Celestia: Giải pháp Data Availability cho Blockchain Modular

Celestia là lớp dữ liệu available (DA) modular đầu tiên của blockchain, được thiết kế để giải quyết một trong những vấn đề cốt lõi của công nghệ blockchain: cách đảm bảo dữ liệu giao dịch luôn khả dụng mà không yêu cầu mỗi node phải tải toàn bộ blockchain. Bài viết này sẽ khám phá kiến trúc và công nghệ đằng sau Celestia.

Vấn đề Data Availability trong blockchain

Trong một blockchain truyền thống, mỗi full node phải tải và xác thực toàn bộ mỗi block để đảm bảo rằng dữ liệu giao dịch thực sự tồn tại và có thể truy xuất được. Khi kích thước block tăng lên, điều này trở thànhภาร tính toán và lưu trữ vô cùng lớn, làm hạn chế khả năng mở rộng.

Celestia đưa ra cách tiếp cận mới: chia công việc giữa các lớp khác nhau. Thay vì một blockchain đơn một thực hiện tất cả chức năng, Celestia chỉ tập trung vào việc sắp xếp giao dịch và đảm bảo dữ liệu luôn có sẵn – để các lớp trên (thực thi, decisione) xây dựng lên nền tảng này.

Hai công nghệ cốt lõi của Celestia

Data Availability Sampling (DAS)

DAS cho phép light nodes xác thực tính khả dụng của dữ liệu mà không cần tải toàn bộ block. Thay vì tải cả block data, light nodes chỉ cần tải một số ngẫu nhiên nhỏ của “data shares” và xác minh chúng thông qua Merkle proofs.

Để làm điều này, Celestia sử dụng mã hóa Reed-Solomon 2 chiều (2D RS encoding). Dữ liệu block được chia thành một ma trận, sau đó mở rộng bằng cách thêm các ô parity ở hàng và cột. Mỗi light node lấy mẫu một vài data shares từ ma trận này, và nếu đủ shares được xác nhận, hệ thống có thể đảm bảo với xác suất cao rằng toàn bộ dữ liệu có sẵn để khôi phục.

Namespaced Merkle Trees (NMTs)

NMTs giải quyết vấn đề khác: khi một ứng dụng cụ thể (ví dụ: một rollup) chỉ muốn xem dữ liệu liên quan đến chính nó, làm thế nào để chứng minh rằng nó đã nhận được đúng toàn bộ dữ liệu của mình mà không cần phải tải toàn bộ block data?

Celestia chia dữ liệu block thành các namespace, mỗi namespace tương ứng với một ứng dụng. Sau đó, mỗi node trong Merkle tree lưu trữ không chỉ băm của các con mà còn phạm vi (tầm phủ) của namespace mà nó bao phủ. Khi một ứng dụng yêu cầu dữ liệu của namespace X, nó sẽ nhận được các data shares tương ứng cùng với chứng minh Merkle từ các nút mà phạm vi namespace bao phủ X.

Kết quả: một rollup chỉ cần tải xuống những dữ liệu thực sự liên quan đến chính nó, cải thiện đáng kể hiệu suất và giảm chi phí tải xuống.

Lợi ích của kiến trúc modular

Bằng cách tách riêng vấn đề data availability, Celestia mang lại những lợi ích sau:

• Khả năng mở rộng mạnh: Nhờ DAS, tăng số lượng light nodes sẽ tăng tổng bandwidth có sẵn để lưu trữ dữ liệu
• Tính linh hoạt cao: Các nhóm phát triển có thể lựa chọn lớp thực thi tối ưu cho trường hợp sử dụng cụ thể của mình (EVM, WASM, Move, etc.)
• Giảmภาร cho validators: Validators chỉ cần tập trung vào việc sắp xếp giao dịch, không phải lưu trữ và cung cấp dữ liệu khối lớn
• Tích hợp dễ dàng: Các blockchain hiện có có thể dễ dàng di chuyển lên Celestia làm lớp DA

Hệ sinh thái và ứng dụng thực tế

Hiện tại, Celestia đã thu hút sự quan tâm từ nhiều dự án trong hệ sinh thái blockchain:

• Rollups: Các chuỗi rollup đa dạng sử dụng Celestia làm lớp DA để giảm chi phí và tăng throughput
• Dev tooling: Các SDK và framework giúp xây dựng ứng dụng trên Celestia dễ dàng hơn
• Infrastructure: Dịch vụ node, trình khám phá, và công cụ giám sát đang phát triển nhanh
• Nghiên cứu: Nhiều bài báo học thuật đang nghiên cứu ứng dụng của modular blockchain trong tương lai

Với vai trò là nền tảng để xây dựng blockchain mới mà không phải tự xây dựng từ không có gì, Celestia đang đóng vai trò quan trọng trong bước chuyển đổi sang kiến trúc blockchain modular, nơi sự chuyên môn hóa và tái sử dụng sẽ mang lại hiệu suất và khả năng mở rộng chưa từng thấy.

Kiến trúc chi tiết của Celestia App

Celestia App là blockchain state machine được xây dựng bằng ngôn ngữ Go, sử dụng framework Cosmos SDK. Đây là lớp đầu tiên chịu trách nhiệm đóng gói dữ liệu vào các blob, thực hiện 2D Reed-Solomon encoding, và xuất ra các block có kích thước lớn mọi năm.

Kiến trúc của Celestia App được chia thành các module rõ rệt:

• Data Square (DataStruct): Cấu trúc dữ liệu nền tảng, là một ma trận 2D chứa data shares gốc và parity shares
• Namespaced Merkle Tree: Cấu trúc dữ liệu Merkle tree được mở rộng để hỗ trợ namespace, cho phép lọc dữ liệu theo từng ứng dụng
• Block Publisher: Thành phần chịu trách nhiệm gom dữ liệu từ các full nodes và tạo block mới
• Consensus Engine: Sử dụng Tendermint consensus để đồng thuận về thứ tự các block

Quy trình hoạt động của Celestia App bao gồm ba bước chính: (1) nhận blob data từ người dùng, (2) thực hiện Reed-Solomon mở rộng để tạo parity data, và (3) xuất block với commitment chứng minh toàn bộ dữ liệu đã được mã hóa chính xác.

So sánh với các dự án Data Availability khác

Trong hệ sinh thái blockchain, có một số dự án khác cũng tập trung vào vấn đề data availability:

• EigenDA (Ethereum): Layer 2 solution sử dụng Ethereum validators để cung cấp data availability. Khác biệt với Celestia, EigenDA tích hợp chặt chẽ với Ethereum và sử dụng cùng hệ thống token.
• Avail: Dự án DA layer khác cũng sử dụng Merkle Mountain Range (MMR) thay vì Merkle tree truyền thống, nhưng có quy mô nhỏ hơn và chưa được kiểm chứng rộng rãi như Celestia.
• Polygon Avail: Một phần của hệ sinh thái Polygon, tập trung vào việc cung cấp DA cho các Polygon CDK chains.

So với các dự án này, Celestia nổi bật nhờ:

• Độc lập hoàn toàn không phụ thuộc vào bất kỳ blockchain nào khác
• Kiến trúc modular thực sự cho phép bất kỳ blockchain nào kết nối
• Cộng đồng phát triển và hỗ trợ mạnh mẽ
• Tài liệu và tooling phong phú

TIA token và kinh tế hệ sinh thái

TIA là token gốc của mạng lưới Celestia, được sử dụng cho các mục đích sau:

• Staking: Người dùng stake TIA để trở thành validator hoặc delegator, giúp bảo mật mạng lưới
• Transaction fees: Phí giao dị vụ cho việc đăng ký namespace và gửi blob data
• Bảo mật: Slashing mechanism để đánh trừ phần thưởng của validators nếu hành động sai
• Quản trị: Tham gia vote trong các đề xuất thay đổi nâng cấp (upgrade proposals)

Lưu ý: Celestia sử dụng mô hình fee đặc biệt nơi phí giao dị vụ được tính dựa trên kích thước blob data (tính bằng bytes) chứ không phải dựa trên gas như các blockchain khác. Điều này giúp dự báo chi phí một cách chính xác và ổn định.

Tương lai và roadmap phát triển

Celestia đã công bố một roadmap phát triển dài hạn với nhiều tính năng quan trọng:

1. Statelessness: Cho phép light nodes xác thực mà không cần lưu trữ bất kỳ trạng thái nài ở local
2. Fraud proofs: Cơ chế chứng minh gian lận để phát hiện và từ chối các block dữ liệu không hợp lệ
3. Menhỏi scaling: Tăng kích thước block để hỗ trợ nhiều dự án sử dụng đồng thời
4. Cross-chain bridges: Kết nối với các blockchain khác thông qua các cầu nối an toàn
5. Application-specific data availability: Tùy chỉnh các thuật toán mã hóa và lưu trữ cho từng ứng dụng

Nhìn chung, Celestia đang xây dựng nền tảng cho tương lai của blockchain thông qua việc giải phóng vấn đề data availability khỏi việc phải chịu trách nhiệm trên một blockchain duy nhất. Với triết lý “do one thing and do it well”, Celestia đặt ra một bước ngoặt quan trọng trong sự chuyển đổi từ kiến trúc blockchain monolith sang modular, nơi mỗi lớp được tối ưu hóa riêng lẻ và kết nối linh hoạt với nhau.