Was ist Datenverfügbarkeit?

Was bedeutet Datenverfügbarkeit in der Kryptowirtschaft?

Die Datenverfügbarkeit (DA) stellt sicher, dass die Daten in einem Kryptonetz für die Validierung zugänglich sind, ohne dass sie dauerhaft gespeichert werden müssen. Anstatt Daten auf unbestimmte Zeit zu speichern, geht es bei der Datenverfügbarkeit um den Nachweis, dass die Daten verfügbar sind und von jedem, der sie benötigt, abgerufen werden können.

Dieser Ansatz senkt die Speicherkosten, da die Daten nur für eine begrenzte Zeit zugänglich sein müssen. So wurden beispielsweise mit dem Ethereum-Upgrade 4844 "Blobs" eingeführt und eine Technik namens Data Availability Sampling (DAS) verwendet, die die Skalierbarkeit erheblich verbessert.

Dadurch können Ethereum und andere Layer 1 beträchtlich mehr Daten zur Verfügung stellen, während gleichzeitig eine hohe Garantie besteht, dass bei Bedarf auf sie zugegriffen werden kann. Letztendlich trägt DA dazu bei, die Datenverarbeitung von Ethereum zu maximieren, indem es die Speicherkosten reduziert und die Kapazität für zukünftige Transaktionen verbessert.

Ein weiterer wichtiger Bestandteil von DA ist die Modularität, die die Rollen von Konsens, Ausführung und Datenverfügbarkeit trennt und es Schicht-2-Systemen ermöglicht, die Ausführung außerhalb der Kette zu übernehmen und gleichzeitig die Ethereum-Infrastruktur für die Verifizierung von Daten zu nutzen, ohne sie direkt auf der Hauptkette speichern zu müssen.

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Wie funktioniert die Datenverfügbarkeit?

Datenverfügbarkeitsmechanismen stellen sicher, dass Transaktionsdaten im gesamten Blockchain-Netzwerk verbreitet werden und überprüfbar sind, um sowohl die Herausforderungen der Skalierbarkeit als auch der Zuverlässigkeit zu bewältigen.

• Replikation und Redundanz: Die Daten werden über mehrere Knoten repliziert, wobei entweder vollständige oder teilweise Datensätze gespeichert werden. Techniken wie 2D Reed-Solomon gewährleisten die Wiederherstellung von Daten, selbst wenn Teile fehlen.
• Konsens und Datenverfügbarkeit: Konsensmechanismen stellen sicher, dass sich alle Knoten über die Datenverfügbarkeit einig sind, so dass Angriffe auf die Vorenthaltung von Daten verhindert und die Datenkonsistenz gewahrt wird.
• Kryptoökonomische Anreize: Knoten werden mit Transaktionsgebühren oder inflationären Belohnungen belohnt, um die Datenverfügbarkeit aufrechtzuerhalten und die Dezentralisierung und Netzwerksicherheit zu unterstützen.
• Knotenpunkt-Verbreitung: Vollständige Knoten verteilen die Daten über das Netz und gewährleisten die Verfügbarkeit für die Validierung. So kann jeder Teilnehmer bei Bedarf auf die Daten zugreifen und sie überprüfen.
• Spezialisierte DA-Schichten: DA-Schichten wie Celestia kümmern sich um die Datenverfügbarkeit und implementieren Techniken wie Merkle-Beweise und Light Node Sampling, um die Datenüberprüfung zu verbessern.

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Was ist eine Datenverfügbarkeitsschicht (DAL)?

Data Availability Layer (DAL) ist eine spezielle Blockchain, die diese DA-Funktionalität bereitstellt und eine dezentrale Überprüfung durch Methoden wie Data Availability Sampling (DAS) ermöglicht, um sicherzustellen, dass jeder Daten effizient überprüfen kann, ohne sich auf vertrauenswürdige Dritte verlassen zu müssen.

Es gibt zwei Hauptarten von DALs: Data Availability Sampling (DAS) und Data Availability Committees (DACs). Die DAS verwendet dezentralisierte statistische Methoden zur Validierung der Datenverfügbarkeit, während die DACs sich auf eine vertrauenswürdige Gruppe von Einrichtungen verlassen, um die Datenintegrität zu gewährleisten.

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Datenverfügbarkeitsstichproben (DAS)

Die DAS verwendet statistische Stichproben, um die Datenverfügbarkeit zu überprüfen, ohne dass die Knoten ganze Datensätze herunterladen und speichern müssen. Dieser Ansatz eignet sich besonders für dezentrale Netze mit Skalierungsanforderungen.

• Zufallsstichproben: Leichte Knoten fordern nach dem Zufallsprinzip kleine Teile der Daten an, um die Integrität und Verfügbarkeit des gesamten Datensatzes zu gewährleisten. Indem sie nur eine Teilmenge abfragen, erreichen die Knoten eine hohe Wahrscheinlichkeit, fehlende oder zurückgehaltene Daten zu entdecken.
• Skalierbarkeit: DAS minimiert die Datenübertragungs- und -speicherbelastung der einzelnen Knoten und ermöglicht die Skalierung des Netzwerks unter Beibehaltung der Dezentralisierung.
• Dezentralisierung: Durch den Wegfall der Abhängigkeit von vertrauenswürdigen Vermittlern gewährleistet DAS einen vertrauensfreien Betrieb und entspricht den Kernprinzipien der Blockchain.
• Fortgeschrittene Mechanismen: Techniken wie die 2D-Reed-Solomon-Löschkodierung verbessern die DAS, indem sie Lichtknoten in die Lage versetzen, ganze Datensätze aus abgetasteten Fragmenten wiederherzustellen.
• Beschränkungen: DAS kann anfällig für Angriffe sein, bei denen Daten zurückgehalten werden, wenn Angreifer Stichprobenmuster vorhersagen und manipulieren. Außerdem hängt die Wirksamkeit der DAS von einer ausreichenden Anzahl ehrlicher Knoten ab, die Stichproben durchführen.

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Ausschüsse für Datenverfügbarkeit (DACs)

DACs umfassen eine bestimmte Gruppe vertrauenswürdiger Stellen, die für die Validierung und die Gewährleistung der Verfügbarkeit von Transaktionsdaten verantwortlich sind. Bei diesem zentralisierten Ansatz wird eine gewisse Dezentralisierung gegen Effizienz eingetauscht.

• Effizienz: DACs reduzieren die Rechen- und Bandbreitenanforderungen an das Netz und ermöglichen eine schnellere Datenüberprüfung und -verarbeitung.
• Vertrauensmodell: Die Teilnehmer müssen darauf vertrauen, dass der Ausschuss ehrlich handelt und die Datenintegrität wahrt. Dies führt zu einer Zentralisierung, die möglicherweise nicht mit allen Blockchain-Prinzipien übereinstimmt.
• Risiken der Zentralisierung: Durch die Konzentration der Verantwortung auf eine kleine Gruppe erhöht sich das Risiko von Absprachen oder einzelner Fehlerquellen. Wenn die DAC kompromittiert wird, ist die Sicherheit und Integrität des Netzes gefährdet.
• Anwendungsfälle: DACs werden häufig in genehmigten oder halbzentralisierten Netzwerken eingesetzt, in denen die Annahme von Vertrauen akzeptabel ist, wie z. B. bei Unternehmensanwendungen oder Blockchain-Projekten im Anfangsstadium.
• Hybride Ansätze: Einige Projekte kombinieren DACs mit kryptografischen Garantien, um Risiken zu mindern und das Vertrauen zu stärken, ohne vollständig zu dezentralisieren.

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Datenverfügbarkeit in ZK-Rollups

Die Datenverfügbarkeit ist eine entscheidende Komponente bei Zero Knowledge (ZK) Rollups, die sicherstellt, dass Off-Chain-Transaktionen effektiv validiert werden können. ZK-Rollups komprimieren Transaktionsdaten und stellen sie zusammen mit kryptografischen Beweisen in die Layer-1-Blockchain ein, um die Integrität und Gültigkeit der Daten zu gewährleisten.

Trotz der Verwendung von Zero-Knowledge-Proofs (ZKPs) ist es wichtig, dass die DA bestätigt, dass die zugrunde liegenden Transaktionsdaten für die Überprüfung zugänglich bleiben. Dadurch wird sichergestellt, dass alle Teilnehmer die Zustandsübergänge des Rollups unabhängig voneinander validieren können.

ZK-Rollups unterscheiden sich von Optimistic Rollups in ihren DA-Anforderungen, da sie sich auf kryptografische Garantien und nicht auf Betrugsnachweise stützen. Zu den Strategien für DA in ZK-Rollups gehören Off-Chain-Speichermechanismen und On-Chain-Verpflichtungen.

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Top DA-Projekte

Die Vielseitigkeit der Datenverfügbarkeit zeigt sich in den unterschiedlichen Ansätzen, die die besten DA-Projekte zur Bewältigung von Blockchain-Herausforderungen verfolgen:

• Celestia: Ein modulares DA-Netzwerk, das Konsens und Datenverfügbarkeit entkoppelt und eine skalierbare und effiziente Datenüberprüfung ermöglicht.
• NEAR-Protokoll: Verwendet Sharding, um Daten auf mehrere Knoten zu verteilen, was den Durchsatz erhöht und die Datenverfügbarkeit sicherstellt.
• EigenDA: Ein dezentraler Datenverfügbarkeitsdienst, der auf Ethereum aufbaut und restaked ETH verwendet, um DA-Möglichkeiten für Rollups zu bieten.
• Avail: Eine Datenverfügbarkeitsschicht, die Datenverfügbarkeitsstichproben verwendet, um leichten Knoten zu ermöglichen, Daten zu überprüfen, ohne ganze Datensätze herunterzuladen.
• Lumia: Bietet eine personalisierte Datenverfügbarkeit für die Tokenisierung von Vermögenswerten in der realen Welt und gewährleistet die Integrität und Zugänglichkeit von Transaktionsdaten.

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Der Unterschied zwischen Datenverfügbarkeit und Datenspeicherung

Es ist wichtig, Datenverfügbarkeit und Datenspeicherung nicht zu verwechseln, da sie unterschiedlichen Zwecken dienen. Während die Datenverfügbarkeit die sofortige Verfügbarkeit von Daten für die Validierung sicherstellt, befasst sich die Datenspeicherung mit der Pflege und dem Abruf älterer Daten für die künftige Nutzung.

Bei Nicht-DA-Protokollen kommen die Anreize für die Datenspeicherung oft von externen Stellen, die historische Aufzeichnungen benötigen, wie z. B. Blockexplorer, Indexierer, Anwendungen, Rollups oder Benutzer, die den Zugriff auf ihre Transaktionshistorie garantieren wollen.

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Herausforderungen bei der Sicherstellung der Datenverfügbarkeit

Trotz ihrer entscheidenden Bedeutung steht die Gewährleistung der Datenverfügbarkeit in Blockchain-Systemen vor mehreren Herausforderungen, die sich auf Durchsatz, Sicherheit und Dezentralisierung auswirken:

• Vorenthaltung von Daten: Böswillige Akteure können absichtlich Daten zurückhalten und so verhindern, dass Validierer oder Knotenpunkte auf wichtige Informationen zugreifen können.
• Kompromiss zwischen Skalierbarkeit und Sicherheit: Eine hohe Skalierbarkeit geht oft zu Lasten der Sicherheit, da größere Datensätze schwieriger zu überprüfen und zu speichern sind.
• Technische Einschränkungen: Aufgrund von Ressourcenbeschränkungen ist es für die Knoten schwierig, große Datenmengen effizient zu verwalten und zu übertragen.
• Aufblähung des Speichers: Das exponentielle Wachstum der Transaktionsdaten erhöht die Speicherbelastung der Netzwerkteilnehmer.
• Probleme mit der Interoperabilität: Die Aufrechterhaltung einer einheitlichen Datenverfügbarkeit über verschiedene Blockchain-Netzwerke hinweg bleibt eine komplexe Herausforderung.
• Überprüfungsaufwand: Die Validierung großer Datensätze erfordert erhebliche Rechenressourcen, was zu Verzögerungen und Ineffizienzen führt.
• Komplexität der Dezentralisierung: Die Aufrechterhaltung eines dezentralen Netzwerks bei gleichzeitiger Skalierung der Datenverfügbarkeitssysteme ist ein heikles Gleichgewicht, das mit technischen Hürden verbunden ist.

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Unterm Strich

Das Verständnis der Datenverfügbarkeit kann zunächst komplex sein, aber im Wesentlichen geht es darum, sicherzustellen, dass die Transaktionsdaten bei Bedarf für die Validierung zugänglich sind, ohne sie dauerhaft zu speichern.

Sie ermöglicht es Blockchain-Netzwerken, Transaktionen effizient zu verifizieren, indem sie sicherstellt, dass die Daten nur für kurze Zeit verfügbar sind und die Speicherkosten minimiert werden.

Auch wenn die DA noch vor Herausforderungen steht, sind wir zuversichtlich, dass die führenden Protokolle in diesem Sektor im Jahr 2025 wichtige Durchbrüche erzielen werden.