FRIDA：基于 FRI 的数据可用性抽样 - ZKSECURITY

简介

最近，以太坊部署了 EIP-4844 (Proto-Danksharding)，以降低以太坊上 “数据可用性” 的成本。 数据可用性的高层次目标是，确保任何想要获取数据的人都能获取到一份数据。

数据可用性主要与 roll-up 相关，它解决的问题如下： 即使 roll-up 使用 SNARK 证明了诚实的执行， 如果 roll-up 运营商停止告诉人们他们正在执行哪些交易，会发生什么？ 在这种情况下，L1（以太坊）将只有一个对 roll-up 状态的承诺（状态根），并且如果运营商，例如，仅仅停止执行交易，问题就会出现。 在这种情况下，用户将无法退出 roll-up，因为他们无法针对状态根发布状态证明（例如，Merkle 路径）；因为他们不知道 roll-up 的状态。 结果是什么？他们的资金被卡住，直到运营商提供 roll-up 的完整状态。

数据可用性通过强制 roll-up 运营商公开 Underlying 数据（交易）来解决这个问题。 这反过来使任何人都能重新计算 roll-up 的完整状态， 因此，如果运营商例如离线，则可以退出 roll-up。

在 EIP-4844 之前，数据可用性的成本很高， 因为数据可用性是通过将数据作为以太坊 calldata 发布在链上来实现的。直接在以太坊上发布你在 fancy L2 上执行的每笔交易。哎哟。

calldata 的问题在于，每个人都需要永远保留它，所以它必须很昂贵：需要从创世块重新计算以太坊的状态。 为了改进数据可用性问题的解决方案，我们需要避免 每个人 都要 永远 保留数据。 EIP-4844 是朝着这个方向迈出的第一步， 通过在区块中分配空间给所谓的 blobs，这些 blobs 只能通过加密承诺从 EVM 内部间接访问。

你不能从 EVM 访问 blobs 的内容， 唯一允许的操作是通过 point_evaluation_precompile 预编译来检查针对 blob 的多项式评估证明： 调用者提供一个（blob）承诺，一个（KZG）打开证明，一个评估点 z 和评估值 y。 然后，预编译验证 KZG 打开证明。

这样做的好处是，我们不再需要 blob 内容来计算以太坊的状态：我们只需要 blob 承诺和 KZG 打开证明。 这使得以太坊可以在一定时间（大约 2 周）后丢弃 blob 本身， 而不会失去从创世块重新计算以太坊状态的能力。 如果你对 blob 内容感兴趣，你应该确保在完整节点丢弃它们之前下载它们。

这解决了数据可用性问题的 永远 部分。 但它没有解决 每个人 的问题：即使有了 EIP-4844，每个完整节点仍然需要下载区块中的每个 blob，以确保它在签署区块之前可用。

下一步是以这样一种方式分片数据，即网络中的每个节点只需要下载 blob 的一小部分。 这个想法在以太坊社区内被称为 “数据可用性抽样”，它与文献中的几个现有概念相关，但不完全一致， 在 Hall-Andersen (zkSecurity)、Simkin (Ethereum) 和 Wagner (Ethereum) 的 数据可用性基础 论文中进行了详细讨论。

从 Proto-Danksharding 到 Danksharding（数据可用性抽样）最直接的方法 是扩展现有的基于 KZG 的方案，以允许节点从 blob 的纠删码版本中抽样。 该方案以及其他几个方案也在 数据可用性基础 论文中进行了介绍。

但是使用 FRI 进行数据可用性抽样怎么样？

FRIDA：来自 FRI 的数据可用性抽样

在 Hall-Andersen (zkSecurity)、Simkin (Ethereum) 和 Wagner (Ethereum) 即将发表的 Crypto 2024 论文中，我们提出了一种新的基于 FRI 的数据可用性抽样方案。 核心观察本质上是 FRI 邻近性测试实际上满足了额外的属性： 如果证明者可以使承诺通过 FRI 邻近性测试， 那么每个通过 FRI 查询阶段的附加位置 必须 位于最近的码字上。 这意味着在运行 FRI 邻近性测试后，你可以将 FRI 承诺视为 Reed-Solomon 码字的向量承诺， 并且任何位置都可以以 O(log2⁡(n)) 的成本打开。

这比为每个位置执行 FRI 邻近性测试便宜得多， 例如，使用 “商数技巧” 打开，这需要 O(n) 的计算和 O(λlog2⁡(n)) 的通信。

我们建议将这种观察应用于数据可用性抽样。 本质上，每个节点下载 FRI 承诺并验证 FRI 邻近性测试， 这确保了承诺是 “格式良好的”：承诺的向量接近 Reed-Solomon 码。 然后，每个节点在向量中抽样随机位置，并从向量承诺中下载相应的打开证明（没有任何额外的 FRI 邻近性测试）。

如果你对其他细节感兴趣，该论文也可以在 eprint 上获得（没有双关语）在 eprint 上。

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