Überblick

Am 13. März 2024 hat Ethereum den Dencun-Hardfork abgeschlossen und offiziell EIP-4844 (Blobs) aktiviert, der eine kostengünstige Datenverfügbarkeitslösung für Layer 2 (L2) Rollups bietet und die Skalierbarkeit von Ethereum auf ein neues Niveau bringt. Allerdings erfordert der derzeitige Blobs-Mechanismus immer noch, dass Vollknoten die Daten vollständig speichern, was die Netzwerkskalierbarkeit einschränkt.

PeerDAS (Peer-to-Peer-Datenverfügbarkeitsstichprobe), als der nächste entscheidende Optimierungsschritt, zielt darauf ab, die Knotenlast durch Peer-to-Peer (P2P)-Netzwerkkollaboration und Datenstichproben zu reduzieren, um die Effizienz der Datenverteilung zu verbessern und die Netzwerkdurchsatz zu erhöhen.

Vitalik Buterin schlug in seinem X-Post das Ziel vor, das Fusaka-Testnet am Tag nach der Pectra-Hardfork zu starten, um die neuen Blobs-Parameter (Ziel-/Limitwert auf 48/72) zu überprüfen und die Grundlage für die Bereitstellung des PeerDAS-Mainnets zu schaffen.

Quelle: https://x.com/VitalikButerin/status/1895863075527700959

Was ist PeerDAS?

PeerDAS ist eine Peer-to-Peer-Datenverfügbarkeitsstichproben (DAS)-Lösung, die speziell für die Skalierbarkeit von Blockchains entwickelt wurde. Ihr Hauptziel ist es, Knoten zu ermöglichen, die Datenverfügbarkeit zu überprüfen, ohne alle Daten herunterzuladen, und so die Grundlage für zukünftige Upgrades wie Danksharding zu schaffen. Zu ihren Hauptmerkmalen gehören:

Teilspeicherung: Knoten speichern nur Teilmengen von Daten und überprüfen die Gesamtverfügbarkeit von Daten durch Stichproben.

P2P-Verteilung: Nutzt Peer-to-Peer-Netzwerke zur Optimierung der Datenverteilung, um Bandbreite und Speicheranforderungen zu reduzieren.

Hohe Skalierbarkeit: Unterstützt größere Datenlasten, was es für Szenarien mit hoher Durchsatzrate geeignet macht.

Technische Grundlagen

Die Umsetzung von PeerDAS beruht auf der Koordination einer Reihe von Technologien und Protokollen. Hier ist eine Übersicht über seine wichtigsten technischen Prinzipien:

1. Datenchunking und Fehlercodierung

Die Originaldaten (Größe N) werden durch Löschcodes (z. B. Reed-Solomon-Codes) auf k·N (k > 1) erweitert und in mehrere kleinere Stücke aufgeteilt. Die ursprünglichen Daten können immer noch wiederhergestellt werden, auch wenn nur ein Teil dieser Stücke erhalten ist (z. B. m Stücke, m < k·N). Zum Beispiel ist bei k=2 der Verlust von 50% der Daten immer noch wiederherstellbar und gewährleistet eine hohe Verfügbarkeit.

2. Zufällige Stichprobenahme und probabilistische Verifizierung

Nodes wählen zufällig eine kleine Anzahl von Datenblöcken aus (typischerweise einige Dutzend). Aufgrund der mathematischen Eigenschaften der Fehlerkorrektur kann bei ausreichender Stichprobengröße die Datenintegrität mit nahezu 100%iger Wahrscheinlichkeit bestätigt werden.

Beispielsweise, wenn 30 Datenschnipsel ausgewählt werden und die Ausfallrate unter einem bestimmten Schwellenwert liegt (z.B. 10%), kann man auf die insgesamt verfügbaren Daten schließen.

3. P2P-Netzwerkverteilung und Zusammenarbeit

Datenblöcke werden über mehrere Knotenpunkte gespeichert und über P2P-Protokolle (wie z.B. libp2p's gossipsub) verteilt. Jeder Knoten speichert nur einen Teil der Daten und ermöglicht den Zugriff auf andere Knotenpunkte, um Einzelstörungspunkte zu vermeiden und die Verteilungseffizienz zu verbessern.

4. Anreizmechanismus

Um ehrliche Speicherung und Weitergabe zu fördern, könnte PeerDAS Knoten durch Staking-Belohnungen (wie einen Teil der Ethereum-Gasgebühren) Anreize bieten. Bösartiges Verhalten (wie das Verstecken von Daten) könnte zu Strafen durch den Einsatz führen, um die Systemstabilität zu gewährleisten.

Quelle: https://medium.com/gaudiy-web3-lab/3ace46a3a9af

Anwendung in Ethereum

PeerDAS wurde erstmals innerhalb des Ethereum-Ökosystems vorgeschlagen und breit diskutiert, insbesondere im Zusammenhang mit der „Sharding“ und „Data Availability Layer“-Gestaltung von Ethereum. Der zukünftige Fahrplan von Ethereum (wie z.B. EIP-4844 und anschließende Upgrades) plant, DAS einzuführen, um die Netzwerk-Durchsatzleistung zu verbessern und gleichzeitig die Dezentralisierung aufrechtzuerhalten.

In der Ethereum-Implementierung von PeerDAS wird die Datenverfügbarkeitsprüfung zur Unterstützung von Datenspeicherung und -überprüfung für Rollups verwendet. Zum Beispiel:

Unterstützung von EIP-4844
EIP-4844 führt den Blob-Datentyp ein, um temporäre Daten zu speichern, die von Rollups übermittelt werden. PeerDAS optimiert die Verteilung und Überprüfung von Blob-Daten, so dass Leichtclients durch das Herunterladen nur einer kleinen Stichprobe teilnehmen können.

Reduzierung der Knotenlast
Traditionelle Full Nodes müssen alle Daten speichern, während PeerDAS es Leichtclients ermöglicht, Daten effizient zu verifizieren, was die Hardwareanforderungen erheblich senkt (z.B. Speicherplatz von GB auf MB reduziert) und die Dezentralisierung verbessert.

Verbesserung der Rollup-Performance
PeerDAS ermöglicht Rollups, mehr Daten on-chain zu übermitteln, um die Durchsatzrate zu erhöhen und gleichzeitig die Kosten niedrig zu halten. Beispielsweise könnten Transaktionsgebühren auf Optimism und Arbitrum weiter reduziert werden.

Quelle：https://www.eip4844.com/

Vergleich der Datenverfügbarkeitslösungen

Neben PeerDAS gibt es mehrere andere Lösungen für die Datenverfügbarkeit (DA), jede mit ihren eigenen Speicher-, Bandbreiten- und Überprüfungseffizienzmerkmalen. Im Folgenden finden Sie einen umfassenderen Vergleich:

Vorteile und Zukunftsaussichten

Kurzfristiger Einsatz: Verbesserung der Verifizierungseffizienz und Dezentralisierung

PeerDAS bietet bedeutende Vorteile, insbesondere bei der Verbesserung der Skalierbarkeit von Blockchain und der Reduzierung der Betriebskosten von Knoten. Kurzfristig bringt PeerDAS Vorteile in folgenden Aspekten:

1. Verbesserte Verifizierungseffizienz:

PeerDAS verwendet Sampling-Methoden, um die Datenverteilung und Verifizierungsprozesse zu optimieren. Knoten müssen sich nur auf einen kleinen Teil der Daten konzentrieren und diese überprüfen, was die Verifizierungseffizienz erheblich verbessert und die Latenz während des Verifizierungsprozesses reduziert.

2. Erhöhte Dezentralisierung:

Durch die Senkung der Hardware-Anforderungen können mehr Benutzer Knoten ausführen. Laut Etherscan-Daten vom 17. März 2025 liegt die aktuelle Anzahl der Vollknoten bei rund 7.000. PeerDAS könnte diese potenziell auf Zehntausende erhöhen. Zum Beispiel stieg die Anzahl der Knoten bis zum 22. März 2025 auf 9.228.

Quelle:https://etherscan.io/nodetracker

3. Reduzierte Knotenbetriebskosten:

Da Knoten nicht mehr alle Daten verarbeiten müssen, können sie Speicher- und Bandbreitennutzung reduzieren und damit die Betriebskosten senken. Dies ermöglicht es, dass mehr kostengünstige Knoten am Netzwerk teilnehmen und die Dezentralisierung der Blockchain stärken.

4. Verbesserte Blockchain-Sicherheit:

PeerDAS verwendet verteilte Verifizierungs- und Fehlerkorrekturmechanismen, die die Schwierigkeit der Datenmanipulation erheblich erhöhen. PeerDAS kann Datenverlust oder bösartige Manipulationen effektiv verhindern, indem es dezentrale Datenverfügbarkeitsverifizierung durchführt.

Auch wenn einige Knoten ausfallen, kann das System durch Redundanz- und Verifizierungsmechanismen weiterhin die Datenintegrität und Verfügbarkeit gewährleisten, wodurch die Gesamtnetzwerksicherheit und -widerstandsfähigkeit verbessert werden.

Quelle: https://etherscan.io/nodetracker

Mittelfristige Expansion: Integration und Komplementarität mit Danksharding

PeerDAS wird mit dem Fortschreiten der Technologie in die mittelfristige Expansionsphase eintreten und eine größere Rolle bei der Skalierbarkeit der Blockchain und der Überprüfung der Datenverfügbarkeit spielen. Die sich entwickelnde Beziehung zu Danksharding ist bedeutend:

1. Effizientere Überprüfung der Datenverfügbarkeit:

Mit dem Wachstum der Anforderungen an Blockchain-Technologie und -Nutzung wird PeerDAS die Effizienz der Datenüberprüfung weiter verbessern. Zukünftige Entwicklungen können optimierte Stichprobenstrategien und Algorithmen umfassen, um den Überprüfungsprozess effizienter und präziser zu gestalten, den Ressourcenverbrauch der Knoten zu reduzieren und die Genauigkeit der Datenverfügbarkeitsprüfungen zu erhöhen.

2. Breite Anwendung in Cross-Chain-Technologie:

PeerDAS kann als Lösung zur Überprüfung der Datenverfügbarkeit über Blockchain hinweg dienen, um die Effizienz des Datenaustauschs zwischen Blockchains zu verbessern und die Interoperabilität zu erhöhen. Um jedoch Überprüfungskonflikte aufgrund von Unterschieden in den Vertrauensmodellen zu lösen, ist eine Optimierung der Konsensmechanismen erforderlich.

3. Verbesserung der Netzwerkdezentralisierung und Sicherheit:

Mit der Zunahme der Knotenzahlen und dem Fortschreiten der Dezentralisierung kann der Probenahme-Mechanismus von PeerDAS die Datensicherheit und die Widerstandsfähigkeit gegen Manipulationen effektiv verbessern. In Zukunft könnte PeerDAS mit fortschrittlichen kryptographischen Technologien und Konsensmechanismen kombiniert werden, um die Widerstandsfähigkeit von Blockchain-Netzwerken gegen Angriffe und die allgemeine Fehlertoleranz weiter zu stärken.

Langfristige Vision: Förderung der umfassenden Entwicklung des Blockchain-Ökosystems

Die langfristige Vision von PeerDAS geht über die Verbesserung der Skalierbarkeit und Sicherheit der Blockchain hinaus - sie zielt darauf ab, ein breiteres Spektrum von Anwendungen zu erschließen:

1. Unterstützung für Smart Contracts und DeFi-Anwendungen:

Mit der raschen Entwicklung dezentraler Finanzen (DeFi) und Smart Contracts wird erwartet, dass die PeerDAS-Technologie effizientere Datenverfügbarkeitsgarantien für diese Anwendungen bietet. Durch die Reduzierung der Verifizierungslatenz und die Verbesserung der Ressourcennutzung kann PeerDAS eine stabilere Unterstützung für DeFi-Protokolle bieten, insbesondere in Szenarien mit Hochfrequenzhandel und groß angelegter Vertragsausführung.

2. Integration mit Edge Computing und dem Internet der Dinge (IoT):

In Zukunft hat PeerDAS das Potenzial, sich mit Edge-Computing- und IoT-Technologien zu integrieren, um eine verteiltere und effizientere Datenverifizierung zu ermöglichen. Edge-Geräte und IoT-Knoten können an der Datenvalidierung über PeerDAS teilnehmen, was die Abhängigkeit von zentralen Servern verringert und die Datenverfügbarkeit und -verarbeitungseffizienz im globalen Maßstab erhöht.

3. Verbesserte Integration mit KI-Technologien:

In Zukunft könnte PeerDAS auch mit künstlicher Intelligenz (KI) kombiniert werden, um maschinelles Lernen-Algorithmen zu nutzen, um Datenprobenahme- und Validierungsprozesse zu optimieren, wodurch die Effizienz und Intelligenz von Blockchain-Netzwerken verbessert werden. Dies kann helfen, die Automatisierung von Datenvalidierung, Knotenverwaltung und Netzwerkoptimierungsaufgaben zu unterstützen.

Kurzfristig hat PeerDAS bereits ein starkes Potenzial gezeigt, um die Effizienz der Blockchain-Verifikation, Dezentralisierung und die Reduzierung von Betriebskosten zu verbessern. Die Integration mit Danksharding wird mittelfristig die Skalierbarkeit und Sicherheit weiter vorantreiben. Langfristig wird erwartet, dass PeerDAS breite Akzeptanz in Smart Contracts, DeFi, IoT und KI findet und zu einem unverzichtbaren Bestandteil der Blockchain-Infrastruktur wird und dazu beiträgt, dass dezentralisierte Anwendungen die Mainstream-Adoption erreichen.

Herausforderungen

Trotz vieler Vorteile steht PeerDAS auch vor mehreren Herausforderungen in der realen Welt, hauptsächlich die folgenden:

Samplinggenauigkeit und Sicherheit:

PeerDAS verlässt sich auf die Datenerfassung zur Validierung, und die Genauigkeit der Erfassung ist entscheidend für die Gesamtsicherheit des Systems. Wenn der Erfassungsmechanismus angegriffen wird (z.B. Sybil-Angriffe), könnte dies zu einer falschen Einschätzung der Datenverfügbarkeit führen. Dies erfordert die Einführung von mehrstufiger Erfassung oder redundanter Validierung.

Netzwerktopologieabhängigkeit:
Die Leistung von PeerDAS hängt von der Qualität der Verbindungen zwischen den Knoten im Netzwerk ab. In dezentralen Netzwerken kann die Knotenverbindung instabil sein, was sich insbesondere in Umgebungen mit vielen Knoten auf die Effizienz der Datenverteilung und -validierung auswirken kann.

Knotenbeteiligungsrate:
Um eine effiziente Überprüfung der Datenverfügbarkeit sicherzustellen, erfordert PeerDAS eine ausreichende Anzahl von Knoten, die am Validierungsprozess teilnehmen.
Wenn die Beteiligung zu niedrig ist, können die Ergebnisse der Stichproben ungenau sein. Stand 17. März 2025 liegt die aktuelle Beteiligungsquote im Ethereum-Netzwerk bei rund 98%.

Rechen- und Speicheroverhead:
Obwohl PeerDAS die Daten reduziert, die jeder Knoten überprüfen muss, erfordert es dennoch, dass die Knoten Verifizierungsaufgaben durchführen. Dies kann rechen- und speicherintensive Knoten (z.B. Low-End-Geräte) unter Druck setzen. Wenn die Knoten die Arbeitslast nicht bewältigen können, kann dies zu einem Rückgang der Netzwerkbeteiligung führen.

Protokollkomplexität:
PeerDAS führt neue Validierungsmechanismen und Protokolle ein, was die Implementierung komplexer macht als traditionelle Methoden. Das Verständnis und die Implementierung dieser neuen technischen Lösung erfordert das Erlernen und Anpassen für Entwickler und Knotenbetreiber, was möglicherweise die technische Hürde des Systems erhöht.

Kompatibilität mit bestehenden Systemen:
Obwohl PeerDAS über eine starke theoretische Skalierbarkeit verfügt, könnte es in der Praxis erforderlich sein, es in bestehende Blockchain-Architekturen zu integrieren, was systemkompatible Probleme mit sich bringt. Unterschiedliche Blockchain-Plattformen können unterschiedliche Konsensmechanismen und Datenspeicherformate verwenden, was erfordert, dass PeerDAS angepasst und optimiert wird.

Quelle: https://beaconscan.com/stat/networkparticipation

Fazit

Mit dem kontinuierlichen Fortschritt der Technologie hat PeerDAS, eine aufstrebende Lösung für die Stichprobenverfügbarkeit von Daten (DAS), großes Potenzial gezeigt, die Skalierbarkeit und Sicherheit von Blockchain zu verbessern. Indem es die Speicher- und Bandbreitenanforderungen für Knoten reduziert und die Netzwerkskalierbarkeit und Dezentralisierung verbessert, geht PeerDAS effektiv auf die derzeitigen Herausforderungen hinsichtlich hoher Durchsatzraten bei Blockchain-Systemen ein.

Obwohl die Technologie noch einige Herausforderungen zu bewältigen hat - wie z.B. Genauigkeit der Stichproben, Netzwerktopologie und Knotenbeteiligung - deuten laufende Verbesserungen und sich ausweitende Anwendungsfälle darauf hin, dass PeerDAS wahrscheinlich zu einem unverzichtbaren Bestandteil zukünftiger Blockchain-Ökosysteme werden wird. Insbesondere in Bereichen wie Smart Contracts, DeFi, Cross-Chain-Technologie und Integration mit Edge Computing und dem Internet der Dinge (IoT) wird PeerDAS eine stabilere, effizientere und sicherere Unterstützung für Blockchain-Innovation und -Adoption bieten.

Insgesamt repräsentiert PeerDAS eine wichtige Richtung in der Entwicklung der Blockchain-Technologie. Es löst nicht nur das Problem der Datenverfügbarkeit, sondern legt auch den Grundstein für die nächste Generation von dezentralen Anwendungen und treibt die Blockchain-Technologie in eine effizientere und sicherere Zukunft.