EST:一文簡析Celestia如何確保消息檢索結果的完整性

問題的由來：

為了實現鏈的容量擴展，Celestia承諾主權應用將只需下載與其有關的消息，而不用下載全部消息，但同時，不同應用的消息是打包在同一個區塊里面的，以實現平等的安全性。那么，如何保證當某個應用的執行節點向Celestia的存儲節點查詢消息時，存儲節點僅返回所有的相關消息，而且惡意存儲節點無法隱藏特定消息呢。

Celestia選擇的方案是，將稱為命名空間的應用標識符，插入到消息構成的默克爾樹的節點信息中。這樣做的好處是，可以處理存儲節點隱藏全部相關消息的情況，可以定位被隱藏的消息。另外，無需大幅度修改默克爾樹的生成邏輯，以確保存在一個節點，它的底層葉節點，包含且僅包含某個命名空間的全部消息，且能定位此節點。而只需要做三件相對簡單的事情，就可以確保默克爾樹的基本特性，不發生變化：

加密礦企Bitdeer成為VanEck Crypto and Blockchain Innovators UCITS ETF第二大成分股:金色財經報道，據VanEck官方信息顯示，截至2023年6月30日，加密礦企Bitdeer (Nasdaq: BTDR) 已成為VanEck Crypto and Blockchain Innovators UCITS ETF的第二大成分股，權重8.13%，僅次于Coinbase。資產管理公司VanEck成立于1955年，截至2022年3月31日總管理資產規模達764億美元。[2023/7/19 11:04:02]

首先，生成消息的默克爾樹之前，先按命名空間將消息分組歸并在一起，確保不同命名空間的消息沒有穿插，且命名空間是排好序的。

Bifrost CMO：Haru Invest持有的BFC數量不足以影響BFC價格:6月13日消息，多鏈中間件平臺Bifrost首席營銷官SoSo表示，“由于我已經離開Haru Invest 5年了，對內部情況一無所知，所以我覺得不宜寫出來。但由于Bifrost是Block Crafters投資組合，存在FUD可能會發生BFC拋售的情況，因此我將對其進行簡要說明。在籌備BFC主網上線的同時，我們在去年底和今年年初召開了多場早期Bifrost主網全節點合作會議。對于Block Crafters，我們了解到他們持有的BFC不足以單獨運行一個完整節點。換句話說，Haru Invest事件和BFC的價格似乎沒有關系。作為參考，BFC主網需要400萬枚BFC代幣才能運行一個完整節點。”

此前今日早些時候消息，Haru Invest稱因服務合作伙伴問題已暫停存提款請求。[2023/6/13 21:33:18]

其次，修改生成默克爾樹時使用的哈希函數，以便命名空間信息被包含進節點信息。

《上海市浦東新區文物藝術品交易若干規定》通過：數字藏品催生藝術品交易新思路新業態:金色財經報道，據上海市人大常委會辦公廳官方微信，《上海市浦東新區文物藝術品交易若干規定》經市十五屆人大常委會第四十三次會議表決通過，并將于今年10月1日起施行。《若干規定》鼓勵有條件的文物藝術品經營單位通過電子商務新業態、新模式，開展文物藝術品在線展示、交易、定制服務等活動。數字藏品催生藝術品交易的新思路、新業態。每件藏品在加密后會得到一個“數字編號”，即便外在形態一樣，卻也因其“唯一性”吸引了一票收藏愛好者。[2022/8/28 12:53:39]

檢查默克爾樹時，額外檢查排序是否無誤。

市場消息：Meta的元宇宙硬件、耳機業務放緩:6月22日，市場消息：Meta的元宇宙硬件、耳機業務放緩。Meta將2022年的出貨量預測下調40%。2024年后，Meta將推遲所有新的耳機/AR/MR硬件項目。（金十）[2022/6/22 4:44:50]

生成帶命名空間的默克爾樹：

前面我們說了，跟通用的默克爾樹邏輯相比，只有生成節點的哈希的函數不同。具體來說，就是在原哈希函數之上，又包裹了一層，使得節點哈希變成形如‘minNs|maxNs|原哈希’的形式，minNs和maxNs分別是此節點所有子節點中，最小和最大的命名空間。容易看出，對葉節點有minNs=maxNs，因為它只包含一條消息，只能有一個命名空間。默克爾樹是二叉樹，且我們已對消息做了排序，所以對非葉節點有minNs等于左子節點的minNs，maxNs等于右子節點的maxNs。另外，請注意原哈希函數會把子節點的整個哈希作為輸入，也就是說命名空間也參與哈希計算，因此不能隨意寫，否則樹根哈希會跟區塊里的記錄不一致，就很容易看出數據無效。下圖是一個帶命名空間的默克爾樹的示意圖：

證明消息的完整性：

首先，需要證明返回的某條消息，確實是在消息樹中，這個就是普通默克爾包含證明所作的事情。因此，當存儲節點返回一條消息時，它同時返回此消息的默克爾包含證明。假定返回消息M0到Mn，那會同時返回對應的默克爾包含證明P0到Pn。我們需要說明，存儲節點可以不返回某條消息，但無法對消息構成的默克爾樹進行變動，因為那會導致樹根哈希變化，數據失效。

現在我們來看漏消息的情況，首先我們的消息是按命名空間歸并在一起的，所以如果某個命名空間，在它所有消息的中間漏了消息，那任何一個默克爾證明都可以看出，消息不連續，就沒必要進一步討論了。

我們看開頭或者結尾漏消息的情況，兩種情況類似，我們以開頭為例。比如N.2的第一條消息M.2漏了，那它對應的P.0也不會發出來，那么這時候，從查詢者的角度看，原來的P.1，現在是第一個證明，它反正就檢查第一個證明。下圖，我畫出了P.0和P.1的具體內容，我們比較它們的差別，就發現M.2左側的節點，命名空間都小于M.2的命名空間，而M.3左側有一個節點H.4，它的maxNs是A.2等于M.3的命名空間N.2，這個A.2的來源，就是存儲節點隱藏起來的M.2。這樣一來，執行節點就發現異常了。

那如果某個命名空間全部的消息都被隱藏呢。我們規定，當指定命名空間的消息不存在時，返回一個葉節點的默克爾證明，這個葉節點有minNs大于目標命名空間，但它左側所有節點的maxNs都小于目標命名空間。那么，當存儲節點隱藏了整個命名空間時，必然，根據具體返回的節點的位置，它或者左側會出現一個maxNs大于等于目標命名空間的節點，或者右側會出現一個minNs小于等于目標命名空間的情況。這樣執行節點也能發現問題。綜上所述，存儲節點不可能隱藏消息而不被發現。

結語：

本文復述了Celestia白皮書中，關于多應用場景下，對抗惡意存儲節點的部分內容。現在Celestia測試網已經上線，但目前更多是展示了對輕節點的支持，以及對消息分組的可行性。白皮書里面，第三章、第四章都有提到更多關于應用主權或者分片的內容，比較偏概念，針對真實公網環境來說，具體是怎么實現的，目前還看得不是很清楚。而擴容問題，顯然是整個區塊鏈領域近期最關注的目標。所以，我們之后也會特別關注Celestia在支持獨立應用方面的進展，究竟怎么跟L2或者說其它‘區塊鏈模塊’結合起來，做到實用的功能，并提高鏈上容量，我們將拭目以待。

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