Einführung

Mit der raschen Entwicklung der Blockchain-Technologie sehen sich monolithische Blockchains ernsthaften Skalierbarkeits- und Interoperabilitätsproblemen gegenüber. Führende Plattformen wie Ethereum verzeichnen drastisch steigende Transaktionsgebühren bei hoher Nutzernachfrage, was die Akzeptanz dezentralisierter Anwendungen erheblich beeinträchtigt. Um diese Probleme zu lösen, suchen Entwickler kontinuierlich nach innovativen Lösungen, und die Entstehung von Avail bietet eine neue Richtung zur Bewältigung dieser Probleme. Nach dem Cancun-Upgrade sind die Transaktionskosten im Ethereum-Ökosystem deutlich gesunken, und modulare Technologie ist zu einem Schlüsselthema in der Blockchain-Entwicklung geworden. In der ersten Jahreshälfte führten modulare Blockchains wie Celestia und EigenDA den Trend an, und am 23. Juli hat Avail einen bedeutenden Schritt nach vorn im modularen Bereich gemacht, indem sie das Avail DA Mainnet gestartet haben.

Als eines der Kernprojekte in modularen Blockchains dienen Avail, EigenDA und Celestia ähnlichen Bereichen. Jedes hat jedoch seine eigenen einzigartigen Merkmale in Bezug auf Infrastruktur, Ausführungsmodelle und Token-Wirtschaftsdesigns.

Team Hintergrund

Avail stammt ursprünglich von Polygon und wurde 2023 zu einer unabhängigen, neutralen Einheit. Bevor die Datenverfügbarkeit (DA) zum Schwerpunkt in der Branche wurde, hatte Anurag Arjun mit anderen zusammengearbeitet, um die Plasma-Kette zu entwickeln, mit dem Ziel, die Skalierbarkeitsprobleme von Ethereum zu lösen. Obwohl diese Kette Polygon geholfen hat, 19 Milliarden US-Dollar Umsatz zu generieren, wurde sie letztendlich nicht zur idealen Skalierungslösung. Im Laufe dieses Prozesses erkannte Anurag, dass alle Blockchains letztendlich vor derselben Herausforderung stehen würden - der Datenverfügbarkeit. Etwa 80% der Rollup-Transaktionskosten stehen im Zusammenhang mit DA, was ihn dazu veranlasste, die Schaffung einer kostengünstigen DA-Schicht zu envisionieren, die Skalierbarkeitsprobleme für mehrere Blockchains lösen könnte.

Diese Idee war nicht einzigartig für Anurag; viele Layer 1 (L1) Blockchain-Projekte versuchten auch, sich als DA-Schichten zu positionieren. Ethereum zum Beispiel erkundet DA-Lösungen durch den Rollup-Ansatz, während andere L1-Projekte in diesem Bereich innovativ sind. Anurag glaubt, dass eine L1-Blockchain, die speziell für DA konzipiert ist, klare Vorteile bietet.

Während seiner Zeit bei Matic traf Anurag Prabal Banerjee, den aktuellen Mitbegründer von Avail, der seinen Doktor in Kryptographie und Sicherheit verfolgte. Später stieß Prabal als Forscher zum Team hinzu und sie widmeten sich gemeinsam dem Aufbau einer skalierbaren DA-Schicht. Mit dem Aufkommen der Zero-Knowledge Proof (ZK) -Technologie integrierten die beiden Blockchain-Designs auf der Grundlage von Gültigkeitsnachweisen. Unter Nutzung von Anurags Erfahrung beim Aufbau eines Milliarden-Dollar-Protokolls bei Polygon trieben sie die Entwicklung von Lösungen zur Bewältigung der Herausforderungen bei der Datenverfügbarkeit voran.

Von Monolithisch zu Modular

Quelle: Offizielle Dokumentation verfügbar

Da der Wettbewerb um zugrunde liegende Rechenressourcen zunimmt, hat die monolithische Architektur von Ethereum - die Ausführung, Abrechnung, Bestellung und Datenverfügbarkeit (DA) auf einer einzigen Kette behandelt - ihre Grenzen zunehmend offenbart, insbesondere in Bezug auf Skalierbarkeit. Dies hat die Branche veranlasst, das monolithische Modell neu zu bewerten und neue Lösungen zu erforschen.

Rollups haben eine modulare Architektur eingeführt, indem sie die Ausführung außerhalb der Kette verlagert haben. Dadurch wurde die Überlastung der Layer-1-Netzwerke verringert, die Transaktionskosten für Benutzer gesenkt und die Transaktionsdurchsatz erhöht. Obwohl diese Architektur die Effizienz der On-Chain erheblich verbessert hat, bleibt der begrenzte Blockraum von Ethereum ein Engpass, und mit zunehmender Nachfrage könnte dieses Problem wieder auftreten. Derzeit sind dezentrale Anwendungen (Dapps) auf L1 für die Datenübertragung und Abwicklung angewiesen, während Rollups L1 zur Verwaltung dieser Prozesse nutzen. Obwohl Rollups den Blockraum optimiert haben, bleibt der Blockraum selbst eine knappe Ressource.

Die Analyse von L1-Transaktionen von Ethereum Rollups zeigt, dass DA-Kosten 90% der Rollup-Ausgaben ausmachen und damit die größte Ausgabenquelle darstellen. Der Großteil dieser Kosten entsteht durch die Zahlung von L1-Gebühren zur Veröffentlichung von Transaktionsdaten.

Ähnlich wie Rollups die Ausführung außerhalb der Kette auslagern, ermöglicht die Architektur von Avail die Verfügbarkeit von Daten in eine dedizierte Ebene zu verschieben. Avail bietet Entwicklern eine flexible, benutzerfreundliche und sichere DA-Schicht, die Skalierbarkeit, Governance- und Dezentralisierungs-Herausforderungen angeht.

Modulare Architektur von Avail

Avail zielt darauf ab, die Vereinheitlichung von Web3 durch die Nutzung ihres modularen Technologiestapels zu beschleunigen, der Datenverfügbarkeit, Aggregation und gemeinsame Sicherheit integriert. Rollups, die Avail nutzen, um Off-Chain-Transaktionsdaten zu veröffentlichen, werden Systeme wie Validium bilden (für Optimistic Rollups wird dies Optimium genannt). Validiums und Sovereign Rollups können sich auf Avail für Datenverfügbarkeits- und Ordnungsdienste mit geringem Vertrauen verlassen.

Hier ist eine Übersicht darüber, wie Avail Validiums und Sovereign Rollups unterstützt:

1. Transaktionseinreichung: Wie bei den meisten vorhandenen Rollups werden Transaktionsdaten gesammelt und der Zustandsstamm an Avail DA (Data Availability) übermittelt. Jeder Stapel ist mit einer eindeutigen Anwendungs-ID verbunden, um den Ursprung des Rollups darzustellen.
2. Datenexpansion und Erasure-Codierung: Transaktionen, die an Avail DA übermittelt werden, unterliegen einer Erasure-Codierung. Der Datenblock wird in n ursprüngliche Segmente aufgeteilt und auf 2n Segmente erweitert. Aus dem 2n-Segment können beliebige n Segmente zur Rekonstruktion der ursprünglichen Daten verwendet werden, um Redundanz und Fehlertoleranz zu gewährleisten.
3. Schaffung von Verpflichtungen: Avail DA wendet KZG-Polynomverpflichtungen auf redundante Daten an, um ihre Integrität durch kryptografische Beweise zu gewährleisten. Diese Verpflichtungen stellen sicher, dass die gespeicherten Daten genau und manipulationssicher sind.
4. Blockausbreitung: Validatoren erhalten Blöcke, die KZG-Verpflichtungen enthalten, und regenerieren sie, um ihre Genauigkeit zu überprüfen. Die Gültigkeit des Blocks wird dann durch Konsens entschieden.
5. Leichtes Klientennetzwerk: Leichte Clients verwenden die Datenverfügbarkeitsprüfung (DAS), um die Integrität der Blockdaten zu überprüfen. Dies wird durch die Durchführung der KZG-Polynomöffnungsüberprüfung der Commitments der Blockheader erreicht, wodurch die Notwendigkeit entfällt, das vollständige KZG-Commitment wiederherzustellen oder sich auf Betrugsnachweise zu verlassen.
6. Beweisüberprüfung: Leichte Clients führen eine Beweisüberprüfung durch, indem sie auf Zellebene erzeugte Beweise aus der Datenträgermatrix verwenden. Dadurch wird sichergestellt, dass die Daten verfügbar und korrekt sind, ohne dass der Client den vollständigen Block herunterladen oder überprüfen muss.

Da Avail Validitätsnachweise anstelle von Betrugsnachweisen verwendet, können leichte Clients die Datenverfügbarkeit und -korrektheit unmittelbar nach der Zustandsfinalisierung überprüfen. Das leichte Client-Netzwerk gewährleistet auch eine hohe Datenverfügbarkeit durch Datenverfügbarkeitsstichproben. Je mehr leichte Clients beitreten, desto besser wird die Stichprobenfähigkeit, was es dem Netzwerk ermöglicht, größere Blöcke zu unterstützen. Diese leichten Clients können sogar auf Laptops oder Mobilgeräten ausgeführt werden und verbessern so die Effizienz des Netzwerks.

Quelle: Offizielle Dokumentation verfügbar

Technische Merkmale

Anwendungsfälle für Light-Clients

Derzeit verlassen sich viele Blockchain-Anwendungen auf Vermittler, um vollständige Knotenpunkte zu pflegen, wobei Benutzer indirekt über diese Vermittler interagieren, anstatt direkt mit der Blockchain zu verbinden. Aufgrund des Mangels an garantierter Datenverfügbarkeit sind Leichtclients noch nicht die ideale Alternative zu traditionellen Architekturen geworden. Avail behebt dieses Problem, indem es Anwendungen ermöglicht, direkt mit dem Blockchain-Netzwerk zu interagieren, ohne auf Vermittler angewiesen zu sein.

Obwohl Avail den Betrieb von Vollknoten unterstützt, müssen die meisten Anwendungen keine Vollknoten ausführen oder benötigen nur eine minimale Anzahl von Knoten, um reibungslos zu funktionieren. Dies reduziert die Ressourcenanforderungen für die Teilnahme am Blockchain-Netzwerk erheblich und erhöht die Dezentralisierung, indem mehr Teilnehmer direkt über leichte Infrastruktur mit der Kette interagieren können.

Datenerhebung durch Stichprobenerhebung (DAS)

Ähnlich wie bei herkömmlichen Leichtclients müssen Avails Leichtclients nur Block-Header-Daten herunterladen. Darüber hinaus führen sie eine zufällige Stichprobenentnahme von Teilen der Blockdaten durch, um ihre Verfügbarkeit durch die Stichprobenentnahme von Datenverfügbarkeit (DAS) zu überprüfen. Durch die Kombination von Fehlerkorrekturcodierung mit KZG-Polynomverpflichtungen können Leichtclients eine nahezu 100%ige Datenverfügbarkeit sicherstellen, ohne auf Betrugsnachweise angewiesen zu sein und nur eine geringe und feste Anzahl von Abfragen zu benötigen.

Fehlertolerante Codierung und Datenverfügbarkeit

Die Erasure-Codierung funktioniert, indem die Daten in Fragmente aufgeteilt werden und den ursprünglichen Inhalt wiederherstellen, auch wenn Teile der Daten verloren gehen. In Blockchain-Anwendungen kann das System die Daten auch dann wiederherstellen, wenn bösartige Akteure versuchen, Teile der Daten zu verbergen. Dieser Mechanismus verbessert die Zuverlässigkeit der Stichprobenahme der Datenverfügbarkeit erheblich und stärkt die Widerstandsfähigkeit des Systems gegen Datenmanipulation.

KZG-Verpflichtungen

KZG-Commitments, die 2010 von Aniket Kate, Gregory M. Zaverucha und Ian Goldberg entwickelt wurden, sind eine effiziente polynomiale Commitment-Methode, die in den letzten Jahren in Zero-Knowledge-Proof-Systemen weit verbreitet ist. In der Architektur von Avail bieten KZG-Verpflichtungen die folgenden Vorteile:

• Sie ermöglichen eine prägnante Verpflichtung zu den Werten, die im Blockheader aufgezeichnet sind.
• Leichte Clients können die Datenverfügbarkeit durch diese Verpflichtungen überprüfen.
• Die kryptografischen Bindungseigenschaften von KZG-Commitments machen es nahezu unmöglich, falsche Commitments zu generieren und reduzieren damit signifikant den Bedarf an Betrugsnachweisen.

Avails Unified Layer

Avail baut den „Unified Layer“, einen umfassenden Technologie-Stack, der mit der grundlegenden Datenverfügbarkeitsschicht (DA-Layer), der Nexus Unified Layer und einer zusätzlichen Sicherheitsschicht namens Fusion beginnt. Mit ihrer skalierbaren Datenverfügbarkeitsschicht zielt Avail darauf ab, das gesamte Web3-Ökosystem zu unterstützen. Mithilfe von Gültigkeitsnachweisen auf Basis von KZG-Polynomverpflichtungen stellt Avail Echtzeit- und zuverlässige Datenverfügbarkeit sicher, ermöglicht das Wachstum von Rollups, deren Verknüpfung, Aufrechterhaltung der Sicherheit und Anpassung.

Avail DA

Quelle: Verfügbar Offizielle Dokumentation

Avail DA ist eine zugrunde liegende Architektur, die speziell für die Datenverfügbarkeit optimiert ist. Sie verwendet die GRANDPA- und BABE-Konsensalgorithmen und unterscheidet sich damit von anderen Datenverfügbarkeitsschichten. Dieses Design ermöglicht Avail DA eine hohe Skalierbarkeit und gewährleistet zuverlässige Datenversprechen bei geringen Kosten durch Datenverfügbarkeitsstichproben (DAS) und Gültigkeitsnachweise.

Im Kern priorisiert und veröffentlicht Avail DA Transaktionen und ermöglicht es Benutzern, die Verfügbarkeit von Blockdaten zu überprüfen, ohne den gesamten Block herunterladen zu müssen. Eine der herausragenden Funktionen von Avail DA ist seine datenagnostische Natur. Es unterstützt eine Vielzahl von Ausführungsumgebungen, einschließlich EVM, WASM und benutzerdefinierten neuen Laufzeiten, und bietet eine vielseitige Grundlage für eine Vielzahl von Blockchain-Anwendungen.

Avail Nexus

Quelle: Offizielle Dokumentation verfügbar

Avail Nexus, die zweite Säule des Avail-Ökosystems, ist ein permissionless Framework, das entwickelt wurde, um das Web3-Ökosystem zu vereinen. Es verbindet sowohl interne als auch externe Blockchains und nutzt Avail DA als vertrauenswürdige Grundlage und fungiert als Validierungsdrehkreuz. Nexus integriert ein ZK-koordiniertes Rollup-System, das Proof-Aggregation, eine Verifikationsebene, einen Sequenzer-Auswahlmechanismus und ein Slot-Auktionsystem konsolidiert. Nexus übermittelt regelmäßig aggregierte Beweise an Ethereum und die Avail DA-Schicht zur Verifikation, um die Zuverlässigkeit von Cross-Chain-Operationen zu gewährleisten.

Avail Fusion

Quelle: Verfügbar Offizielle Dokumentation

Avail Fusion, die dritte Säule, bietet zusätzliche Sicherheit für das Avail-Ökosystem und den breiteren Web3-Raum. Das Kernkonzept hinter Fusion ist, dass ein vereinheitlichtes System auf wirtschaftlicher Ebene einheitliche Sicherheit erfordert. Fusion Security verbessert die Konsensbildung von Avail, indem sie native Vermögenswerte aus etablierten Ökosystemen wie BTC und ETH nutzt und Sicherheit für den Avail-Konsens bereitstellt. Dies stellt den ersten Versuch dar, externe Token zu nutzen, um Konsens über Blockchains hinweg zu erreichen.

Fusion unterstützt zwei Arten des Asset-Stakings: etablierte Kryptowährungen und aufstrebende Rollup-Token. Derzeit umfasst der Prototyp von Fusion zwei Staking-Module: eines, das auf der Avail-Blockchain arbeitet, und ein weiteres für das Staking von Vermögenswerten. Es ist wichtig zu beachten, dass sich der erste öffentliche Prototyp von Avail Fusion noch in der Entwicklung befindet.

Knotentypen in Avail

Obwohl die Architektur von Avail sich von traditionellen monolithischen Blockchains unterscheidet, unterstützt sie dennoch verschiedene Arten von Knotenpunkten, einschließlich vollständiger Knotenpunkte, leichter Clients, Archivknotenpunkte und Validierungsknotenpunkte.

• Full Node: Full Nodes sind dafür verantwortlich, Blöcke herunterzuladen und deren Korrektheit zu überprüfen, nehmen jedoch nicht am Konsensprozess teil. Obwohl Full Nodes dem System zusätzliche Redundanz und Widerstandsfähigkeit bieten, sind sie nicht unerlässlich für die Netzwerkfunktionalität.
• Validierungsnode: Validierungsknoten sind entscheidend für die Generierung von Blöcken, die Bestimmung, welche Transaktionen enthalten sein sollen, und die Aufrechterhaltung der Reihenfolge. Diese Knoten helfen dem Netzwerk, einen Konsens zu erreichen.
• Light Client: Leichtgewichtige Clients ermöglichen es Benutzern, mit der Datenverfügbarkeitsschicht (DA) von Avail zu interagieren, ohne einen vollständigen Knoten auszuführen oder auf entfernte Peer-Knoten angewiesen zu sein. Dies wird erreicht, indem Data Availability Sampling (DAS) für jeden neu erstellten Block durchgeführt wird, um die Datenverfügbarkeit ohne vollständigen Download des gesamten Blocks zu gewährleisten.
• RPC-Knoten: RPC-Knoten stellen eine API für die Remote-Interaktion bereit und fungieren als Gateway für Entwickler und externe Benutzer zur Interaktion mit dem Avail-Netzwerk.

Leichte Clients überwachen bestätigte Blöcke im Avail-Netzwerk und führen DAS auf vorab festgelegten Datenpaketen in jedem neuen Block durch. Nach erfolgreicher Überprüfung berechnet das System die Gewissheit eines Teils der Datenpakete innerhalb des Blocks, basierend auf dem vom Benutzer geforderten Vertrauensniveau.

Wirtschaftsmodell

Tokenverteilung

Mit dem Start des Avail DA Mainnet hat das Team AVAIL-Token an berechtigte Benutzer verteilt, mit einem Gesamtangebot von 10 Milliarden Token. Die Verteilungsaufschlüsselung ist wie folgt:

• 6% für Airdrops und öffentliche Zuteilung
• 30 % für die Entwicklung des Ökosystems
• 23,88% für Community und Forschung
• 14.12% für Investoren zugewiesen
• 20% für Kernmitwirkende zugewiesen

Quelle: Offizielle Dokumentation verfügbar

Staking

Der AVAIL-Token dient mehreren Zwecken, darunter Ökosystem-Governance und Liquid Staking. Obwohl der offizielle Governance-Rahmen noch nicht vollständig detailliert ist, kann jeder AVAIL in der gesamten Infrastruktur von Avail einsetzen, um Staking-Belohnungen zu verdienen.

Bei Staking verwendet Avail den Nominated Proof-of-Stake (NPoS)-Konsensmechanismus, der aus dem Substrate-Ökosystem übernommen wurde. Staking spielt eine entscheidende Rolle in diesem System, da Benutzer AVAIL-Token staken, um die Netzwerksicherheit zu verbessern und Belohnungen zu verdienen. Je mehr Token gestakt werden, desto sicherer wird das Netzwerk, da die Kosten für einen Angriff auf das Netzwerk mit der Anzahl der gestakten Token steigen.

Staking-Anwendungen umfassen:

• Avail DA Staking: Benutzer können AVAIL-Token an Validierer oder Nominierungspools setzen, um das Netzwerk zu sichern und verschiedene Anwendungen wie Web3-Spiele und DeFi-Plattformen zu unterstützen. Staker erhalten Belohnungen für ihre Beiträge.
• Nexus-Staking verfügbar: Sequencer müssen AVAIL-Token setzen, um an der Transaktionseinreichung und -reihenfolge teilzunehmen. Leistungsstarke Sequencer werden belohnt, während unterdurchschnittliche Sequencer bestraft werden.
• Avail Fusion Staking: Neben AVAIL-Token können Benutzer auch andere wichtige Krypto-Assets wie BTC und ETH einsetzen, um die Netzwerksicherheit zu verbessern, wobei die Staker Belohnungen erhalten.

Es ist wichtig zu beachten, dass Benutzer, die ihre Token freigeben möchten, eine 28-tägige Unverknüpfungsphase durchlaufen müssen, während der ihre AVAIL-Token nicht verwendet oder übertragen werden können.

Herausforderungen

Rollup-Wettbewerbsrisiko

Das Wachstum von Avail könnte durch große, allgemeine Rollups herausgefordert werden, die etablierte Ökosysteme und interne Interoperabilitätslösungen haben. Diese Rollups könnten irgendwann nicht mehr auf externe Interoperabilitätssysteme angewiesen sein, was den Wert von Avail Nexus verringern könnte. Die Zunahme von anwendungsspezifischen Rollups und der hohe Grad an Fragmentierung, dem Benutzer gegenüberstehen, machen dieses Szenario jedoch weniger wahrscheinlich.

Wettbewerb bei DA-Lösungen

Mit mehreren Datenverfügbarkeitslösungen (DA), wie Celestia und EigenDA, und dem bevorstehenden EIP-4844 von Ethereum, das "Blobs" als Datenveröffentlichungsoption einführt, nimmt der Wettbewerb in der DA-Ebene zu. Die Empfindlichkeit von Rollups für die Kosten der Datenveröffentlichung und der harte Wettbewerb zwischen DA-Lösungen könnten sie dazu bringen, etablierte DA-Systeme zu bevorzugen oder sich auf die native Datenverfügbarkeit von Ethereum zu verlassen, insbesondere wenn die vollständige Danksharding implementiert ist. Dies könnte sich potenziell auf die Akzeptanz der DA-Lösung von Avail auswirken.

Geteiltes Sicherheitsrisiko

Das gemeinsame Sicherheitsmodell von Avail Fusion basiert auf dem Einsatz mehrerer Vermögenswerte neben dem AVAIL-Token, was bei den Benutzern Bedenken hinsichtlich der Sicherheit dieser verschiedenen Vermögenswerte hervorrufen kann. Einige Entwickler ziehen es möglicherweise vor, die Sicherheit aus einem einzigen, etablierten Vermögenswert wie ETH oder BTC abzuleiten, anstatt von mehreren Tokens abhängig zu sein. Darüber hinaus könnten Entwickler zu Lösungen mit stärkerer wirtschaftlicher Sicherheit übergehen, falls Avail Fusion nicht ausreichende Sicherheit bietet.

Wettbewerb aus wertschöpfenden Service-Ökosystemen

Andere Restaking- oder Shared-Security-Produkte können wertsteigernde Service-Ökosysteme für Rollups entwickeln. Zum Beispiel könnte EigenLayer dezentrales Sequencing, Datenverfügbarkeit und schnelle Finalitätsservices anbieten und dadurch wettbewerbsfähiger werden. Diese zusätzlichen Funktionen können Entwickler anziehen, die nach einer umfassenderen und sichereren Lösung suchen.