头等仓：详解模块化区块链 Celestia
受益于 Ethereum 技术的发展以及 Rollup 的实践，目前模块化区块链的构想逐渐成为可能，并且代表着未来公链赛道重要的发展方向之一。作者：头等仓区块链研究院
项目概要
Celestia 是一个专注于数据可用性的模块化区块链项目，在架构上，其主要承担共识层和数据可用层的职能，并且提出了 Sovereign Rollup 方案来承担执行层和结算层的职能。
从团队和资金来看，Celestia 拥有不错的技术背景和开发能力，一直保持着稳定的开发节奏。且与第一篇研报时相比，Celestia 无论是融资额度还是团队人数都有了明显的增加，中长期来看其仍然能保持不错的发展势头。
- 从产品和技术来看，数据可用性抽样和命名空间默克尔树保证了 Celestia 作为一个共识层和数据可用性层在去中心化和安全性上的突破，Sovereign Rollup 则保证了构建于 Celestia 上的执行层和结算层的可拓展性，从而让 Celestia 作为一个模块化区块链可以很好地应对区块链的不可能三角问题，因此未来其将具有较好的开发前景和发展潜力。
- 从项目发展来看，Celestia 目前仍然处于测试网阶段，预计主网将在不久后上线。测试网目前节点较为中心化，但是受益于 Celestia 的网络架构与数据可用性实现方案，运营 Celestia 各类节点的硬件需求相对较低，未来主网上线后节点数量将有可能出现显著上升，这将进一步提升网络的吞吐量，增加网络的去中心化与安全性。此外 Celestia 的社交媒体目前关注人数较多，社区也较为活跃，能够为项目生态未来的发展提供一定的助力。从生态系统的布局来看，Celestia 生态系统还处于非常早期的阶段，生态项目以技术类相关的基础设施为主，距离用户能够实际体验到生态当中的应用类项目，仍然需要非常长的时间。
- 从代币经济学来看，Celestia 的代币分配较为一般，投资人和团队合计分得超过一半的代币，且这些代币当中的 33% 将在一年以后得以解锁。而 Celestia 的代币需求基本符合一个正常的公链代币的设计思路，TIA 将承担共识，费用和治理的职能，同时以通胀的形式增发。目前看起来这种代币的设计较为中性，代币本身无法为网络提供更多的赋能，而是反过来代币需要依靠网络的发展来促进经济模型的良性循环。
- 从赛道来看，受益于 Rollup 的成功实践，以及 Ethereum 的技术发展，模块化区块链将是未来区块链架构发展的主要趋势之一，而 Celestia 在这当中将扮演一个相对重要的角色。与目前的竞品项目相比，Celestia 的数据可用性实现方案落地门槛更低，开发进度更快，但是上限可能不如使用 KZG 多项式承诺的其他方案。未来仍需持续关注项目本身的开发进展，Ethereum 的坎昆升级以及包括 Rollup 在内的上下游赛道的发展。此外短期之内由于熊市的持续，项目的潜力释放仍然有待市场的回暖以及底层技术的积累。
1.基本概况
1.1 项目简介
Celestia 是一个专注于数据可用性的模块化区块链项目，在架构上，其主要承担共识层和数据可用层的职能，并且提出了 Sovereign Rollup 方案来承担执行层和结算层的职能。目前项目开发进展良好，并且即将上线主网。
1.2 基本信息
2.项目详解
2.1 团队
Celestia 的团队位于英国，目前领英上披露的团队有 40 人，官网上共有 46 人。主要成员背景信息详情如下：
- Mustafa Al-Bassam—联合创始人兼 CEO，伦敦国王学院计算机科学学士学位，伦敦大学学院计算机科学博士学位。Al-Bassam 16 时就是著名黑客组织 LulzSec 的创始人兼核心成员，并且长期从事黑客活动。2018 年 8 月，Al-Bassam 参与创办了区块链拓展研究团队 Chainspace，2019 年该团队被 Facebook 收购。2019 年 5 月，Al-Bassam 发表了 LazyLedger 论文，并于同年 9 月参与创办了 LazyLedger（后改名为 Celestia），并担任 CEO 至今。
- Ismail Khoffi—联合创始人兼 CTO，波恩大学数学和计算机科学硕士学位。毕业后曾长期从事软件开发和计算机科技研究工作。2018 年 Ismail Khoffi 加入了 Tendermint 从事软件开发工作，2019 年 Ismail Khoffi 加入 Interchain Foundation，担任高级软件开发工程师，并于同年 9 月，参与创办了 LazyLedger（后改名为 Celestia），并担任 CTO 至今。
- John Adler—联合创始人兼 CRO，多伦多大学工程科学学士学位，电气与计算机工程硕士，博士学位。毕业后加入了 Consensys，担任研究员与开发工程师，从事二层可拓展性方面的研究。2020 年，John Adler 参与创办了 Fuel Labs，并且担任首席科学家。同年 John Adler 也参与创办了 LazyLedger，并且担任首席研究官（CRO）至今。
- Nick White—COO，斯坦福大学电气工程学学士，硕士学位。Harmony Protocol 的联合创始人。2021 年加入了 Celestia，并且担任首席运营官至今。
从团队来看，核心团队成员均具有深厚的技术和行业背景，且与我们第一篇研报时相比，Celestia 的团队人数有了明显的增加，尤其是软件开发团队，目前已经拥有超过 20 名软件开发工程师，因此项目当下有着不错的开发能力。
2.2 资金
截止目前 Celestia 共披露了两轮融资，共融资 5,650 万美元。投资机构当中包括 Binance Labs，Polychain Capital ，Protocol Labs 和 Delphi Digital 等。综合来看，Celestia 拥有不错的资本背景，并且总金额方面能够支撑项目进行更持久的开发。
2.3 代码
2.4 产品与技术
Celestia 是一个模块化的区块链。所谓模块化，从功能上来讲，模块化区块链本身将不再独立地完成所有的链上工作（执行，结算，共识和数据可用性），而是进行专门的优化来适应特定的功能。
从可拓展性上来讲，模块化区块链将具有更好的可组合性，多个模块化区块链可以如积木一般组合起来执行单片式区块链可以执行的所有功能，从而可以进行更好的跨链和多链协作。
模块化区块链有三个首要原则：
以上三个原则分别对应着区块链不可能三角当中的去中心化，可拓展性和安全性。
从理论上来讲，Rollups 也是模块化区块链思路指导下的一种实践，无论是 Optimistic-Rollup 还是 ZK Rollup 都是在利用 Ethereum 作为共识层来保证安全性的基础上，特化了网络的执行层能力，进而同时促进了 Layer1 和 Layer2 网络的发展。并且未来随着坎昆升级之后，EIP-4844 Proto-Danksharding 落地，Ethereum 将引入一种新的交易类型，用户可以在一个被称为 Blob 的空间当中存储数据，而不是像之前一样直接存储在 Layer1 上，对于 Layer2 来讲这将极大地降低其交易费用，而以太坊本身的形态也将会更加接近于一个模块化区块链。
一般来讲，区块链网络中的轻节点仅会下载包含区块数据（即交易列表）承诺（即默克尔根）的区块头，这使得轻节点无法知晓区块数据的实际内容，从而无法验证数据可用性。
1）首先每个块的数据将被分成 k*k 的块，排列在 k*k 的矩阵当中，然后通过多次应用 RS 纠删码就可以将这样一个包含区块数据的 k*k 的矩阵扩展成为一个 2k*2k 的矩阵。
2）然后 Celestia 将为这个 2k*2k 的矩阵的行和列计算出 4k 个单独的默克尔根作为区块头当中的区块数据承诺。
3）最后在验证数据可用性的过程当中，Celestia 的轻节点将对 2k*2k 的数据块进行采样，每个轻节点会在这个矩阵当中随机选择一组唯一坐标，并在全节点中查询该数据块内容以及坐标处对应的默克尔证明，若节点收到了每个采样查询的有效响应，则证明了该区块大概率具备数据可用性。
此外，每个收到正确默克尔根证明的数据块都会被传播到网络当中，因此只要轻节点能够一起采样足够的数据块（即至少 k*k 个独特的数据块），完整的区块数据就可以由诚实的全节点来进行恢复。
数据可用性只能解决数据可用性的验证问题，而降低执行层和结算层的成本将交给命名空间默克尔树方案。
Celestia 将区块当中的数据划分为了多个命名空间，每个命名空间都对应着正在使用 Celestia 作为数据可用性层的执行层和结算层，这样每个执行层和结算层仅需下载和自己相关的数据就能够实现网络的功能。形象点说，就是 Celestia 为每个使用它作为底层的用户都建了一个单独文件夹，然后使用默克尔树来为这些用户做文件夹索引来帮助这些用户找到并且使用自己的文件。
而这种能够返回给定命名空间所有数据的默克尔树就被称作命名空间默克尔树。这株默克尔树的叶子将按照命名空间标识符来进行排序，并且修改了哈希函数，以便树上的每一个节点都包含着其所有后代的命名空间范围。
以图 2-7 当中的命名空间默克尔树示例来看，包含八个数据块的默克尔树被划分为了 3 个命名空间。
当命名空间 2 的数据被请求时，数据可用性层，也就是 Celestia 将会把 D3，D4，D5 和 D6 数据块提交给他，并且让节点 N2，N7 和 N8 来提交相应的证明，从而来保证所请求数据的数据可用性。此外应用程序也可以来验证是否收到了命名空间 2 的所有数据，因为数据块必须和节点的证明相对应，其可以通过检查对应节点的命名空间范围来识别数据的完整性。
在依靠数据可用性抽样和命名空间默克尔树解决数据可用性问题之后，Celestia 将重点放在了数据可用层之上的执行层的应用，提出了 Sovereign Rollups 的概念。
Celestia 提出的 Sovereign Rollup 与我们目前常见的 Ethereum 上的 Rollup 并不完全相同。
为了解决以上的问题，与 Smart Contract Rollup 不同，Sovereign Rollups 将结算层包含在了 Rollups 当中。
在 Sovereign Rollup 的架构当中，Sovereign Rollup 负责执行和结算，数据可用性层（即 Celestia）负责处理共识和数据可用性。在此基础上，Celestia 将不再验证 Sovereign Rollup 的交易是否正确，而是将验证交易的权力交还给了 Sovereign Rollup 的验证节点，这些验证节点将审查交易的正确性，并选择接受还是拒绝这笔交易，这使得 Sovereign Rollup 和他的数据可用性层之间将不需要原生信任最小化桥梁。
在这个基础上，Sovereign Rollup 相比于 Smart Contract Rollup 能拥有更高的自由度。举例而言，Smart Contract Rollup 的升级因为涉及智能合约的更改，因此需要受到结算层共识的约束，但是 Sovereign Rollup 没有这个顾虑，其能够像 Layer1 区块链一样利用分叉进行升级，这使得节点拥有了更多的自主权。
总结
从团队和资金来看，Celestia 拥有不错的技术背景和开发能力，一直保持着稳定的开发节奏。且与第一篇研报时相比，Celestia 无论是融资额度还是团队人数都有了明显的增加，中长期来看其仍然能保持不错的发展势头。
从产品和技术来看，数据可用性抽样和命名空间默克尔树保证了 Celestia 作为一个共识层和数据可用性层在去中心化和安全性上的突破，Sovereign Rollup 则保证了构建于 Celestia 上的执行层和结算层的可拓展性，从而让 Celestia 作为一个模块化区块链可以很好地应对区块链的不可能三角问题，因此未来其将具有较好的开发前景和发展潜力。
3.发展
3.1 历史
3.2 现状
Celestia 目前仍然处于测试网阶段，预计主网将在最近上线。目前测试网仍然在稳定运行当中，共出块 261,495 个，总质押代币量约为 389,580,000 枚 TIA，存在 100 个初始验证者节点，其中前 9 的节点占据了网络份额的 60.57%，测试网中心化程度较高。
目前宣布正在或者计划在 Celestia 上部署的项目共有 50 个：其中包含 5 个 Rollups as a Service（RaaS）项目；3 个定序器网络项目；5 个沉降层网络项目；5 个 Rollup 框架项目（包含 Cosmos SDK，OP Stack，Celestia 自己开发的 Rollkit，Sovereign 和 Stackr）；3 个虚拟机项目；6 个跨链项目；3 个钱包项目；5 个 DeFi 项目；5 个游戏项目和 10 个基础设施项目。
3.3 未来
（空投快照截至 2023 年 1 月 1 日，共包含以太坊、rollups、Cosmos Hub 和 Osmosis 上的 576,653 个链上地址）
总结
从项目发展来看，Celestia 目前仍然处于测试网阶段，预计主网将在不久后上线。测试网目前节点较为中心化，但是受益于 Celestia 的网络架构与数据可用性实现方案，运营 Celestia 各类节点的硬件需求相对较低，未来主网上线后节点数量将有可能出现显著上升，这将进一步提升网络的吞吐量，增加网络的去中心化与安全性。此外 Celestia 的社交媒体目前关注人数较多，社区也较为活跃，能够为项目生态未来的发展提供一定的助力。从生态系统的布局来看，Celestia 生态系统还处于非常早期的阶段，生态项目以技术类相关的基础设施为主，距离用户能够实际体验到生态当中的应用类项目，仍然需要非常长的时间。
4.经济模型
4.1 供给
4.2 需求
具体来讲，Celestia 采用 PoS 共识机制，验证节点数量初始为 100 个，因此节点需要质押 TIA 代币来参与网络的共识，并且获取网络给予的质押奖励。同时用户也可以将自己的 TIA 委托给相应的节点，来分享节点所获得的质押奖励，从而保护网络的安全。
在网络成型以后，每一个需要使用 Celestia 作为数据可用性层的 Rollup 项目都需要在网络上提交 PayForBlobs 交易，这个交易将以 TIA 来计费，相当于向开发人员征收一笔网络使用费用。此外 Celestia 的 Gas 费也将以 TIA 的形式计费，并且 Celestia 将使用标准的 Gas 价格优先内存池，验证者将优先考虑打包费用较高的交易。总的每笔交易的支出费用将包含固定的 Gas 费和基于交易中每个 Blob 大小的可变费用。
最后，Celestia 将会转向社区去中心化治理，社区将能够通过治理提案对网络的重要参数进行投票，此外社区还将拥有一个额外的资金池，该资金池将会被分配到 2% 的区块奖励。
总结
5.赛道
5.1 赛道综述
从赛道来看，Celestia 应该被并入公链赛道，但是 Celestia 与以前的单片式公链又有较大区别，因此可以将其单独细分为专注于共识层和数据可用性层的模块化公链，该细分赛道目前仍然处于非常早期的阶段。
图 5-1 模块化区块链赛道全景图
从 Messari 制作的赛道全景图当中我们可以看到，模块化区块链赛道基本上囊括了目前与二层赛道和相关赛道的主要项目，包括 Optimism，Arbitrum，Polygon，zkSync，StarkNet 等，这主要是因为二层 Rollup 的成功实践为模块化区块链的构想提供了非常多的可能性，因为 Rollup 并不是只能应用于 Ethereum，而是目前只有以太坊提供了能让 Rollup 茁壮成长的环境，未来当整个市场有了更长足的发展之后，Rollup 完全可以部署在 Celestia 之类的模块化区块链上，以追求更高的自由度，更快的效率和更低的成本。因此未来我们不光需要关注 Celestia 本身的发展，也要关注相关赛道，尤其是 Rollup 赛道的发展对于实现 Celestia 模块化区块链构想的促进作用。
5.2 赛道竞品
Celestia 使用了数据可用性抽样方案，采用二维 RS 纠删码编码方案来保证数据的可恢复性，并且让轻节点通过随机抽样的方式来获取区块数据，并且以 Optimistic 的方式提交数据可用性的证明。目前无论是 RS 纠删码还是 Optimistic 证明的实践都已经有了不错的成熟度。
Ethereum 的 Proto-Danksharding 使用的也是数据可用性抽样（DAS）方案，其也采用了 RS 纠删码编码方案来保证数据的可恢复性，但是与 Celestia 不同 Ethereum 在数据可用性的证明方式上将采用 KZG 承诺方案，KZG（Kate Zaverucha Goldberg）多项式承诺是一种零知识证明系统，与 Optimistic Rollup 和 ZK Rollup 的区别类似，Optimistic 证明落地的技术门槛更低，KZG 多项式承诺虽然技术门槛较高，但是证明的提交速度更快。Ethereum 的 Proto-Danksharding 预计将在 2023 年第四季度的坎昆升级时部署。
Polygon Avail 目前已经从 Polygon 当中独立出来成为了一个独立项目，其采用的也是数据可用性采样方案，具体实现方式与 Proto-Danksharding 类似，也是 RS 纠删码编码方案加上 KZG 多项式承诺。Avail 目前也仍然在测试网阶段，但是将马上发布有关激励测试网和代币经济学相关的重要讯息。
EigenDA 是 Eigenlayer 的旗舰产品，其方案与以太坊的 Proto-Danksharding 出自一脉，也是使用 RS 纠删码编码方案加上 KZG 多项式承诺。EigenDA 目前也仍然停留在测试网阶段，测试网于 2023 年 8 月底上线，因此距离主网上线还需要一段时间。
Arbitrum Nova 在数据可用性实现方式上与上述的 4 个项目完全不同，其采用的是数据可用性委员会（Data Availability Committee）模式，由一个外部的数据可用性委员会来存储和提供交易数据，并由至少 6 名委员会成员（总成员数为 7 名）提交 BLS 签名来保证数据的可靠性。与数据可用性采样（DAS）方式相比数据可用性委员会方式的成本更低，但是相对来讲牺牲了去中心化和安全性。Arbitrum Nova 目前已经上线了主网，但是其与上述几个项目不构成竞争关系，仅代表一种数据可用性解决方案。
zkSync 提出的 zkPorter 相对来讲其他数据可用性的实现方式来讲更为复杂，其在设计上结合了 ZK Rollup 和分片的方式来解决数据可用性问题，它可以支持任意多个分片，并且每个分片都可以选择并设置自己的数据可用性方案，这保证了智能合约的构建将有更高的自由度。zkPorter 目前已经随 zkSync Era 一起上线了主网，但是其与上述几个项目不构成竞争关系，仅代表一种数据可用性解决方案。
目前来看，在所有数据可用性的实现方案当中，数据可用性采样加 KZG 多项式承诺是最主流的方案，其能够在降低节点成本，提升证明效率的同时保证数据可用性。Celestia 所选的 Optimistic 证明的落地门槛相比较 KZG 多项式承诺而言更低，技术成熟度更高，但是未来的技术上限不如 KZG 多项式承诺，与同类型的 Avail 以及 EigenDA 相比，Celestia 的开发进度目前更快，将会更早一步落地主网，但是 Celestia 同时也将在坎昆升级之后面临 Ethereum 的直接竞争。
总结
从赛道来看，受益于 Rollup 的成功实践，以及 Ethereum 的技术发展，模块化区块链将是未来区块链架构发展的主要趋势之一，而 Celestia 在这当中将扮演一个相对重要的角色。与目前的竞品项目相比，Celestia 的数据可用性实现方案落地门槛更低，开发进度更快，但是上限可能不如使用 KZG 多项式承诺的其他方案。未来仍需持续关注项目本身的开发进展，Ethereum 的坎昆升级以及包括 Rollup 在内的上下游赛道的发展。此外短期之内由于熊市的持续，项目的潜力释放仍然有待市场的回暖以及底层技术的积累。
6.风险
参考资料：
Celestia 学习，https://celestia.org/learn/
《Celestia 项目研报》，头等仓
Celestia 文档，https://docs.celestia.org/
