Data Availability: sicurezza e integrità dei dati

Il concetto di Data Availability è trasversale al mondo crypto, ma è tornato alla ribalta dopo il lancio di Celestia, uno dei principali data layer presenti sul mercato

La disponibilità dei dati è un concetto chiave nello sviluppo delle blockchain, strettamente legato alla scalabilità e alla sicurezza delle reti decentralizzate.

Si riferisce alla capacità di garantire che tutti i dati necessari alla verifica delle transazioni siano accessibili ai nodi, senza dover scaricare l’intero contenuto dei blocchi.

In questa guida cerchermo di spiegare in parole semplici perché la disponibilità dei dati è cruciale per l’integrità delle blockchain, quali sono le principali problematiche da risolvere e come gli approcci più innovativi, come Data Availability Sampling, Data Availability Committees e soluzioni di layer 2, affrontano questa sfida.

Vedremo inoltre il ruolo di progetti all’avanguardia come Celestia.

Che cos’è la Data Availability?

La data availability, o disponibilità dei dati, è un concetto fondamentale nell’ambito delle blockchain e delle criptovalute. Si riferisce alla capacità di una rete blockchain di garantire che tutti i dati necessari alla verifica delle transazioni siano accessibili ai nodi partecipanti.

In una blockchain tradizionale come Bitcoin o Ethereum, ogni nodo scarica e archivia l’intera cronologia delle transazioni, garantendo così la disponibilità dei dati. Tuttavia, con l’aumento dell’utilizzo delle blockchain e l’introduzione di soluzioni di scalabilità come i rollup di livello 2, immagazzinare tutti i dati su ogni nodo diventa inefficiente e costoso.

Questa enorme quantità di dati richiede spazio!

Qui entra in gioco il problema della data availability: come possono i nodi verificare la validità delle transazioni senza dover necessariamente scaricare tutti i dati ad esse associati?

Varie soluzioni sono state proposte per risolvere questo problema, come il Data Availability Sampling (DAS), che prevede il campionamento random di piccole porzioni di dati, e i Data Availability Committees (DAC), gruppi di nodi fidati che conservano e rendono disponibili i dati.

Obiettivo di questi meccanismi è fornire un elevato grado di sicurezza circa la disponibilità dei dati, permettendo ai nodi di verificare l’integrità delle transazioni in modo efficiente, senza dover elaborare o archiviare grosse quantità di dati.

Il concetto di data availability è essenziale per la scalabilità, la sicurezza e il funzionamento delle moderne blockchain, e abilita l’interoperabilità con soluzioni di secondo livello come gli optimistic rollup e gli ZK rollup.

Nei prossimi update previsti per Ethereum, come quello relativo al Proto-Danksharding, si sta puntando proprio a questo, ovvero uno spazio in cui potranno essere pubblicati i dati relativi ai rollup.

Progetti innovativi come Celestia (che spiegheremo tra poco) si focalizzano specificamente su questo aspetto. E stanno crescendo rapidamente proprio perché attualmente non ci sono altre soluzioni altrettanto efficienti sul mercato.

Perché la disponibilità dei dati è fondamentale per le blockchain

La disponibilità dei dati è un aspetto cruciale per garantire l’integrità e la sicurezza delle blockchain decentralizzate come Ethereum. Ciò è dovuto al modello di consenso e verifica delle transazioni di queste reti.

Le blockchain decentralizzate si basano sul concetto di “trustlessness”, ovvero la capacità dei nodi di verificare le transazioni in modo indipendente, senza doversi fidare dei block proposer o di altri nodi. Per fare ciò, ogni nodo scarica i blocchi e ne verifica tutte le transazioni, eseguendole nuovamente per accertare che portino allo stato della blockchain dichiarato dal block proposer.

Se un nodo non avesse accesso ai dati completi associati ad un blocco, non sarebbe in grado di verificare se le transazioni in esso contenute sono valide e conformi alle regole del protocollo. Un block producer disonesto potrebbe quindi inserire transazioni fraudolente o eseguire altre azioni dannose, e i nodi non sarebbero capaci di rilevarlo.

Inoltre, anche i light client, che non scaricano tutti i dati delle transazioni per motivi di risorse, farebbero affidamento sui nodi full per generare fraud proof nel caso ricevessero blocchi invalidi. Ma senza disponibilità dei dati, nemmeno i full node potrebbero produrre tali fraud proof a prova di blocchi non validi.

Per questi motivi, garantire la disponibilità di tutti i dati di ogni blocco è un requisito fondamentale per preservare le proprietà di sicurezza e decentralizzazione delle blockchain. Consente ai nodi di operare in modo trustless, accertando l’integrità della catena senza delegare la fiducia.

Mantenere la disponibilità dei dati è quindi cruciale per evitare che la rete possa essere compromessa da attori malintenzionati e preservare la resilienza ad attacchi e censura grazie alla natura distribuita del consenso.

Rappresenta un pilastro per la fiducia in sistemi finanziari decentralizzati basati su blockchain.

Data Avalability: riepilogo

❓ Cosa significa	Capacità di una rete blockchain di garantire che tutti i dati necessari alla verifica delle transazioni siano accessibili ai nodi partecipanti.
💰Caratteristiche	Integrità e sicurezza
✅ Soluzioni disponibili	Data Availability Sampling (es:Celestia) / ata Availability Committees
📚 Migliore piattaforme per comprare crypto	ByBit / eToro

Il problema di scalabilità e decentralizzazione

La necessità di garantire la disponibilità dei dati per la verifica delle transazioni pone rilevanti problemi di scalabilità e decentralizzazione alle blockchain tradizionali, dette “monolitiche“.

Queste blockchain, come Ethereum e Bitcoin, richiedono che tutti i nodi della rete scarichino, verifichino ed archivino l’intero contenuto di ogni blocco. Ciò assicura la disponibilità dei dati, ma limita enormemente prestazioni e capacità di elaborazione di transazioni della rete.

Ad esempio, Ethereum può attualmente gestire 15-20 transazioni al secondo, e Bitcoin 7 al secondo. Questa ridotta scalabilità deriva dall’elevato carico computazionale e di banda necessario ai nodi per gestire il volume di dati di tutte le transazioni.

Inoltre, richiedere a tutti i nodi di immagazzinare l’intera cronologia delle transazioni comporta una crescita esponenziale dello spazio di archiviazione necessario nel tempo. Ciò aumenta i costi per eseguire un nodo, riducendo il numero di partecipanti alla rete e centralizzandola nelle mani di pochi nodi con risorse sufficienti.

La decentralizzazione ne risulta quindi compromessa, con il rischio di attacchi alla rete resi più facili dalla ridotta quantità di nodi. Meno nodi equivalgono anche a minor livello di “trustlessness”, costringendo gli utenti a riporre fiducia in pochi operatori di nodi.

Per migliorare scalabilità e decentralizzazione, nuovi approcci come le blockchain modulari, lo sharding e le soluzioni di livello 2 separano la disponibilità dei dati dall’esecuzione delle transazioni. In questo modo si riduce il carico di archiviazione e verifica dati sui singoli nodi.

Soluzioni di Data Availability

Per risolvere il problema della disponibilità dei dati garantendo scalabilità e decentralizzazione, sono state proposte soluzioni innovative che non richiedono il download dell’intero contenuto dei blocchi da parte di tutti i nodi.

Analizziamo le due principali categorie: Data Availability Sampling e Data Availability Committees.

Data Availability Sampling (DAS)

Il Data Availability Sampling (DAS) consente ai nodi di verificare che i dati di un blocco siano disponibili scaricando solo piccole porzioni casuali di tali dati, anziché l’intero blocco.

Funziona campionando randomicamente parti del blocco e controllando se tali parti sono recuperabili. Combinando tecniche crittografiche come l’erasure coding, il DAS può fornire un’elevatissima confidenza statistica che l’intero blocco sia disponibile analizzando solo una piccola frazione dei dati.

Il DAS riduce quindi in modo significativo il carico di rete e storage per i nodi. Viene utilizzato ad esempio per verificare la disponibilità dei dati di rollup e sidechain di livello 2.

E’ un meccanismo impiegato dalla blockchain di Celestia.

Data Availability Committees

I Data Availability Committees (DAC) sono gruppi di nodi “fidati” che memorizzano e rendono disponibili porzioni dei dati delle transazioni. Ad esempio conservano i dati di rollup di livello 2 e ne garantiscono l’accesso per la verifica.

Possono essere implementati tramite nodi permissioned o reti proof-of-stake, dove meccanismi di consenso e incentivi economici assicurano l’onestà dei nodi. Rispetto al DAS, i DAC offrono maggiore efficienza a scapito di un minore livello di decentralizzazione.

I validium, che sono una soluzione di scalabilità di Ethereum simile agli ZK-rollup, utilizzano i DAC per garantire la disponibilità dei dati. Oltre a calcolare le prove zero-knowledge per verificare i batch di transazioni, i proponenti di blocchi devono ottenere attestazioni (firme) dai membri del DAC.

Questa “prova di disponibilità” viene verificata insieme alla prova di validità su Ethereum prima che vengano accettati nuovi batch di transazioni.

Entrambi gli approcci mirano a garantire la disponibilità dei dati senza sovraccaricare la rete, rendendo le blockchain più scalabili e accessibili.

Data Availability nei rollup layer 2

Le soluzioni di scalabilità di livello 2 come i rollup ottimistici e ZK fanno ampio uso di meccanismi di data availability per garantire sicurezza e decentralizzazione.

I rollup eseguono e aggregano le transazioni fuori dalla catena principale, pubblicando sulla blockchain di livello 1 solo dati riassuntivi delle transazioni raggruppate in batch. Ciò aumenta la scalabilità della rete, riducendo congestione e fee.

Tuttavia, gli utenti devono poter verificare che i batch di transazioni inviati al livello 1 siano validi e derivino effettivamente dalle transazioni originali eseguite off-chain. A tal fine, è fondamentale che i dati di tali transazioni siano resi disponibili.

Gli ottimistic rollup pubblicano i dati delle transazioni su Ethereum come calldata, disponibili per un periodo limitato, durante il quale chiunque può contestare transazioni invalidhe. I nodi possono verificare la disponibilità dei dati tramite Data Availability Sampling.

Gli ZK rollup, invece, impiegano prove di validità ZK che non richiedono i dati delle transazioni. Tuttavia, senza disponibilità dei dati gli utenti non possono interagire con la catena ed eseguire transazioni.

Quindi i dati devono comunque essere resi disponibili tramite archiviazione off-chain decentralizzata.

Celestia: il data Layer del momento

Celestia rappresenta uno dei progetti più innovativi e promettenti nel panorama della data availability per le blockchain. Si tratta di una rete modulare layer 1 incentrata proprio sulla disponibilità e il consenso dei dati.

Può essere utilizzata come data availability layer sia da rollup optimism che ZK di Ethereum, consentendo loro di rendere disponibili i dati delle transazioni in modo economicamente vantaggioso. Celestia gestisce la disponibilità dei dati in modo nativo, grazie a tecnologie come il Data Sampling.

Ciò permette di fornire elevati livelli di sicurezza, decentralizzazione e scalabilità. La rete è progettata per supportare blocchi fino a 1 GB ed è in grado di gestire oltre 1 milione di rollup con 1 miliardo di nodi light.

Celestia mira a diventare il principale data availability layer per l’ecosistema Ethereum, riducendo la pressione su Ethereum stesso come layer di disponibilità dati e abbassando i costi per gli utenti di rollup e sidechain. Di recente ha lanciato la mainnet beta ed distribuito il suo token nativo TIA tramite airdrop a oltre 500.000 utenti.

Per approfondimenti su Celestia puoi consultare il video sul canale YouTube di Webeconomia in cui abbiamo trattato questi temi:

Data Avalaibility: le domande frequenti (FAQ)

Conclusioni

La disponibilità dei dati è un aspetto fondamentale per il funzionamento e l’evoluzione delle blockchain.

Affrontare efficacemente il problema della disponibilità dei dati è essenziale per garantire la scalabilità, la sicurezza e la trasparenza delle reti blockchain.

Già oggi ci sono soluzioni a questo problema come Validium o il Data Layer di Celestia che permette di garantire una disponibilità dei dati con commissioni bassissime per quanto riguarda le transazioni sui layer 2. Vedremo se i prossimi aggiornamenti su Ethereum riusciranno a fare emergere nuovamente Ethereum come Data Layer.

Con l’avanzamento delle tecnologie e l’adozione di nuove soluzioni, possiamo aspettarci miglioramenti significativi in questo ambito, che porteranno a un ecosistema blockchain più robusto e versatile.

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