blokk ellenőrzéséhez szükséges adatok valóban rendelkezésre állnak a hálózat minden résztvevőjének. Az Ethereumon L1 rétegén lévő teljes csomópontok esetében ez viszonylag egyszerű; a teljes csomópont letölti az adott blokk összes adatának másolatát – az adatoknak meg kell lennie ahhoz, hogy a letöltés lehetséges legyen. A hiányzó adatokkal rendelkező blokkot ahelyett, hogy hozzáadnák a blokklánchoz, inkább elvetnék. Ez a „láncon belüli adatelérhetőség”, és a monolitikus blokkláncok jellemzője. A teljes csomópontokat nem lehet érvénytelen tranzakciók elfogadására rávenni, mivel minden tranzakciót saját maguk töltenek le és hajtanak végre. A moduláris blokkláncok, a második blokkláncréteget (L2) képviselő összevont tranzakciók és a könnyű ügyfelek esetében azonban az adatok elérhetősége sokkal összetettebb, ami kifinomultabb ellenőrzési eljárásokat igényel.

Előfeltételek

A jelen téma könnyebb megértéséhez érdemes ismerni a blokklánc alapjait, különösen a konszenzusmechanizmusokat. Ez az oldal azt is feltételezi, hogy az olvasó ismeri a blokkok, tranzakciók, csomópontok, skálázási megoldások és kapcsolódó témáit.

Az adatelérhetőség problémája

Az adatok elérhetőségének problémája azt jelenti, hogy az egész hálózat számára bizonyítani kell, hogy a blokkláncba felvett tranzakciós adatok összegzett formája valóban érvényes tranzakciókat képvisel, mindezt anélkül, hogy minden csomópontnak le kellene töltenie az összes adatot. A teljes tranzakciós adat szükséges a blokkok független ellenőrzéséhez, de ha minden csomópontnak le kell töltenie az összeset, az akadályozza a skálázást. Az adatelérhetőség problémájára adott megoldások célja, hogy biztosítékot nyújtsanak arra, hogy a teljes tranzakciós adatot ellenőrzés céljából elérhetővé tették azoknak a résztvevőknek is, akik nem töltik le és tárolják az adatokat saját maguk.

A könnyű csomópontok és az L2 összevont tranzakciók fontos hálózati résztvevők, akiknek erős adatelérhetőségi biztosítékokra van szükségük, de nem tudják letölteni és feldolgozni a tranzakciós adatokat. A könnyű csomópontokat épp az teszi könnyűvé, az összevont tranzakciókat pedig hatékony skálázási megoldássá, hogy nem kell tranzakciós adatokat letölteniük.

Az adatelérhetőség kritikus szempont a jövőbeli „státuszmentes” Ethereum-kliensek számára, amelyeknek nem kell letölteniük és tárolniuk a státuszadatokat a blokkok ellenőrzéséhez. A státuszmentes klienseknek továbbra is biztosnak kell lenniük abban, hogy az adatok rendelkezésre állnak valahol, és hogy azokat megfelelően feldolgozták.

Adatelérhetőségi megoldások

Adatelérhetőség-mintázás (DAS)

Az adatelérhetőség-mintázás (DAS) egy módja annak, hogy a hálózat ellenőrizze, hogy az adatok rendelkezésre állnak-e anélkül, hogy túl nagy terhelést jelentene az egyes csomópontoknak. Minden csomópont (beleértve azokat is, amelyek nem helyeznek letétbe) letölti az összes adat véletlenszerűen kiválasztott, kis részhalmazát. A minták sikeres letöltése nagy biztonsággal megerősíti, hogy az összes adat rendelkezésre áll. Ez adattörlési kódolásra támaszkodik, amely egy adott adatkészletet redundáns információkkal bővít (azáltal, hogy egy polinomiális függvényt illesztünk az adatokra, és ezt a polinomiálist további pontokon értékeljük ki). Ez lehetővé teszi, hogy szükség esetén a redundáns adatokból vissza lehessen állítani az eredeti adatokat. Az adatlétrehozás következménye, hogy ha az eredeti adatok közül bármi hiányzik, akkor a kibővített adatok felét sem kapjuk meg! Az egyes csomópontok által letöltött adatminták mennyiségét be lehet úgy állítani, hogy nagy valószínűséggel hiányozzon legalább egy a kliensek által mintavételezett adatfragmentumok közül, ha a csomópont az összes adatnak csak kevesebb mint a felét tárolja.

A DAS annak biztosítására fog szolgálni, hogy az összevonttranzakció-üzemeltetők a teljes Danksharding bevezetését követően rendelkezésre bocsássák tranzakciós adataikat. Az Ethereum-csomópontok véletlenszerű mintát vesznek a blobokban megadott tranzakciós adatokból a fent ismertetett redundanciaséma segítségével, hogy az összes adat meglétét biztosítsák. Ugyanezt a technikát lehetne alkalmazni arra is, hogy a blokkgyártók minden adatukat elérhetővé tegyék, így biztosítsák a könnyű kliensek működését. Hasonlóképpen, a javaslattevő-építő szétválasztása esetén csak a blokképítőnek kell feldolgoznia egy teljes blokkot, a validátorok az adatok elérhetőségét mintavételezéssel ellenőriznék.

Adatelérhetőségi bizottságok

Az adatelérhetőségi bizottságok (DAC) olyan megbízható felek, amelyek az adatok rendelkezésre állását biztosítják vagy tanúsítják. A DAC-k használhatók DAS helyett, vagy azzal kombinálva(opens in a new tab). A bizottságokkal járó biztonsági garanciák a konkrét felállítástól függenek. Az Ethereum a validátorok véletlenszerűen kiválasztott részhalmazait használja például a könnyű csomópontok adatelérhetőségének igazolására.

A DAC-ket egyes validiumok is használják. A DAC egy megbízható csomópontokból álló csoport, amely offline tárolja az adatok másolatait. A DAC köteles az adatokat vita esetén rendelkezésre bocsátani. A DAC tagjai láncon belüli tanúsítványokat is közzétesznek annak igazolására, hogy az említett adatok valóban rendelkezésre állnak. Egyes validiumok a DAC-k helyébe a proof-of-stake (PoS) validátorrendszert léptetik. Itt bárki validátorrá válhat, és tárolhatja az adatokat a láncon kívül. Ehhez azonban „kötvényt” kell nyújtaniuk, amelyet egy okosszerződésben helyeznek letétbe. Rosszindulatú viselkedés esetén, például ha a validátor visszatartja az adatokat, a kötvény mértékében megbüntethető a szereplő. A proof-of-stake adatelérhetőségi bizottságok lényegesen biztonságosabbak, mint a hagyományosak, mivel közvetlen módon ösztönznek jóhiszemű viselkedésre.

Adatelérhetőség és a könnyű csomópontok

A könnyű csomópontoknak a blokkadatok letöltése nélkül kell ellenőrizniük a kapott blokkfejlécek helyességét. Ennek a könnyű jellegnek az az ára, hogy nem tudják függetlenül ellenőrizni a blokkfejléceket úgy, ahogy egy teljes csomópont teszi azáltal, hogy helyben újrafuttatja a tranzakciókat.

Az Ethereum a könnyű csomópontok egy szinkronizálási bizottsághoz rendelt 512 validátor véletlenszerű halmazára vannak utalva. A szinkronizálási bizottság DAC-ként működik, amely kriptográfiai aláírással jelzi a könnyű klienseknek, hogy a fejlécben szereplő adatok helyesek. A Szinkronizálási bizottság minden nap frissül. Minden blokkfejléc figyelmezteti a könnyű csomópontokat, hogy melyik validátoroktól várják a következő blokk aláírását, így nem lehet őket rászedni, hogy megbízzanak egy rosszindulatú csoportban, amely szinkronizálási bizottságnak adja ki magát.

Mi történik akkor, ha egy támadó valahogyan egy hamis blokkfejlécet továbbít a könnyű klienseknek, és meggyőzi őket arról, hogy azt egy becsületes szinkronizálási bizottság írta alá? Ebben az esetben a támadó érvénytelen tranzakciókat is betehet, és a könnyű kliens elfogadja azokat, mivel nem ellenőrzi független módon a blokkfejlécbe foglalt összes státuszváltozást. Ez ellen a könnyű kliens csalási bizonyítékokat használhat.

Ezek a csalási bizonyítékok úgy működnek, hogy egy teljes csomópont, ha látja, hogy egy érvénytelen státuszváltozásról pletykálnak a hálózatban, gyorsan létrehozhat egy kis adatot, amely bizonyítja, hogy a javasolt státuszváltozás nem származhat egy adott tranzakcióhalmazból, és ezt az adatot továbbítja a társainak. A könnyű csomópontok felkaphatják ezeket a csalási bizonyítékokat, és felhasználhatják azokat a rossz blokkfejlécek elvetésére, így biztosítva, hogy ugyanabban a helyes láncban maradjanak, mint a teljes csomópontok.

Ennek feltétele, hogy a teljes csomópontok hozzáférjenek a teljes tranzakciós adatokhoz. Egy olyan támadó, aki rossz blokkfejlécet küld szét, és a tranzakciós adatokat sem teszi elérhetővé, képes lenne megakadályozni, hogy a teljes csomópontok csalási bizonyítékokat generáljanak. A teljes csomópontok képesek lennének figyelmeztetést adni egy rossz blokkról, de nem tudnák a figyelmeztetésüket bizonyítékkal alátámasztani, mert az adatok nem álltak rendelkezésre, hogy a bizonyítékot legenerálják!

Erre az adatelérhetőségi problémára a DAS a megoldás. A könnyű csomópontok a teljes státuszadat kis véletlenszerű darabjait töltik le, és a minták segítségével ellenőrzik, hogy a teljes adatkészlet rendelkezésre áll-e. Kiszámítható annak tényleges valószínűsége, hogy N véletlenszerű darab letöltése után tévesen feltételezzük a teljes adatelérhetőséget (100 darab esetén az esély 10^-30(opens in a new tab), azaz hihetetlenül valószínűtlen).

Még ebben a forgatókönyvben is előfordulhat, hogy a véletlenszerű adatkéréseket végző kliensek előtt észrevétlen marad az, ha csak néhány bájtot tartanak vissza a támadások során. A törléskódolás ezt úgy oldja meg, hogy rekonstruálja a hiányzó kis adatdarabokat, amelyek felhasználhatók a javasolt státuszváltozások ellenőrzésére. Ezután a rekonstruált adatok felhasználásával csalási bizonyítékot lehetne készíteni, amely megakadályozza, hogy a könnyű csomópontok rossz fejléceket fogadjanak el.

Megjegyzés: A DAS és a csalási bizonyítékok még nem kerültek bevezetésre a proof-of-stake Ethereum könnyű kliensek számára, de szerepelnek az útitervben, valószínűleg ZK-SNARK alapú bizonyítékok formájában. A mai könnyű kliensek a DAC egy formájára támaszkodnak: ellenőrzik a szinkronizálási bizottság személyazonosságát, majd megbíznak a kapott aláírt blokkfejlécekben.

Adatelérhetőség és L2 összevont tranzakciók

Az L2 skálázási megoldások, mint például az , csökkentik a tranzakciós költségeket és növelik az átvitelt az Ethereumon a tranzakciók láncon kívüli feldolgozásával. Az összevont tranzakciók tömörített formában és kötegekben kerülnek az Ethereumra. A kötegek több ezer egyedi, láncon kívüli tranzakciót jelentenek egyetlen tranzakcióban az Ethereumon. Ez csökkenti a torlódást az alaprétegen és a felhasználók díjait.

Az Ethereumba küldött „összefoglaló” tranzakciókban azonban csak akkor lehet megbízni, ha a javasolt státuszváltozás független módon ellenőrizhető és megerősíthető, hogy az az összes láncon kívüli tranzakció alkalmazásának eredménye. Ha az összevonttranzakció-üzemeltetők nem teszik elérhetővé a tranzakciós adatokat ehhez az ellenőrzéshez, akkor hibás adatokat küldhetnek az Ethereumba.

Az optimista összevont tranzakciók tömörített tranzakciós adatokat küldenek az Ethereumba, és várnak egy bizonyos ideig (általában 7 napig), hogy független ellenőrök ellenőrizhessék az adatokat. Ha valaki problémát észlel, létrehozhat egy csalási bizonyítékot, és azt felhasználhatja az összevont tranzakciók megkérdőjelzésére. Ez azt eredményezi, hogy a lánc visszafordul és elveti az érvénytelen blokkot. Ez csak akkor lehetséges, ha az adatok rendelkezésre állnak. Jelenleg az optimista rollupok kétféle módon vihetnek tranzakciós adatokat az L1-re. Néhány rollup az adatokat CALLDATA formában állandóan elérhetővé teszi, amelyek folyamatosan elérhetők a láncon belül. Az EIP-4844 bevezetése lehetővé teszi, hogy az összevont tranzakciók a tranzakciós adataikat az olcsóbb blobtárolóba tegyék. Ez nem állandó tárhely. A független ellenőröknek kb. 18 napon belül le kell kérdezniük a blobokat, és jelezniük kell az esetleges problémáikat, mielőtt az adatok törlődnek az Ethereum (L1) rétegről. Az adatok elérhetőségét az Ethereum-protokoll csak erre a rövid, rögzített időablakra garantálja. Ezután az időpont után az Ethereum ökoszisztémában más szereplők felelőssége lesz. Bármely csomópont ellenőrizheti az adatelérhetőséget a DAS segítségével, vagyis a blobadatok kis, véletlenszerű mintáinak letöltésével.

A zero-knowledge (ZK) összevont tranzakcióknak nem kell tranzakciós adatokat közzétenniük, mivel a garantálják a státuszváltozások helyességét. Az adatok elérhetősége azonban még mindig probléma, mivel nem lehet garantálni a ZK összevont tranzakció működését (és nem is tudunk vele interakcióba lépni), ha nem ismerjük a releváns státuszadatokat. A felhasználók például nem ismerhetik meg egyenlegüket, ha az üzemeltető visszatartja az összevont tranzakciókból következő státusz részleteit. Emellett nem tudnak státuszfrissítéseket végrehajtani az újonnan hozzáadott blokk információival.

Az adatelérhetőség és az adatvisszakereshetőség összehasonlítása

Az adatelérhetőség különbözik az adatok visszakereshetőségétől. Az adatelérhetőség annak biztosítása, hogy a teljes csomópontok képesek hozzáférni és ellenőrizni az adott blokkhoz kapcsolódó tranzakciók teljes halmazát. Ebből nem feltétlenül következik, hogy az adatok örökre hozzáférhetők.

Az adatok visszakereshetősége a csomópontok azon képessége, hogy historikus információkat tudnak visszakeresni a blokkláncból. Ezekre a múltbeli adatokra nincs szükség az új blokkok ellenőrzéséhez, csak a teljes csomópontok szinkronizálásához a Genesis blokkból vagy bizonyos múltbeli kérések kiszolgálásához.

Az Ethereum alapprotokollja elsősorban az adatelérhetőséggel foglalkozik, nem a visszakereshetőséggel. Az adatok visszakereshetőségét harmadik felek által üzemeltetett archiváló csomópontok kis halmaza is biztosíthatja, vagy a hálózaton belül decentralizált fájltárolás, mint például a Portal Network(opens in a new tab).