Wichtigste Punkte:
Im Blockchain-Bereich bezieht sich Datenverfügbarkeit auf die Fähigkeit der Netzwerkteilnehmer, auf die in der Blockchain gespeicherten Daten zuzugreifen und sie zu überprüfen.
Gängige Methoden zur Sicherstellung der Datenverfügbarkeit sind Data Availability Layers, Data Availability Sampling und Data Availability Committees.
Zu den Herausforderungen im Zusammenhang mit der Datenverfügbarkeit gehören Probleme der Interoperabilität und Kompromisse zwischen Skalierbarkeit und Sicherheit.
Einführung
Die Blockchain-Technologie ermöglicht vertrauenslose und unveränderliche Datenaufzeichnungen, aber das Auffinden und Überprüfen dieser Daten kann schwierig sein. In diesem Artikel befassen wir uns mit dem Konzept der Datenverfügbarkeit, seiner Bedeutung, Herausforderungen im Zusammenhang mit dem Zugriff auf Blockchain-Daten und einigen Methoden zur Sicherstellung der Datenverfügbarkeit.
Welche Rolle spielt die Datenverfügbarkeit in Blockchain-Netzwerken?
Damit Blockchain-Netzwerke funktionieren, ist die Datenverfügbarkeit von entscheidender Bedeutung. Alle Netzwerkteilnehmer müssen jederzeit auf die aufgezeichneten Informationen, wie z. B. Transaktionsdetails, Blockdaten und den Status des Ledgers, zugreifen und sie überprüfen können.
Welche Methoden zur Sicherstellung der Datenverfügbarkeit gibt es?
Es gibt verschiedene Methoden zur Sicherstellung der Datenverfügbarkeit. Zu den gängigsten gehören Data Availability Layers, Data Availability Sampling und Data Availability Committees.
Data Availability Layer (DAL)
Data Availability Layers (auf Deutsch „Datenverfügbarkeitsebenen“) oder DALs sind spezielle On-Chain- oder Off-Chain-Datenspeicherlösungen. Sie trennen die spezifische Aufgabe der Sicherstellung der Datenverfügbarkeit von anderen Blockchain-Operationen wie der Transaktionsausführung.
DALs verwenden verschiedene Techniken zur Verbesserung des Datenzugangs, z. B. Data Sharding und Erasure Coding (EC). Beim Data Sharding werden Datenbanken in kleinere Teile zerlegt, die dann getrennt gespeichert und verarbeitet werden können. Beim Erasure Coding werden die Daten in Fragmente aufgeteilt, wobei bewusst Datenredundanzen geschaffen werden, damit es beim Ausfall eines Knotens zu keinem Datenverlust kommt. Diese Techniken ermöglichen die Wiederherstellung der gesamten Daten, selbst wenn Teile davon verlorengehen oder vorübergehend nicht verfügbar sind.
Data Availability Sampling (DAS)
Data Availability Sampling („Datenverfügbarkeits-Sampling“) oder DAS ist eine Technik, die sichergestellt, dass alle Knoten auf die erforderlichen Blockchain-Daten zugreifen können, ohne dass sie den gesamten Blockchain-Datensatz herunterladen und überprüfen müssen. So können auch Knoten mit begrenzter Rechenleistung an der Validierung von Transaktionen und zur Aufrechterhaltung der Netzwerkintegrität beitragen.
Bei DAS werden die Blockchain-Daten zunächst in kleinere Datenblöcke unterteilt. Die Knoten können nach dem Zufallsprinzip einige dieser Datenblöcke anstelle des gesamten Datensatzes auswählen. Da sie nur einen Bruchteil der Gesamtdaten verarbeiten müssen, werden die einzelnen Knoten entlastet.
Die Knoten überprüfen die ausgewählten Datenblöcke, um auf die Verfügbarkeit des gesamten Datensatzes zu schließen. Dabei wird von folgender Annahme ausgegangen: Wenn die überprüften Daten zugänglich sind, sind die anderen Daten wahrscheinlich auch verfügbar.
Data Availability Committees (DAC)
Ein Data Availability Committee („Datenverfügbarkeitsausschuss“) oder DAC ist eine Gruppe von vertrauenswürdigen Knoten in einem Blockchain-Netzwerk, die die Datenverfügbarkeit gewährleisten sollen. Die Hauptaufgabe eines DAC besteht darin, zu überprüfen, ob alle Daten, wie z. B. Transaktionen und Zustandsänderungen, korrekt aufgezeichnet und für jeden Netzwerkteilnehmer zugänglich sind. Die Ausschussmitglieder werden in der Regel im Rahmen eines dezentralen Abstimmungsverfahrens ausgewählt, um Zentralisierungsrisiken wie einzelne Ausfallpunkte (Single Points of Failure) zu mindern.
DACs spielen eine entscheidende Rolle bei Layer-2-Skalierungslösungen, wie z. B. Rollups, wo sie Daten im Zusammenhang mit Off-Chain-Berechnungen verwalten. Bei Blockchains, die Sharding verwenden und bei denen die Datensätze daher auf mehrere Shards verteilt werden, helfen DACs, die Datenverfügbarkeit über alle Shards hinweg zu gewährleisten.
Warum ist die Datenverfügbarkeit so wichtig?
Datenverfügbarkeit ist für verschiedene Schritte der Block- und Transaktionsüberprüfung von entscheidender Bedeutung.
1. Blockverbreitung. Nachdem ein neuer Block erstellt wurde, wird er an das gesamte Netzwerk gesendet. Für eine zuverlässige Blocküberprüfung muss der Block für alle Knoten zugänglich sein.
2. Transaktionsvalidierung. Bei diesem Schritt wird jede Transaktion in einem Block daraufhin überprüft, ob sie den Regeln des Netzwerkes entspricht. Um diese Prüfungen korrekt durchführen zu können, müssen die Knoten Zugang zu den vollständigen Transaktionsdaten haben.
3. Prüfung des Block-Headers. Die Knoten überprüfen zudem, ob der neue Block korrekt auf den vorherigen Block verweist und mit diesem verbunden ist und er daher der Blockchain hinzugefügt werden kann.
4. Überprüfung der Konformität mit dem Konsensmechanismus. Die Knoten stellen sicher, dass der Block den Anforderungen des Konsensmechanismus der Blockchain, z. B. Proof of Work (PoW) oder Proof of Stake (PoS), entspricht. Dazu sind sie auf alle notwendigen Blockdaten wie den Hashwert und die Mining-Schwierigkeit angewiesen.
Herausforderungen im Zusammenhang mit der Datenverfügbarkeit
Probleme der Interoperabilität
Mit der fortschreitenden Entwicklung der Blockchain-Technologie setzen verschiedene Netzwerke ihre eigenen Ansätze für die Datenverfügbarkeit um. Dies kann zwar zu Innovation beitragen, führt aber zu neuen Herausforderungen bei Blockchain-übergreifenden Operationen (d. h. der Interaktion von Blockchain-Systemen).
Kompromiss zwischen Skalierbarkeit und Sicherheit
Eine verbesserte Datenverfügbarkeit kann eine größere Skalierbarkeit ermöglichen, aber auch die Sicherheit beeinträchtigen. Es ist wichtig, die potenziellen Auswirkungen von Datenverfügbarkeitstechniken vor ihrer Einführung genau zu prüfen. Der Spagat zwischen Sicherheit und Skalierbarkeit ist einer der drei Zielkonflikte des Blockchain-Trilemmas.
Fazit
In Blockchain-Netzwerken bezieht sich Datenverfügbarkeit auf die Fähigkeit der Netzwerkteilnehmer, auf die in der Blockchain gespeicherten Daten zuzugreifen und sie zu überprüfen. Es gibt viele verschiedene Methoden zur Sicherstellung der Datenverfügbarkeit, darunter Data Availability Layers, Data Availability Sampling und Data Availability Committees. Die Datenverfügbarkeit wird auch in Zukunft eine wichtige Rolle im Hinblick auf die Verbreitung der Blockchain-Technologie spielen.
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