Come migliorerà PeerDAS la disponibilità dei dati su Ethereum?

Per garantire una gestione efficiente dei dati e una verifica sicura, Ethereum si è evoluto da DA a DAS, introducendo infine PeerDAS.

Autore: 0XNATALIE

Durante l'ultima riunione degli sviluppatori di Ethereum, è stata discussa la proposta di suddividere l'hard fork Pectra di Ethereum in due parti. Questa proposta era stata precedentemente respinta, poiché si temeva che avrebbe ritardato l'aggiornamento degli alberi Verkle. Tuttavia, in questa riunione, gli sviluppatori hanno riproposto l'idea, poiché desiderano includere più proposte di miglioramento (EIP) nel fork Pectra. La proposta prevede di suddividere l'hard fork in due parti: la prima includerà tutte le EIP attualmente presenti su Pectra Devnet 3, mentre la seconda includerà EOF (EVM Object Format) e PeerDAS. Per comprendere meglio PeerDAS, partiamo dal concetto fondamentale di disponibilità dei dati.

DA: Garantire che i nodi ottengano i dati on-chain

La disponibilità dei dati (Data Availability, DA) significa garantire che i blocchi proposti dai proponenti di blocchi, e tutti i dati delle transazioni contenuti nei blocchi, siano accessibili ed ottenibili in modo efficace dagli altri partecipanti della rete. La disponibilità dei dati è un fattore chiave per la sicurezza della blockchain, perché se i dati non sono disponibili, anche se il blocco è valido, gli altri nodi non possono verificarne il contenuto, il che può causare problemi di consenso e attacchi alla rete. Ad esempio, un attaccante potrebbe pubblicare solo una parte dei dati del blocco, impedendo agli altri nodi di effettuare la verifica.

Quando un nuovo blocco viene trasmesso, tutti i nodi partecipanti scaricano e verificano i dati del blocco. Questo modello è fattibile quando la rete è di piccole dimensioni, ma con la crescita della blockchain, la quantità di dati diventa enorme, lo spazio di archiviazione richiesto da ogni nodo aumenta e di conseguenza crescono anche le richieste hardware. Per consentire anche ai light node (come dispositivi mobili o computer) di partecipare alla verifica dei blocchi, la blockchain ha introdotto la tecnologia dello sharding.

La tecnologia dello sharding suddivide l'intera rete blockchain in molte piccole "shard". Ogni shard gestisce solo la propria parte di dati, senza dover elaborare tutti i dati della blockchain. Di conseguenza, un singolo nodo deve gestire solo i dati del proprio shard. Tuttavia, poiché ogni shard gestisce solo una parte dei dati, i nodi degli altri shard non possono accedere direttamente ai dati completi. Come si può quindi garantire che i dati all'interno degli shard siano disponibili e che gli altri nodi possano verificarne la validità? Ad esempio, un nodo di uno shard pubblica un nuovo blocco generato, ma potrebbe pubblicare solo una parte dei dati. Se gli altri nodi non possono ottenere tutti i dati del blocco, non possono verificare se il blocco sia autentico e valido.

DAS: Verifica della disponibilità dei dati tramite campionamento parziale

Per affrontare il problema della disponibilità dei dati negli shard, è stata proposta la tecnologia del Data Availability Sampling (DAS), il cui concetto centrale è quello di verificare la disponibilità dei dati del blocco tramite campionamento, senza richiedere che ogni nodo memorizzi o scarichi tutti i dati del blocco.

Il Data Availability Sampling consente ai nodi di ottenere casualmente solo una parte dei dati del blocco per verificarne la disponibilità; se il nodo riesce a ottenere e verificare con successo questi frammenti di dati casuali, può dedurre che tutti i dati del blocco siano disponibili.

Per supportare questa verifica tramite campionamento, i dati del blocco vengono solitamente codificati con RS encoding. Questa codifica permette di recuperare i dati completi anche in caso di perdita di una parte dei dati. Pertanto, anche se un nodo scarica solo una parte dei dati del blocco, può dedurre e confermare la validità dell'intero blocco. Il DAS, tramite la verifica campionata, riduce la quantità di dati che ogni nodo deve gestire, consentendo anche ai light node di partecipare alla verifica dei blocchi.

Il layer DA, come quello di Celestia, si basa su queste tecnologie. I principali elementi coinvolti sono RS encoding + validity proof + DAS.

• RS encoding (Reed-Solomon Encoding): questo metodo di codifica consente ai nodi che ricevono solo una parte dei frammenti di dati di ricostruire comunque l'intero blocco di dati. È simile a un codice di correzione degli errori, con una certa tolleranza agli errori: anche se si perde una parte dei dati, la parte restante è sufficiente per ricostruire i dati completi.
• Validity Proof (prova di validità): utilizza la zero-knowledge proof per garantire che non vi siano errori durante la codifica e la trasmissione dei dati. Se la verifica ha successo, è possibile decodificare correttamente tutti i dati.
• DAS (Data Availability Sampling): i light node campionano casualmente una parte dei frammenti RS codificati all'interno del blocco, verificano la disponibilità di questi frammenti e deducono così che l'intero blocco di dati sia disponibile.

PeerDAS: Verifica collaborativa dei dati tra nodi

PeerDAS è una specifica implementazione di DAS, che utilizza una rete peer-to-peer per il Data Availability Sampling. Una rete peer-to-peer è una rete composta da più nodi che comunicano direttamente tra loro. Nel DAS, ogni nodo esegue in modo indipendente la verifica campionata dei dati, mentre PeerDAS ottimizza questo processo permettendo ai nodi di collaborare nella condivisione e verifica dei dati del blocco, migliorando ulteriormente l'efficienza della verifica. I nodi non sono isolati, possono condividere i compiti e i risultati della verifica dei dati, e possono fare affidamento sui dati già verificati da altri nodi. In questo modo, i nodi non devono sostenere da soli tutto il lavoro di verifica, ma possono suddividere i compiti collaborando, riducendo ulteriormente il carico su ciascun nodo. Inoltre, la verifica collaborativa aumenta la difficoltà di manomissione dei dati: un attaccante dovrebbe compromettere contemporaneamente più nodi di verifica per riuscire a manipolare i dati.

Attualmente, secondo l'ultima riunione di Ethereum su PeerDAS, il team del client Ethereum Lighthouse ha già unito il branch DAS al branch principale e sta effettuando test per garantire la compatibilità con PeerDAS. Un branch viene solitamente utilizzato per sviluppare e testare nuove funzionalità o miglioramenti come versione indipendente del codice; l'unione nel branch principale significa che la funzionalità o il miglioramento è stato completato e si ha fiducia nella sua stabilità, tanto da poterlo integrare nel codice core.