核心角色 — Celestia实际作用

Celestia在区块链技术栈中执行两项基本功能：共识和数据可用性。它有意省略了智能合约执行、状态存储和结算逻辑。这种范围界定并非局限，而是一项符合Celestia模块化设计理念的战略性架构决策。通过专注于这两个核心角色，Celestia为依赖它作为基础层的外部链提供了更高的可扩展性、效率和灵活性。

无执行的共识

在Celestia中，共识是指对区块进行排序并确保验证节点就数据块的顺序和包含达成一致的过程。Celestia采用源自Tendermint的拜占庭容错(BFT)共识算法，该算法经过严格测试，能够在存在故障或恶意节点的情况下维持网络安全。

Celestia与以太坊等传统Layer 1公链的关键区别在于，Celestia验证节点不会解释或执行接收到的交易。它们仅确认数据出现的顺序并验证数据已被公开发布。这显著降低了验证节点的计算负担，消除了对有状态计算的需求，从而实现更快速、更具扩展性的区块生产。

数据可用性作为主要功能

Celestia的第二个核心角色是数据可用性—确保所有已发布的数据（通常为外部链的交易数据块）对网络中的任何参与者都可访问。数据可用性是区块链系统的基础要求，因为用户和轻客户端必须能够验证每个区块背后的数据是完整的，而非被审查或隐藏。

Celestia通过数据可用性采样(DAS)技术创新性地解决了这一挑战，该技术允许轻客户端通过采样数据中随机选取的小部分，概率性地验证完整数据块的可用性。这意味着即使是带宽和存储资源有限的设备也能独立验证网络的诚实运行，大幅提升了去中心化程度并降低了网络参与门槛。

设计上的无状态基础设施

Celestia不维护全局状态，也不追踪用户余额、智能合约或执行结果。它不验证交易正确性，也不提供争议解决或结算终局性的逻辑框架。这些责任完全委托给构建在Celestia之上的执行层—无论是通用型rollups、领域特定链，还是实验性区块链运行环境。

因此，Celestia作为无状态基础设施层运行。它负责发布和组织数据，但对数据内容保持中立态度。这使应用开发者能够使用他们偏好的虚拟机（如EVM、WASM或SVM）、共识规则和治理模型构建高度定制化的区块链，同时充分利用Celestia安全且可扩展的数据发布层。

构建模块化生态系统

由于Celestia将共识和数据可用性从执行和结算中解耦，它实现了模块化区块链生态系统的创建。开发者可以部署执行环境（如rollup或主权链），无需构建完整的共识协议或处理数据可用性问题。这些组件与Celestia作为基础层进行交互，依赖它来对区块数据进行排序和发布。

这种方法消除了第一层区块链必须成为万能系统的需求。相反，它促进了水平扩展，让众多独立链条能够并行运行，同时共享一个通用的轻量级数据层。

数据可用性采样(DAS)

在区块链系统中，数据可用性是指保证网络中每个参与者都能访问所有区块数据的机制。这一点至关重要，因为没有底层数据的访问权限，用户和验证者就无法验证区块交易的有效性。如果区块数据的任何部分被隐藏，将无法证明是否发生了恶意活动。

传统单体区块链中，全节点通过下载并存储全部区块数据来解决此问题。然而，随着区块规模增长，这种方法日益不可持续。随着数据存储和传输成本上升，能够承担运行全节点的参与者减少，这削弱了去中心化程度并增加了对中心化基础设施提供商的依赖。

Celestia采用数据可用性采样(DAS)技术解决这一问题。DAS使轻客户端——不存储完整区块链历史的节点——能够验证所有区块数据的可用性，而无需下载整个数据集。这一创新是Celestia可扩展性和模块化架构的核心所在。

DAS的工作原理

DAS依靠纠删码和随机采样的组合实现功能。当Celestia创建区块时，其数据被分解为小片段，通过纠删码进行编码，并排列成二维数据方阵。纠删码引入了数据冗余，即使部分数据丢失，也能重建原始信息。这类似于分布式存储系统中数据冗余的工作原理。

数据方阵构建并发布后，轻客户端无需下载整个方阵。相反，它们随机请求数据的小部分（或”样本”）。如果区块生产者诚实且数据确实可用，那么足够数量的随机样本将成功返回。若区块的任何部分缺失或被隐藏，随着更多客户端执行采样，检测概率将大幅提高。

纠删码和采样理论的数学特性确保轻客户端能够高置信度地检测不可用或不完整的数据——无需信任任何特定验证者或全节点。这使DAS成为解决数据可用性问题的信任最小化方案。

在不牺牲去中心化的情况下实现扩容

DAS的主要优势在于它使Celestia能够支持更大的区块容量和更高的数据吞吐量，同时不增加网络参与者的硬件要求。轻客户端可在消费级设备上运行，包括移动电话和嵌入式系统，同时仍能有效验证区块数据的正确发布。

这种无需下载完整区块即可验证数据可用性的能力是实现水平扩展的关键。与单一链处理所有执行不同，数千个独立链（如rollups或主权链）可将其数据发布至Celestia，用户无需运行昂贵基础设施即可验证这些数据。这一设计为去中心化且可扩展的多链生态系统提供了有力支持。

安全性和信任假设

DAS并未消除对共识或诚实验证者的需求，但它显著降低了验证系统正常运行所需的信任门槛。轻客户端无需信任区块生产者或依赖中心化API，它们能独立对网络进行采样，有效检测任何试图审查或隐藏数据的行为。这增强了抗审查能力，同时强化了使用Celestia进行数据可用性的链的安全模型。

DAS还使恶意验证者更难以发布不完整区块并逃避监管。由于检测机制基于概率和去中心化原理，攻击者无法预测区块的哪些部分会被采样。即使只有少数客户端执行采样，检测成功的概率仍然相当高。

Blobs和Blobstream

Blob
在Celestia网络中，数据结构与传统区块链交易模式截然不同。Celestia采用称为”blobs”（二进制大对象）的方式来存储和发布数据。Blob本质上是一种不透明的数据片段——Celestia不会解析或验证其内容，仅将其提交至区块链以确保正确排序和可用性。

这一设计理念与以太坊等传统Layer 1区块链形成鲜明对比，后者需要对每笔交易中的数据和逻辑进行解释和执行。Celestia完全规避了执行环节，将blobs视为外部链（如rollups）提交的纯数据载体，只负责保证这些数据可获取且按序排列。

Blob技术为区块数据发布提供了高效且极简的抽象模型。由于验证节点无需理解blob内容，Celestia网络因此实现了更强的扩展性和中立性。建立在Celestia之上的执行环境可自由定义其专属格式、虚拟机和共识规则，不受基础层约束。

当rollup或主权链向Celestia提交数据时，会将交易批次打包成blob，随后发布至Celestia的数据可用性层并纳入区块。每个blob都分配有独特的命名空间标识符，使客户端能够筛选并检索与特定链相关的数据。

每个blob会被分解为更小的数据分片，通过擦除编码处理后排列成二维数据矩阵。这种结构设计使轻客户端能够执行数据可用性抽样（DAS），确保整个blob可被访问而无需下载所有数据分片。成功发布后，blob将作为永久且有序的记录存储在Celestia网络上，任何运行客户端或验证器的用户均可访问。

Blob Stream
Blobstream是Celestia将其数据blobs中继至其他区块链网络的专用机制，充当数据可用性桥梁。它使Layer 2 rollups或其他执行环境能够利用Celestia进行数据发布，同时仍依托另一区块链网络（通常是以太坊）进行结算和欺诈证明。

在实际应用中，Blobstream使以太坊智能合约能够验证特定blob确实已在Celestia上发布并保持可用。该技术通过轻客户端和加密证明，将Celestia的区块头和命名空间桥接至以太坊网络。这使基于以太坊的rollups能够享受Celestia可扩展数据层优势，同时保留以太坊的安全性和结算保障。

多个项目已开始利用Blobstream将执行逻辑与数据可用性分离。例如，Layer 2 zkEVM链Manta Pacific通过Blobstream采用Celestia作为数据可用性层，同时在以太坊上完成结算。这种架构在保持与以太坊智能合约生态系统兼容性的同时，实现了更低费用和更快的区块发布。

Blobstream有效构建了一种混合模式：执行层运行在高性能rollup上，数据可用性外包给Celestia，而结算功能仍锚定在以太坊网络。这一创新架构展示了Celestia不仅适用于主权rollups，也为寻求降低带宽密集型操作负担的以太坊L2解决方案提供了有力支持。

安全与去中心化模型

基于权益证明的验证者安全机制
Celestia运行在权益证明共识模型上，采用Tendermint BFT（拜占庭容错）算法的变体。网络中的验证者通过质押Celestia的原生代币TIA来参与区块生产和共识过程。这些验证者负责提出并签署含有rollup和其他链提交的数据块的区块。

权益证明机制使网络参与者的利益与协议安全保持一致。验证者因诚实行为获得奖励，因恶意行为（如双重签名或未参与共识）受到惩罚。这种经济机制确保验证者以网络最佳利益行事，为数据排序和安全提供强大的基础层支持。

与传统区块链不同，Celestia验证者不执行交易或维护全局状态。他们的职责仅限于验证签名、排序数据块及确保区块符合格式和数据可用性要求。这大幅降低了计算负担，使网络能在不增加硬件需求的情况下实现扩展。

轻量级客户端和最小信任验证
Celestia最关键的安全特性之一是对轻客户端的支持——这类节点无需存储完整区块链历史或执行交易，却能验证区块包含和数据可用性。通过数据可用性采样(DAS)技术，轻客户端能独立确认区块数据的完整可访问性，而无需下载全部内容。

这意味着用户和应用链无需依赖全节点或中心化基础设施提供商来确保网络完整性。他们可在日常设备（如智能手机或普通笔记本电脑）上运行自己的轻客户端，仍能验证Celestia的诚实运行。

此模式显著提升了去中心化程度。在许多区块链网络中，运行全节点成本过高，导致验证权力集中于少数机构。Celestia的轻量级验证使网络参与对更广泛用户群体变得可行，增强了信任的健壮性和分布式特性。

通过DAS实现抗审查

抗审查能力是任何区块链网络的核心特性。它确保所有用户能自由发布数据，且不存在任何实体可以压制或选择性隐藏交易。在Celestia中，数据可用性采样在防止审查方面扮演着关键角色。

由于数据块被分割成更小的部分并通过纠删编码进行冗余编码，恶意验证者需要扣留区块的大部分内容才能成功实施审查。然而，DAS使这类行为易于被检测。轻客户端会请求数据的随机样本，若任何部分缺失，客户端将标记该区块为不完整或不可用。

这一系统为验证者提供了强大激励，促使其发布完整、诚实的数据。DAS的概率特性确保即使是部分审查也很可能被发现，尤其是随着采样客户端数量增加时。

低硬件要求和普惠参与
去中心化的另一重要维度是硬件可访问性。在多数区块链网络中，运行验证者或全节点需要大量存储、带宽和计算资源，这为普通用户设置了门槛，使验证责任集中在少数机构参与者手中。

Celestia的极简设计有效避免了这些问题。验证者无需执行交易，轻客户端无需存储完整链数据。因此，网络可通过标准硬件进行安全验证，无需专业或昂贵设备。这使不同地域和收入水平的用户都能广泛参与，有助于构建更健康、更去中心化的网络生态。