Die Architektur von Celestia
Dieses Modul untersucht die technischen Grundlagen von Celestia, einschließlich seiner Kernfunktionen, des Validator-Designs und der Mechanik des Datenverfügbarkeits-Samplings (DAS). Es erklärt, wie Celestia Daten als Blobs speichert, wie Blobstream Cross-Chain-Integrationen mit Ethereum ermöglicht und wie das Netzwerk Dezentralisierung und Zensurresistenz aufrechterhält. Das Modul veranschaulicht, wie Celestia Skalierbarkeit erreicht, ohne Vertrauen oder Zugänglichkeit zu beeinträchtigen.
Kernrollen — Was Celestia tatsächlich macht
Celestia erfüllt zwei grundlegende Funktionen im Blockchain-Stack: Konsens und Datenverfügbarkeit. Es lässt absichtlich die Ausführung von Smart Contracts, den Zustandsspeicher und die Abrechnungslogik aus. Dieser enge Anwendungsbereich ist keine Einschränkung, sondern eine bewusste architektonische Entscheidung, die sich mit dem modularen Design von Celestia in Einklang bringt. Durch die Spezialisierung auf nur zwei Rollen erzielt Celestia eine höhere Skalierbarkeit, Effizienz und Flexibilität für externe Chains, die auf ihm als grundlegender Schicht beruhen.
Konsens ohne Ausführung
In Celestia bezieht sich Konsens auf den Prozess der Blockreihenfolge und die Sicherstellung, dass Validatoren sich über die Reihenfolge und Einbeziehung von Datenblöcken einig sind. Celestia verwendet einen auf Byzantinischer Fehlertoleranz (BFT) basierenden Konsensalgorithmus, der aus Tendermint abgeleitet ist, gut getestet ist und darauf ausgelegt ist, die Netzwerksicherheit auch bei fehlerhaften oder bösartigen Knoten aufrechtzuerhalten.
Der wesentliche Unterschied zwischen Celestia und einer traditionellen Layer-1-Kette wie Ethereum besteht darin, dass die Celestia-Validatoren die Transaktionen, die sie erhalten, nicht interpretieren oder ausführen. Sie stimmen einfach darin überein, in welcher Reihenfolge die Daten erscheinen, und bestätigen, dass sie veröffentlicht werden. Dadurch wird die Rechenlast für die Validatoren verringert und die Notwendigkeit für rechenintensive Berechnungen eliminiert, was eine schnellere und skalierbarere Blockproduktion ermöglicht.
Datenverfügbarkeit als primäre Funktion
Die zweite Kernrolle von Celestia ist die Datenverfügbarkeit – sie stellt sicher, dass alle veröffentlichten Daten (typischerweise Transaktionsblobs von externen Ketten) für jeden im Netzwerk zugänglich sind. Datenverfügbarkeit ist eine grundlegende Anforderung für jedes Blockchain-System, da Benutzer und Leichtkunden überprüfen müssen, ob die Daten hinter jedem Block vollständig sind und nicht zensiert oder zurückgehalten werden.
Celestia stellt eine neuartige Lösung für diese Herausforderung durch Data Availability Sampling (DAS) vor, das es leichten Clients ermöglicht, probabilistisch zu überprüfen, ob ein voller Datenblock verfügbar ist, indem kleine, zufällig ausgewählte Teile der Daten ausprobiert werden. Das bedeutet, dass auch Geräte mit begrenzter Bandbreite und Speicher unabhängig überprüfen können, ob die Kette ehrlich funktioniert, was die Dezentralisierung erheblich verbessert und die Hürde für die Netzwerkbeteiligung senkt.
Infrastruktur ohne Zustand durch Design
Celestia pflegt keinen globalen Zustand oder verfolgt Benutzerkontostände, intelligente Verträge oder Ausführungsergebnisse. Es validiert nicht, ob eine Transaktion korrekt ist, noch bietet es eine Logik für Streitbeilegung oder endgültige Abwicklung. Diese Verantwortlichkeiten werden vollständig an die Ausführungsebenen delegiert, die auf Celestia aufgebaut sind - ob es sich dabei um allgemeine Rollups, domänenspezifische Ketten oder experimentelle Blockchain-Laufzeiten handelt.
Als Ergebnis fungiert Celestia als eine staatenlose Infrastrukturebene. Es veröffentlicht und organisiert Daten, bleibt jedoch neutral gegenüber deren Inhalten. Dies ermöglicht es Anwendungs-Entwicklern, hochgradig angepasste Chains unter Verwendung ihrer bevorzugten virtuellen Maschinen (wie EVM, WASM oder SVM), Konsensregeln und Governance-Modelle aufzubauen, während sie gleichzeitig die sichere und skalierbare Veröffentlichungsschicht von Celestia nutzen.
Ein modulares Ökosystem ermöglichen
Weil Celestia Konsens und Datenverfügbarkeit von Ausführung und Abwicklung entkoppelt, ermöglicht es die Schaffung eines modularen Blockchain-Ökosystems. Entwickler können Ausführungsumgebungen (z. B. Rollups oder souveräne Ketten) starten, ohne eine vollständige Konsensprotokoll aufbauen zu müssen oder sich um die Datenverfügbarkeit zu kümmern. Diese Komponenten interagieren mit Celestia als Basisschicht und verlassen sich auf sie zur Ordnung und Veröffentlichung ihrer Blockdaten.
Dieser Ansatz beseitigt die Notwendigkeit, dass Layer-1-Blockchains Systeme sind, die für alle gleich sind. Stattdessen fördert er horizontales Skalieren, bei dem viele unabhängige Ketten parallel betrieben werden können, während sie eine gemeinsame, leichtgewichtige Datenebene teilen.
Datenverfügbarkeitsstichprobe (DAS)
In Blockchain-Systemen bezieht sich die Datenverfügbarkeit auf die Garantie, dass alle Blockdaten für jeden Teilnehmer im Netzwerk zugänglich sind. Dies ist entscheidend, denn ohne Zugriff auf die zugrunde liegenden Daten können Benutzer und Validatoren nicht überprüfen, ob die Transaktionen eines Blocks gültig sind. Wenn sogar ein kleiner Teil der Blockdaten zurückgehalten wird, wird es unmöglich zu beweisen, ob bösartige Aktivitäten stattgefunden haben.
In traditionellen monolithischen Blockchains lösen volle Knoten dieses Problem, indem sie alle Blockdaten herunterladen und speichern. Allerdings wird dieser Ansatz zunehmend unpraktisch, wenn die Blockgrößen wachsen. Mit steigenden Kosten für die Speicherung und Übertragung von Daten können sich weniger Teilnehmer leisten, volle Knoten zu betreiben, was die Dezentralisierung untergräbt und die Abhängigkeit von zentralisierten Infrastrukturanbietern erhöht.
Celestia löst dieses Problem mit einer Technik namens Data Availability Sampling (DAS). DAS ermöglicht es leichten Clients - Knoten, die die vollständige Blockchain-Historie nicht speichern - zu überprüfen, ob alle Blockdaten verfügbar sind, ohne den gesamten Datensatz herunterzuladen. Diese Innovation ist zentral für die Skalierbarkeit und modulare Architektur von Celestia.
Wie DAS funktioniert
DAS verlässt sich auf eine Kombination aus Fehlertoleranzcodierung und zufälliger Stichprobennahme. Wenn auf Celestia ein Block erstellt wird, wird seine Daten in kleine Stücke zerlegt, mit Fehlertoleranzcodierung codiert und in ein zweidimensionales Datenviereck angeordnet. Die Fehlertoleranzcodierung führt Redundanz ein, sodass die Originaldaten rekonstruiert werden können, selbst wenn Teile fehlen. Dies funktioniert ähnlich wie die Datenredundanz in verteilten Speichersystemen.
Sobald der Datensektor konstruiert und veröffentlicht ist, müssen Leichtclients nicht den gesamten Sektor herunterladen. Stattdessen fordern sie zufällig kleine Teile (oder „Samples“) der Daten an. Wenn der Blockproduzent ehrlich ist und die Daten tatsächlich verfügbar sind, werden eine ausreichend große Anzahl zufälliger Samples erfolgreich zurückgegeben. Wenn ein Teil des Blocks fehlt oder zurückgehalten wird, wird die Wahrscheinlichkeit der Entdeckung hoch, wenn mehr Clients Stichproben durchführen.
Die mathematischen Eigenschaften der Löschcodierung und der Stichprobentheorie gewährleisten, dass leichte Clients nicht verfügbare oder unvollständige Daten mit einem hohen Maß an Vertrauen erkennen können, ohne einem bestimmten Validator oder Vollknoten vertrauen zu müssen. Dies macht DAS zu einer vertrauensminimierten Lösung für das Problem der Datenverfügbarkeit.
Skalierung ohne Kompromisse bei der Dezentralisierung
Der Hauptvorteil von DAS besteht darin, dass es Celestia ermöglicht, größere Blockgrößen und eine höhere Daten-Durchsatzrate zu unterstützen, ohne die Hardwareanforderungen für Netzwerkteilnehmer zu erhöhen. Leichtgewichtige Clients können auf Geräten der Verbrauchsklasse, einschließlich Mobiltelefonen und eingebetteten Systemen, betrieben werden und trotzdem überprüfen, ob Blockdaten korrekt veröffentlicht werden.
Die Möglichkeit, die Verfügbarkeit von Daten zu überprüfen, ohne vollständige Blöcke herunterzuladen, ist das, was die horizontale Skalierbarkeit ermöglicht. Anstatt dass eine einzelne Kette alle Ausführungen bearbeitet, können Tausende von unabhängigen Ketten (wie Rollups oder souveräne Ketten) ihre Daten an Celestia veröffentlichen, und Benutzer können diese Daten überprüfen, ohne teure Infrastruktur betreiben zu müssen. Dieses Design unterstützt ein dezentralisiertes und skalierbares Multi-Chain-Ökosystem.
Sicherheits- und Vertrauensannahmen
DAS beseitigt nicht die Notwendigkeit für Konsens oder ehrliche Validatoren, reduziert aber signifikant die Vertrauensannahmen, die erforderlich sind, um zu überprüfen, dass das System ordnungsgemäß funktioniert. Leichtgewichtige Clients müssen Blockproduzenten nicht vertrauen oder sich auf zentralisierte APIs verlassen. Sie sampeln unabhängig das Netzwerk und können jeden Versuch, Daten zu zensieren oder zu verbergen, erkennen. Dies unterstützt die Resistenz gegen Zensur und stärkt das Sicherheitsmodell von Ketten, die Celestia für die Datenverfügbarkeit verwenden.
DAS macht es auch für bösartige Validatoren schwieriger, unvollständige Blöcke zu veröffentlichen. Da die Erkennung probabilistisch und dezentralisiert ist, kann ein Angreifer nicht vorhersagen, welche Teile des Blocks ausgewählt werden. Selbst wenn nur wenige Clients Stichproben durchführen, bleibt die Entdeckungswahrscheinlichkeit hoch.
Blobs und Blobstream
Blob
In Celestia wird Daten nicht wie bei herkömmlichen Blockchain-Transaktionen strukturiert. Stattdessen werden sie als Blobs gespeichert und veröffentlicht, was für steht.binäre große ObjekteEin Blob ist ein undurchsichtiges Datenstück – Celestia interpretiert oder validiert dessen Inhalt nicht. Blobs werden einfach in die Blockchain eingetragen, um die Reihenfolge und Verfügbarkeit sicherzustellen.
Dies ist eine Abkehr von herkömmlichen Layer-1-Chains wie Ethereum, bei denen jede Transaktion sowohl Daten als auch Logik enthält, die die Chain interpretieren und ausführen muss. Celestia vermeidet die Hinrichtung gänzlich. Blobs werden als Nutzlasten behandelt, die von externen Ketten (z. B. Rollups) übermittelt werden, und es wird nur garantiert, dass diese Blobs verfügbar sind und in der richtigen Reihenfolge platziert werden.
Blobs bieten eine effiziente und minimale Abstraktion für die Veröffentlichung von Blockdaten. Da Celestia-Validatoren nicht verpflichtet sind, den Inhalt des Blobs zu verstehen, erreicht das Netzwerk eine höhere Skalierbarkeit und Neutralität. Ausführungsumgebungen, die auf Celestia aufbauen, können ihre eigenen Formate, virtuellen Maschinen und Konsensregeln ohne Einschränkungen durch die Basisschicht definieren.
Wenn ein Rollup oder eine souveräne Kette Daten an Celestia übermittelt, verpackt es seine Transaktionscharge in einen Blob. Dieser Blob wird dann an die Datenverfügbarkeitsschicht von Celestia gepostet und in einen Block aufgenommen. Jeder Blob wird einem Namensraum zugewiesen - einer eindeutigen Kennung, die es den Clients ermöglicht, Blobs, die für ihre spezifische Kette relevant sind, zu filtern und abzurufen.
Der Blob wird in kleinere Teile aufgeteilt, erasure-codiert und in einem zweidimensionalen Datenviereck angeordnet. Diese Struktur ermöglicht es leichten Clients, eine Datenverfügbarkeitsprüfung (DAS) durchzuführen, um sicherzustellen, dass der gesamte Blob zugänglich ist, ohne jeden Anteil herunterzuladen. Sobald der Blob erfolgreich veröffentlicht wurde, wird er zu einem dauerhaften, geordneten Datensatz auf Celestia, der für alle zugänglich ist, die einen Client oder Verifizierer ausführen.
Blob Stream
Blobstream ist Celestias Mechanismus zum Weiterleiten seiner Blobs an andere Blockchain-Netzwerke. Es fungiert als Datenverfügbarkeitsbrücke, die es Layer-2-Rollups oder anderen Ausführungsumgebungen ermöglicht, Celestia für die Datenveröffentlichung zu nutzen, während sie sich weiterhin auf eine separate Kette - in der Regel Ethereum - für Abwicklung und Betrugsnachweise verlassen.
In der Praxis ermöglicht Blobstream Ethereum-Smart-Verträgen zu überprüfen, ob ein bestimmtes Blob tatsächlich auf Celestia veröffentlicht und verfügbar gemacht wurde. Dies wird mithilfe von Leichtclients und kryptografischen Beweisen erreicht, die die Blockheader und Namensräume von Celestia mit Ethereum verbinden. Dies ermöglicht es Ethereum-basierten Rollups, von der skalierbaren Datenschicht von Celestia zu profitieren, ohne die Sicherheits- und Abwicklungsgarantien von Ethereum aufzugeben.
Mehrere Projekte nutzen bereits Blobstream, um ihre Ausführungslogik von der Datenverfügbarkeit zu trennen. Zum Beispiel verwendet Manta Pacific, eine Layer 2 zkEVM-Kette, Celestia als Datenverfügbarkeitsschicht über Blobstream, während sie weiterhin auf Ethereum abwickeln. Dieser Ansatz ermöglicht reduzierte Gebühren und schnelleres Block-Publishing, während die Kompatibilität mit dem Smart Contract-Ökosystem von Ethereum erhalten bleibt.
Blobstream schafft effektiv ein Hybridmodell: Die Ausführung erfolgt auf einem leistungsstarken Rollup, die Datenverfügbarkeit wird an Celestia ausgelagert und die Abwicklung bleibt an Ethereum verankert. Diese Architektur zeigt, wie Celestia nicht nur für souveräne Rollups, sondern auch für auf Ethereum basierende L2s verwendet werden kann, die bandbreitenintensive Operationen auslagern möchten.
Sicherheits- und Dezentralisierungsmodell
Sicherheit auf Basis von Validatoren mit Proof-of-Stake
Celestia arbeitet mit einem Proof-of-Stake-Konsensmodell, das eine Variante des Tendermint-BFT (Byzantine Fault Tolerant) Algorithmus verwendet. Validator*innen im Netzwerk setzen Celestias native Token, $TIA, ein, um am Blockproduktions- und Konsensprozess teilzunehmen. Diese Validator*innen sind dafür verantwortlich, Blöcke vorzuschlagen und zu signieren, die Datenblobs enthalten, die von Rollups und anderen Chains eingereicht wurden.
Die Verwendung von Proof-of-Stake bringt die Anreize zwischen den Netzwerkteilnehmern und der Protokollsicherheit in Einklang. Validatoren werden für ehrliches Verhalten belohnt und für bösartige Handlungen wie doppeltes Signieren oder das Versäumnis, am Konsens teilzunehmen, bestraft. Dieser wirtschaftliche Mechanismus gewährleistet, dass Validatoren im besten Interesse des Netzwerks handeln und eine starke Basis für die Anordnung und Sicherung veröffentlichter Daten bieten.
Im Gegensatz zu traditionellen Ketten führen Celestia-Validatoren keine Transaktionen aus oder verfolgen den globalen Zustand. Ihre Aufgaben beschränken sich darauf, Signaturen zu überprüfen, Datenblöcke zu ordnen und sicherzustellen, dass Blöcke die Formatierungs- und Datenverfügbarkeitsanforderungen erfüllen. Dies verringert ihre Rechenlast und ermöglicht es dem Netzwerk, ohne Erhöhung der Hardwareanforderungen zu skalieren.
Leichte Clients und vertrauensminimierte Verifizierung
Eine der wichtigsten Sicherheitsfunktionen von Celestia ist die Unterstützung von Leichtknoten – Knoten, die die vollständige Blockchain-Historie nicht speichern oder Transaktionen ausführen, aber dennoch die Blockeinbindung und Datenverfügbarkeit überprüfen. Durch die Verwendung von Data Availability Sampling (DAS) können Leichtknoten unabhängig bestätigen, dass alle Blockdaten zugänglich sind, ohne sie vollständig herunterzuladen.
Das bedeutet, dass Benutzer und Anwendungs-Chainen sich nicht auf Vollknoten verlassen oder auf zentralisierte Infrastrukturanbieter vertrauen müssen, um die Netzwerkintegrität zu gewährleisten. Sie können ihre eigenen Leichtclients auf alltäglichen Geräten wie Smartphones oder Consumer-Laptops betreiben und dennoch überprüfen, dass Celestia ehrlich funktioniert.
Dieses Modell verbessert die Dezentralisierung erheblich. In vielen Blockchains sind Vollknoten aufgrund der hohen Kosten für den Betrieb zunehmend unerschwinglich geworden, was dazu führt, dass die Validierungsmacht in wenigen Händen konzentriert wird. Die leichte Verifizierung von Celestia ermöglicht eine breitere Palette von Benutzern, am Netzwerk teilzunehmen, was die Robustheit und Verteilung des Vertrauens erhöht.
Zensurresistenz durch DAS
Zensurresistenz ist eine entscheidende Eigenschaft für jedes Blockchain-Netzwerk. Es stellt sicher, dass alle Benutzer Daten veröffentlichen können und dass keine Entität Transaktionen unterdrücken oder selektiv verbergen kann. In Celestia spielt Data Availability Sampling eine zentrale Rolle beim Schutz vor Zensur.
Da Datenblöcke in kleinere Stücke aufgeteilt und redundant mit Hilfe von Fehlerkorrekturcodes codiert werden, müsste ein bösartiger Validator einen signifikanten Teil eines Blocks zurückhalten, um ihn erfolgreich zu zensieren. Allerdings macht DAS ein solches Verhalten leicht erkennbar. Leichte Clients fordern zufällige Teile der Daten an, und wenn ein Teil des Blocks fehlt, können die Clients den Block als unvollständig oder nicht verfügbar markieren.
Dieses System schafft einen starken Anreiz für Validatoren, vollständige und ehrliche Daten zu veröffentlichen. Die probabilistische Natur von DAS stellt sicher, dass selbst eine teilweise Zensur wahrscheinlich erkannt wird, insbesondere wenn die Anzahl der Sampling-Clients zunimmt.
Niedrige Hardwareanforderungen und zugängliche Teilnahme
Eine weitere Dimension der Dezentralisierung ist die Hardware-Zugänglichkeit. In vielen Blockchain-Netzwerken umfasst die Kosten für das Betreiben eines Validators oder Vollknotens erheblichen Speicherplatz, Bandbreite und Rechenleistung. Dies erhöht die Hürden für den alltäglichen Benutzer und konzentriert Validierungsaufgaben auf eine kleine Anzahl von institutionellen Akteuren.
Das minimalistische Design von Celestia vermeidet diese Probleme. Validatoren führen keine Ausführung durch und leichte Clients erfordern keine vollständige Speicherung der Kette. Das Ergebnis ist ein Netzwerk, das mit Standard-Hardware gesichert und verifiziert werden kann, ohne spezielle oder teure Ausrüstung. Dies ermöglicht eine breitere Beteiligung über Geografien und Einkommensniveaus hinweg und trägt zu einem gesünderen und dezentralisierten Netzwerk bei.
Lektion 1:Die Evolution der Blockchain-Architektur
Lektion 2:Die Rolle von Celestia im modularen Design verstehen
Lektion 3:Die Architektur von Celestia
Lektion 4:Celestia in Aktion — Ökosystem und Anwendungsfälle
Lektion 5:Ausblick, Herausforderungen & Wettbewerbslandschaft
Die Architektur von Celestia
Dieses Modul untersucht die technischen Grundlagen von Celestia, einschließlich seiner Kernfunktionen, des Validator-Designs und der Mechanik des Datenverfügbarkeits-Samplings (DAS). Es erklärt, wie Celestia Daten als Blobs speichert, wie Blobstream Cross-Chain-Integrationen mit Ethereum ermöglicht und wie das Netzwerk Dezentralisierung und Zensurresistenz aufrechterhält. Das Modul veranschaulicht, wie Celestia Skalierbarkeit erreicht, ohne Vertrauen oder Zugänglichkeit zu beeinträchtigen.
Kernrollen — Was Celestia tatsächlich macht
Celestia erfüllt zwei grundlegende Funktionen im Blockchain-Stack: Konsens und Datenverfügbarkeit. Es lässt absichtlich die Ausführung von Smart Contracts, den Zustandsspeicher und die Abrechnungslogik aus. Dieser enge Anwendungsbereich ist keine Einschränkung, sondern eine bewusste architektonische Entscheidung, die sich mit dem modularen Design von Celestia in Einklang bringt. Durch die Spezialisierung auf nur zwei Rollen erzielt Celestia eine höhere Skalierbarkeit, Effizienz und Flexibilität für externe Chains, die auf ihm als grundlegender Schicht beruhen.
Konsens ohne Ausführung
In Celestia bezieht sich Konsens auf den Prozess der Blockreihenfolge und die Sicherstellung, dass Validatoren sich über die Reihenfolge und Einbeziehung von Datenblöcken einig sind. Celestia verwendet einen auf Byzantinischer Fehlertoleranz (BFT) basierenden Konsensalgorithmus, der aus Tendermint abgeleitet ist, gut getestet ist und darauf ausgelegt ist, die Netzwerksicherheit auch bei fehlerhaften oder bösartigen Knoten aufrechtzuerhalten.
Der wesentliche Unterschied zwischen Celestia und einer traditionellen Layer-1-Kette wie Ethereum besteht darin, dass die Celestia-Validatoren die Transaktionen, die sie erhalten, nicht interpretieren oder ausführen. Sie stimmen einfach darin überein, in welcher Reihenfolge die Daten erscheinen, und bestätigen, dass sie veröffentlicht werden. Dadurch wird die Rechenlast für die Validatoren verringert und die Notwendigkeit für rechenintensive Berechnungen eliminiert, was eine schnellere und skalierbarere Blockproduktion ermöglicht.
Datenverfügbarkeit als primäre Funktion
Die zweite Kernrolle von Celestia ist die Datenverfügbarkeit – sie stellt sicher, dass alle veröffentlichten Daten (typischerweise Transaktionsblobs von externen Ketten) für jeden im Netzwerk zugänglich sind. Datenverfügbarkeit ist eine grundlegende Anforderung für jedes Blockchain-System, da Benutzer und Leichtkunden überprüfen müssen, ob die Daten hinter jedem Block vollständig sind und nicht zensiert oder zurückgehalten werden.
Celestia stellt eine neuartige Lösung für diese Herausforderung durch Data Availability Sampling (DAS) vor, das es leichten Clients ermöglicht, probabilistisch zu überprüfen, ob ein voller Datenblock verfügbar ist, indem kleine, zufällig ausgewählte Teile der Daten ausprobiert werden. Das bedeutet, dass auch Geräte mit begrenzter Bandbreite und Speicher unabhängig überprüfen können, ob die Kette ehrlich funktioniert, was die Dezentralisierung erheblich verbessert und die Hürde für die Netzwerkbeteiligung senkt.
Infrastruktur ohne Zustand durch Design
Celestia pflegt keinen globalen Zustand oder verfolgt Benutzerkontostände, intelligente Verträge oder Ausführungsergebnisse. Es validiert nicht, ob eine Transaktion korrekt ist, noch bietet es eine Logik für Streitbeilegung oder endgültige Abwicklung. Diese Verantwortlichkeiten werden vollständig an die Ausführungsebenen delegiert, die auf Celestia aufgebaut sind - ob es sich dabei um allgemeine Rollups, domänenspezifische Ketten oder experimentelle Blockchain-Laufzeiten handelt.
Als Ergebnis fungiert Celestia als eine staatenlose Infrastrukturebene. Es veröffentlicht und organisiert Daten, bleibt jedoch neutral gegenüber deren Inhalten. Dies ermöglicht es Anwendungs-Entwicklern, hochgradig angepasste Chains unter Verwendung ihrer bevorzugten virtuellen Maschinen (wie EVM, WASM oder SVM), Konsensregeln und Governance-Modelle aufzubauen, während sie gleichzeitig die sichere und skalierbare Veröffentlichungsschicht von Celestia nutzen.
Ein modulares Ökosystem ermöglichen
Weil Celestia Konsens und Datenverfügbarkeit von Ausführung und Abwicklung entkoppelt, ermöglicht es die Schaffung eines modularen Blockchain-Ökosystems. Entwickler können Ausführungsumgebungen (z. B. Rollups oder souveräne Ketten) starten, ohne eine vollständige Konsensprotokoll aufbauen zu müssen oder sich um die Datenverfügbarkeit zu kümmern. Diese Komponenten interagieren mit Celestia als Basisschicht und verlassen sich auf sie zur Ordnung und Veröffentlichung ihrer Blockdaten.
Dieser Ansatz beseitigt die Notwendigkeit, dass Layer-1-Blockchains Systeme sind, die für alle gleich sind. Stattdessen fördert er horizontales Skalieren, bei dem viele unabhängige Ketten parallel betrieben werden können, während sie eine gemeinsame, leichtgewichtige Datenebene teilen.
Datenverfügbarkeitsstichprobe (DAS)
In Blockchain-Systemen bezieht sich die Datenverfügbarkeit auf die Garantie, dass alle Blockdaten für jeden Teilnehmer im Netzwerk zugänglich sind. Dies ist entscheidend, denn ohne Zugriff auf die zugrunde liegenden Daten können Benutzer und Validatoren nicht überprüfen, ob die Transaktionen eines Blocks gültig sind. Wenn sogar ein kleiner Teil der Blockdaten zurückgehalten wird, wird es unmöglich zu beweisen, ob bösartige Aktivitäten stattgefunden haben.
In traditionellen monolithischen Blockchains lösen volle Knoten dieses Problem, indem sie alle Blockdaten herunterladen und speichern. Allerdings wird dieser Ansatz zunehmend unpraktisch, wenn die Blockgrößen wachsen. Mit steigenden Kosten für die Speicherung und Übertragung von Daten können sich weniger Teilnehmer leisten, volle Knoten zu betreiben, was die Dezentralisierung untergräbt und die Abhängigkeit von zentralisierten Infrastrukturanbietern erhöht.
Celestia löst dieses Problem mit einer Technik namens Data Availability Sampling (DAS). DAS ermöglicht es leichten Clients - Knoten, die die vollständige Blockchain-Historie nicht speichern - zu überprüfen, ob alle Blockdaten verfügbar sind, ohne den gesamten Datensatz herunterzuladen. Diese Innovation ist zentral für die Skalierbarkeit und modulare Architektur von Celestia.
Wie DAS funktioniert
DAS verlässt sich auf eine Kombination aus Fehlertoleranzcodierung und zufälliger Stichprobennahme. Wenn auf Celestia ein Block erstellt wird, wird seine Daten in kleine Stücke zerlegt, mit Fehlertoleranzcodierung codiert und in ein zweidimensionales Datenviereck angeordnet. Die Fehlertoleranzcodierung führt Redundanz ein, sodass die Originaldaten rekonstruiert werden können, selbst wenn Teile fehlen. Dies funktioniert ähnlich wie die Datenredundanz in verteilten Speichersystemen.
Sobald der Datensektor konstruiert und veröffentlicht ist, müssen Leichtclients nicht den gesamten Sektor herunterladen. Stattdessen fordern sie zufällig kleine Teile (oder „Samples“) der Daten an. Wenn der Blockproduzent ehrlich ist und die Daten tatsächlich verfügbar sind, werden eine ausreichend große Anzahl zufälliger Samples erfolgreich zurückgegeben. Wenn ein Teil des Blocks fehlt oder zurückgehalten wird, wird die Wahrscheinlichkeit der Entdeckung hoch, wenn mehr Clients Stichproben durchführen.
Die mathematischen Eigenschaften der Löschcodierung und der Stichprobentheorie gewährleisten, dass leichte Clients nicht verfügbare oder unvollständige Daten mit einem hohen Maß an Vertrauen erkennen können, ohne einem bestimmten Validator oder Vollknoten vertrauen zu müssen. Dies macht DAS zu einer vertrauensminimierten Lösung für das Problem der Datenverfügbarkeit.
Skalierung ohne Kompromisse bei der Dezentralisierung
Der Hauptvorteil von DAS besteht darin, dass es Celestia ermöglicht, größere Blockgrößen und eine höhere Daten-Durchsatzrate zu unterstützen, ohne die Hardwareanforderungen für Netzwerkteilnehmer zu erhöhen. Leichtgewichtige Clients können auf Geräten der Verbrauchsklasse, einschließlich Mobiltelefonen und eingebetteten Systemen, betrieben werden und trotzdem überprüfen, ob Blockdaten korrekt veröffentlicht werden.
Die Möglichkeit, die Verfügbarkeit von Daten zu überprüfen, ohne vollständige Blöcke herunterzuladen, ist das, was die horizontale Skalierbarkeit ermöglicht. Anstatt dass eine einzelne Kette alle Ausführungen bearbeitet, können Tausende von unabhängigen Ketten (wie Rollups oder souveräne Ketten) ihre Daten an Celestia veröffentlichen, und Benutzer können diese Daten überprüfen, ohne teure Infrastruktur betreiben zu müssen. Dieses Design unterstützt ein dezentralisiertes und skalierbares Multi-Chain-Ökosystem.
Sicherheits- und Vertrauensannahmen
DAS beseitigt nicht die Notwendigkeit für Konsens oder ehrliche Validatoren, reduziert aber signifikant die Vertrauensannahmen, die erforderlich sind, um zu überprüfen, dass das System ordnungsgemäß funktioniert. Leichtgewichtige Clients müssen Blockproduzenten nicht vertrauen oder sich auf zentralisierte APIs verlassen. Sie sampeln unabhängig das Netzwerk und können jeden Versuch, Daten zu zensieren oder zu verbergen, erkennen. Dies unterstützt die Resistenz gegen Zensur und stärkt das Sicherheitsmodell von Ketten, die Celestia für die Datenverfügbarkeit verwenden.
DAS macht es auch für bösartige Validatoren schwieriger, unvollständige Blöcke zu veröffentlichen. Da die Erkennung probabilistisch und dezentralisiert ist, kann ein Angreifer nicht vorhersagen, welche Teile des Blocks ausgewählt werden. Selbst wenn nur wenige Clients Stichproben durchführen, bleibt die Entdeckungswahrscheinlichkeit hoch.
Blobs und Blobstream
Blob
In Celestia wird Daten nicht wie bei herkömmlichen Blockchain-Transaktionen strukturiert. Stattdessen werden sie als Blobs gespeichert und veröffentlicht, was für steht.binäre große ObjekteEin Blob ist ein undurchsichtiges Datenstück – Celestia interpretiert oder validiert dessen Inhalt nicht. Blobs werden einfach in die Blockchain eingetragen, um die Reihenfolge und Verfügbarkeit sicherzustellen.
Dies ist eine Abkehr von herkömmlichen Layer-1-Chains wie Ethereum, bei denen jede Transaktion sowohl Daten als auch Logik enthält, die die Chain interpretieren und ausführen muss. Celestia vermeidet die Hinrichtung gänzlich. Blobs werden als Nutzlasten behandelt, die von externen Ketten (z. B. Rollups) übermittelt werden, und es wird nur garantiert, dass diese Blobs verfügbar sind und in der richtigen Reihenfolge platziert werden.
Blobs bieten eine effiziente und minimale Abstraktion für die Veröffentlichung von Blockdaten. Da Celestia-Validatoren nicht verpflichtet sind, den Inhalt des Blobs zu verstehen, erreicht das Netzwerk eine höhere Skalierbarkeit und Neutralität. Ausführungsumgebungen, die auf Celestia aufbauen, können ihre eigenen Formate, virtuellen Maschinen und Konsensregeln ohne Einschränkungen durch die Basisschicht definieren.
Wenn ein Rollup oder eine souveräne Kette Daten an Celestia übermittelt, verpackt es seine Transaktionscharge in einen Blob. Dieser Blob wird dann an die Datenverfügbarkeitsschicht von Celestia gepostet und in einen Block aufgenommen. Jeder Blob wird einem Namensraum zugewiesen - einer eindeutigen Kennung, die es den Clients ermöglicht, Blobs, die für ihre spezifische Kette relevant sind, zu filtern und abzurufen.
Der Blob wird in kleinere Teile aufgeteilt, erasure-codiert und in einem zweidimensionalen Datenviereck angeordnet. Diese Struktur ermöglicht es leichten Clients, eine Datenverfügbarkeitsprüfung (DAS) durchzuführen, um sicherzustellen, dass der gesamte Blob zugänglich ist, ohne jeden Anteil herunterzuladen. Sobald der Blob erfolgreich veröffentlicht wurde, wird er zu einem dauerhaften, geordneten Datensatz auf Celestia, der für alle zugänglich ist, die einen Client oder Verifizierer ausführen.
Blob Stream
Blobstream ist Celestias Mechanismus zum Weiterleiten seiner Blobs an andere Blockchain-Netzwerke. Es fungiert als Datenverfügbarkeitsbrücke, die es Layer-2-Rollups oder anderen Ausführungsumgebungen ermöglicht, Celestia für die Datenveröffentlichung zu nutzen, während sie sich weiterhin auf eine separate Kette - in der Regel Ethereum - für Abwicklung und Betrugsnachweise verlassen.
In der Praxis ermöglicht Blobstream Ethereum-Smart-Verträgen zu überprüfen, ob ein bestimmtes Blob tatsächlich auf Celestia veröffentlicht und verfügbar gemacht wurde. Dies wird mithilfe von Leichtclients und kryptografischen Beweisen erreicht, die die Blockheader und Namensräume von Celestia mit Ethereum verbinden. Dies ermöglicht es Ethereum-basierten Rollups, von der skalierbaren Datenschicht von Celestia zu profitieren, ohne die Sicherheits- und Abwicklungsgarantien von Ethereum aufzugeben.
Mehrere Projekte nutzen bereits Blobstream, um ihre Ausführungslogik von der Datenverfügbarkeit zu trennen. Zum Beispiel verwendet Manta Pacific, eine Layer 2 zkEVM-Kette, Celestia als Datenverfügbarkeitsschicht über Blobstream, während sie weiterhin auf Ethereum abwickeln. Dieser Ansatz ermöglicht reduzierte Gebühren und schnelleres Block-Publishing, während die Kompatibilität mit dem Smart Contract-Ökosystem von Ethereum erhalten bleibt.
Blobstream schafft effektiv ein Hybridmodell: Die Ausführung erfolgt auf einem leistungsstarken Rollup, die Datenverfügbarkeit wird an Celestia ausgelagert und die Abwicklung bleibt an Ethereum verankert. Diese Architektur zeigt, wie Celestia nicht nur für souveräne Rollups, sondern auch für auf Ethereum basierende L2s verwendet werden kann, die bandbreitenintensive Operationen auslagern möchten.
Sicherheits- und Dezentralisierungsmodell
Sicherheit auf Basis von Validatoren mit Proof-of-Stake
Celestia arbeitet mit einem Proof-of-Stake-Konsensmodell, das eine Variante des Tendermint-BFT (Byzantine Fault Tolerant) Algorithmus verwendet. Validator*innen im Netzwerk setzen Celestias native Token, $TIA, ein, um am Blockproduktions- und Konsensprozess teilzunehmen. Diese Validator*innen sind dafür verantwortlich, Blöcke vorzuschlagen und zu signieren, die Datenblobs enthalten, die von Rollups und anderen Chains eingereicht wurden.
Die Verwendung von Proof-of-Stake bringt die Anreize zwischen den Netzwerkteilnehmern und der Protokollsicherheit in Einklang. Validatoren werden für ehrliches Verhalten belohnt und für bösartige Handlungen wie doppeltes Signieren oder das Versäumnis, am Konsens teilzunehmen, bestraft. Dieser wirtschaftliche Mechanismus gewährleistet, dass Validatoren im besten Interesse des Netzwerks handeln und eine starke Basis für die Anordnung und Sicherung veröffentlichter Daten bieten.
Im Gegensatz zu traditionellen Ketten führen Celestia-Validatoren keine Transaktionen aus oder verfolgen den globalen Zustand. Ihre Aufgaben beschränken sich darauf, Signaturen zu überprüfen, Datenblöcke zu ordnen und sicherzustellen, dass Blöcke die Formatierungs- und Datenverfügbarkeitsanforderungen erfüllen. Dies verringert ihre Rechenlast und ermöglicht es dem Netzwerk, ohne Erhöhung der Hardwareanforderungen zu skalieren.
Leichte Clients und vertrauensminimierte Verifizierung
Eine der wichtigsten Sicherheitsfunktionen von Celestia ist die Unterstützung von Leichtknoten – Knoten, die die vollständige Blockchain-Historie nicht speichern oder Transaktionen ausführen, aber dennoch die Blockeinbindung und Datenverfügbarkeit überprüfen. Durch die Verwendung von Data Availability Sampling (DAS) können Leichtknoten unabhängig bestätigen, dass alle Blockdaten zugänglich sind, ohne sie vollständig herunterzuladen.
Das bedeutet, dass Benutzer und Anwendungs-Chainen sich nicht auf Vollknoten verlassen oder auf zentralisierte Infrastrukturanbieter vertrauen müssen, um die Netzwerkintegrität zu gewährleisten. Sie können ihre eigenen Leichtclients auf alltäglichen Geräten wie Smartphones oder Consumer-Laptops betreiben und dennoch überprüfen, dass Celestia ehrlich funktioniert.
Dieses Modell verbessert die Dezentralisierung erheblich. In vielen Blockchains sind Vollknoten aufgrund der hohen Kosten für den Betrieb zunehmend unerschwinglich geworden, was dazu führt, dass die Validierungsmacht in wenigen Händen konzentriert wird. Die leichte Verifizierung von Celestia ermöglicht eine breitere Palette von Benutzern, am Netzwerk teilzunehmen, was die Robustheit und Verteilung des Vertrauens erhöht.
Zensurresistenz durch DAS
Zensurresistenz ist eine entscheidende Eigenschaft für jedes Blockchain-Netzwerk. Es stellt sicher, dass alle Benutzer Daten veröffentlichen können und dass keine Entität Transaktionen unterdrücken oder selektiv verbergen kann. In Celestia spielt Data Availability Sampling eine zentrale Rolle beim Schutz vor Zensur.
Da Datenblöcke in kleinere Stücke aufgeteilt und redundant mit Hilfe von Fehlerkorrekturcodes codiert werden, müsste ein bösartiger Validator einen signifikanten Teil eines Blocks zurückhalten, um ihn erfolgreich zu zensieren. Allerdings macht DAS ein solches Verhalten leicht erkennbar. Leichte Clients fordern zufällige Teile der Daten an, und wenn ein Teil des Blocks fehlt, können die Clients den Block als unvollständig oder nicht verfügbar markieren.
Dieses System schafft einen starken Anreiz für Validatoren, vollständige und ehrliche Daten zu veröffentlichen. Die probabilistische Natur von DAS stellt sicher, dass selbst eine teilweise Zensur wahrscheinlich erkannt wird, insbesondere wenn die Anzahl der Sampling-Clients zunimmt.
Niedrige Hardwareanforderungen und zugängliche Teilnahme
Eine weitere Dimension der Dezentralisierung ist die Hardware-Zugänglichkeit. In vielen Blockchain-Netzwerken umfasst die Kosten für das Betreiben eines Validators oder Vollknotens erheblichen Speicherplatz, Bandbreite und Rechenleistung. Dies erhöht die Hürden für den alltäglichen Benutzer und konzentriert Validierungsaufgaben auf eine kleine Anzahl von institutionellen Akteuren.
Das minimalistische Design von Celestia vermeidet diese Probleme. Validatoren führen keine Ausführung durch und leichte Clients erfordern keine vollständige Speicherung der Kette. Das Ergebnis ist ein Netzwerk, das mit Standard-Hardware gesichert und verifiziert werden kann, ohne spezielle oder teure Ausrüstung. Dies ermöglicht eine breitere Beteiligung über Geografien und Einkommensniveaus hinweg und trägt zu einem gesünderen und dezentralisierten Netzwerk bei.