コアロール — Celestiaが実際に行っていること

Celestiaは、ブロックチェーンスタック内で2つの基本的な機能を実行します：合意とデータの利用可能性。スマートコントラクトの実行、状態の保存、および決済ロジックは意図的に省略されています。この狭い範囲は制限ではなく、Celestiaのモジュラーデザインに合致した意識的なアーキテクチャ上の決定です。2つの役割に特化することで、Celestiaは、それを基盤としている外部チェーンにとってより高いスケーラビリティ、効率性、柔軟性を実現しています。

実行なしの合意

Celestiaでは、合意はブロックの順序付けプロセスを意味し、検証者がデータブロブの順序と含まれるデータに同意することを保証することを指します。Celestiaは、Tendermintから派生したビザンチン・フォールト・トレラント（BFT）コンセンサスアルゴリズムを使用しており、これはよくテストされ、誤動作または悪意のあるノードが存在する場合でもネットワークの安全性を維持するよう設計されています。

CelestiaとEthereumのような従来のLayer 1チェーンとの重要な違いは、Celestiaの検証者が受信したトランザクションを解釈または実行しないことです。彼らは単にデータが現れる順序に合意し、それが公開されていることを確認します。これにより、検証者の計算負荷が軽減され、状態を持つ計算の必要性がなくなり、より高速かつスケーラブルなブロック生成が可能になります。

プライマリ機能としてのデータ可用性

Celestiaの2番目の主要な役割はデータの可用性です。すべての公開されたデータ（通常、外部チェーンからのトランザクションブロブ）がネットワーク内の誰でもアクセスできるようにします。データの可用性は、ユーザーや軽量クライアントが各ブロックの背後にあるデータが完全であること、および検閲されていないことを検証できる必須要件です。

Celestiaは、データ可用性サンプリング（DAS）を介してこの課題に対する新しい解決策を提供します。これにより、軽量クライアントがデータの小さな、ランダムに選択された部分をサンプリングすることで、データの完全なブロックが利用可能であることを確率的に検証できます。これは、帯域幅とストレージに制限のあるデバイスでも、チェーンが正直に機能していることを独立して検証できることを意味します。これにより、分散化が大幅に向上し、ネットワーク参加の障壁が低下します。

デザインによるステートレスインフラストラクチャ

Celestiaは、グローバルステートやユーザーの残高、スマートコントラクト、または実行結果を管理しません。トランザクションが正しいかどうかを検証せず、紛争解決や決済の最終性のためのロジックも提供しません。これらの責任は、Celestiaの上に構築された実行レイヤーに完全に委任されています。それらは、汎用のロールアップ、特定のドメインチェーン、または実験的なブロックチェーンランタイムであっても構築されています。

その結果、Celestiaは状態を持たないインフラストラクチャレイヤーとして機能します。データを公開し整理しますが、その内容には無関心です。これにより、アプリケーション開発者は、好みの仮想マシン（EVM、WASM、またはSVMなど）やコンセンサスルール、ガバナンスモデルを使用して、Celestiaの安全でスケーラブルなパブリケーションレイヤーを利用しつつ、高度にカスタマイズされたチェーンを構築できます。

モジュラーエコシステムの有効化

Celestiaは合意とデータの可用性を実行と決済から切り離すため、モジュラーなブロックチェーンエコシステムの構築を可能にします。開発者は、完全な合意プロトコルを構築する必要もデータの可用性を心配する必要もなく、実行環境（たとえば、ロールアップや主権チェーン）を立ち上げることができます。これらのコンポーネントは、Celestiaと基本層としてやり取りし、順序付けやブロックデータの公開に依存しています。

このアプローチにより、レイヤー1のブロックチェーンがワンサイズフィットオールのシステムである必要がなくなります。代わりに、多くの独立したチェーンが並行して動作し、共通の軽量データレイヤーを共有する水平スケーリングが推進されます。

データ可用性サンプリング（DAS）

ブロックチェーンシステムでは、データの利用可能性は、すべてのブロックデータがネットワーク内のすべての参加者にアクセス可能であることを保証することを指します。これは、基礎となるデータにアクセスできないと、ユーザーや検証者がブロックの取引が有効であることを検証することができなくなるため、重要です。ブロックデータのわずかな部分でも隠されている場合、悪意のある活動が行われたかどうかを証明することが不可能になります。

従来のモノリシックブロックチェーンでは、フルノードはこの問題を解決するためにすべてのブロックデータをダウンロードおよび保存します。しかし、ブロックサイズが大きくなるにつれて、このアプローチはますます実用的でなくなります。データの保存および送信コストが上昇するにつれて、より少ない参加者がフルノードを実行することを負担できなくなり、これにより分散化が損なわれ、中央集権的なインフラプロバイダーへの依存が増加します。

Celestiaは、データ可用性サンプリング（DAS）と呼ばれる技術を使用して、この問題に対処しています。DASを使用すると、フルブロックチェーン履歴を保存しないノードであるライトクライアントが、全ブロックデータがダウンロードせずに利用可能であることを検証できます。この革新は、Celestiaのスケーラビリティとモジュラーアーキテクチャに中心的な役割を果たしています。

DASの動作原理

DASは、消去符号化とランダムサンプリングの組み合わせに依存しています。Celestia上でブロックが作成されると、そのデータは小さなピースに分割され、消去符号化を使用して符号化され、二次元データスクエアに配置されます。消去符号化は冗長性を導入し、一部が欠落していても元のデータを再構築できるようにします。これは、分散ストレージシステムにおけるデータ冗長性の動作方法と類似しています。

データスクエアが構築されて公開されると、軽量クライアントはスクエア全体をダウンロードする必要はありません。その代わりに、ランダムにデータの小さな部分（または「サンプル」）をリクエストします。ブロックプロデューサーが正直でデータが実際に利用可能である場合、十分に多くのランダムサンプルが正常に返されます。ブロックの一部が欠落したり隠されたりしている場合、クライアントがサンプリングを行うにつれて、検出確率が高くなります。

イレイサー符号化とサンプリング理論の数学的性質により、軽量クライアントは特定の検証者やフルノードを信頼する必要なく、利用できないまたは不完全なデータを高い信頼度で検出できます。これにより、DASはデータ利用可能性の問題に対する信頼度最小化ソリューションとなります。

中央集権を脅かすことなくスケーリング

DASの主な利点は、ハードウェア要件を増やさずに、Celestiaがより大きなブロックサイズと高いデータスループットをサポートできることです。ライトクライアントは、モバイル電話や組み込みシステムを含む消費者向けデバイスで動作でき、ブロックデータが正しく公開されていることを確認できます。

フルブロックをダウンロードせずにデータの利用可能性を検証する能力こそが、水平スケーラビリティを実現するものです。すべての実行を単一のチェーンで処理するのではなく、数千の独立したチェーン（ロールアップや主権チェーンなど）がセレスティアにデータを公開し、ユーザーは高額なインフラストラクチャを運用せずにそのデータを検証できます。この設計により、分散型かつスケーラブルなマルチチェーンエコシステムが実現されています。

セキュリティと信頼の前提

DASはコンセンサスや正直なバリデータの必要性をなくすわけではありませんが、システムが正しく動作していることを検証するために必要な信頼の前提を大幅に削減します。ライトクライアントはブロックプロデューサーを信頼したり、中央集権的なAPIに依存する必要がありません。彼らは独自にネットワークをサンプリングし、データを検閲したり隠そうとする試みを検出することができます。これにより検閲耐性がサポートされ、Celestiaをデータの可用性に利用するチェーンのセキュリティモデルが強化されます。

DASは、不正なバリデータが不完全なブロックを公開しても逃れるのを困難にします。検出が確率的かつ分散化されているため、攻撃者はブロックのどの部分がサンプリングされるかを予測することはできません。サンプリングを行っているクライアントがわずかであっても、検出の可能性は高いままです。

BlobsとBlobstream

Blob
Celestiaでは、データは従来のブロックチェーン取引のように構造化されていません。代わりに、それはblobとして保存および公開されています。バイナリ大きなオブジェクト. ブロブは不透明なデータの塊であり、Celestiaはその内容を解釈または検証しません。ブロブは単にブロックチェーンにコミットされ、順序付けおよび利用可能にされます。

これは、イーサリアムのような従来のレイヤー1チェーンとは異なるアプローチです。ここでは、各トランザクションにはチェーンが解釈および実行するデータとロジックの両方が含まれています。Celestiaは実行を完全に回避します。それは、外部チェーン（ロールアップなど）によって提出されたペイロードとしてブロブを扱い、これらのブロブが利用可能で正しい順序に配置されていることだけを保証します。

Blobsは、ブロックデータを効率的かつ最小限の抽象化で公開するための方法を提供します。CelestiaのバリデータはBlobの内容を理解する必要はないため、ネットワークはより大きなスケーラビリティと中立性を実現します。Celestia上に構築された実行環境は、ベースレイヤーからの制約なしに、独自のフォーマット、仮想マシン、およびコンセンサスルールを定義することができます。

ロールアップまたは主権チェーンがセレスティアにデータを提出すると、そのトランザクションバッチはblobにパッケージ化されます。このblobは次にセレスティアのデータ可用性レイヤーに投稿され、ブロックに含まれます。各blobには名前空間が割り当てられます - それは特定のチェーンに関連するblobをフィルタリングして取得するための一意の識別子です。

ブロブはより小さなシェアに分割され、消去符号化され、2次元データスクエアに配置されます。この構造により、ライトクライアントはデータ可用性サンプリング（DAS）を実行し、すべてのシェアをダウンロードせずにブロブ全体にアクセスできます。正常に投稿されると、ブロブはCelestia上で永続的な、順序付けられた記録となり、クライアントまたは検証者を実行している誰でもアクセスできます。

ブロブストリーム
BlobstreamはCelestiaのブロブを他のブロックチェーンネットワークに中継するためのメカニズムです。これは、Layer 2のロールアップや他の実行環境がCelestiaをデータ公開に使用できるようにするデータ可用性ブリッジとして機能し、同時に決済および不正証拠については別のチェーン（通常はEthereum）に依存します。

Blobstreamは実際には、イーサリアムのスマートコントラクトが、特定のblobが実際にCelestiaに公開され、利用可能であることを検証できるようにします。これは、Celestiaのブロックヘッダーと名前空間をイーサリアムにブリッジする軽量クライアントと暗号証明を使用して実現しています。これにより、EthereumベースのロールアップがCelestiaの拡張データレイヤーを活用する一方で、Ethereumのセキュリティと決済保証を犠牲にすることなく利用できるようになります。

Blobstreamを使用して、複数のプロジェクトが実行ロジックをデータの可用性から分離しています。たとえば、Layer 2 zkEVMチェーンであるManta Pacificは、Blobstreamを介してデータ可用性レイヤーとしてCelestiaを使用しており、引き続きEthereum上で決済を行っています。このアプローチにより、手数料が削減され、ブロックの公開がより速くなりながら、Ethereumのスマートコントラクトエコシステムとの互換性が維持されています。

Blobstreamは効果的にハイブリッドモデルを作成します：実行は高性能のロールアップで実行され、データの可用性はCelestiaに外部委託され、決済は引き続きEthereumにアンカーされます。このアーキテクチャは、Celestiaが主権ロールアップだけでなく、EthereumベースのL2が帯域幅の重い操作をオフロードするために使用できる方法を示しています。

セキュリティと分散モデル

プルーフ・オブ・ステークによるバリデータベースのセキュリティ
Celestiaは、Tendermint BFT（ビザンチンフォールトトレラント）アルゴリズムの変種を使用したプルーフオブステークコンセンサスモデルで動作します。ネットワークのバリデータは、Celestiaのネイティブトークンである$TIAをステークしてブロックの生成およびコンセンサスプロセスに参加します。これらのバリデータは、ロールアップや他のチェーンによって提出されたデータのブロブを含むブロックの提案と署名に責任を持ちます。

Proof-of-stakeの使用は、ネットワーク参加者とプロトコルセキュリティの間のインセンティブを整合させます。バリデータは正直な行動に対して報酬を受け取り、二重署名やコンセンサスへの不参加などの悪質な行為に対してはペナルティを科されます。この経済メカニズムにより、バリデータがネットワークの最善の利益のために行動し、発行されたデータの順序付けとセキュリティの強い基盤を提供します。

従来のチェーンとは異なり、Celestiaのバリデータはトランザクションを実行したり、グローバルな状態を追跡したりしません。彼らの責任は署名の検証、データブロブの順序付け、およびブロックがフォーマットとデータの利用可能性要件を満たしていることを確認することに限定されています。これにより、彼らの計算負荷が軽減され、ネットワークがハードウェア要件を増やさずにスケーリングすることが可能となります。

軽量クライアントと信頼最小化検証
Celestiaの最も重要なセキュリティ機能の1つは、ライトクライアントをサポートしていることです。ライトクライアントは、完全なブロックチェーンの履歴を保存したりトランザクションを実行したりしないノードでありながら、ブロックの含まれ具合やデータの利用可能性を確認します。Data Availability Sampling（DAS）を使用することで、ライトクライアントは、全てのブロックデータにアクセス可能であることをダウンロードせずに独自に確認することができます。

これにより、ユーザーやアプリケーションチェーンは、ネットワークの整合性を保証するためにフルノードを信頼したり、中央集権的なインフラストラクチャプロバイダに依存する必要がありません。彼らは、スマートフォンやコンシューマ向けのノートパソコンなどの日常的なデバイスで独自の軽量クライアントを運用し、それでもCelestiaが正直に機能していることを検証することができます。

このモデルは分散化を大幅に向上させます。多くのブロックチェーンでは、フルノードの運用コストが高騰し、検証権力が少数の手に集中しています。Celestiaの軽量検証は、より広範囲のユーザーにネットワーク参加を可能にし、信頼の堅牢性と分散性を向上させます。

DASを通じた検閲耐性

検閲耐性は、どんなブロックチェーンネットワークにとっても重要な特性です。これにより、すべてのユーザーがデータを公開でき、どのエンティティも取引を抑制したり、選択的に隠したりすることができません。Celestiaでは、データ可用性サンプリングが検閲に対する保護において中心的な役割を果たしています。

データブロブは小さなピースに分割され、消去符号化を使用して冗長にエンコードされるため、悪意のある検証者はブロックのかなりの部分を保留する必要があります。 ただし、DASはこのような行動を簡単に検出できます。 軽量クライアントはデータのランダムなシェアを要求し、ブロブの一部が欠落している場合、クライアントはブロックを不完全または利用できないとしてマークできます。

このシステムは、検証者が完全かつ正直なデータを公開する動機付けを強力に促します。DASの確率的性質により、特にサンプリングクライアントの数が増えるにつれて、部分的な検閲でさえ検出される可能性が高くなります。

ハードウェア要件が低く、参加が容易
分散化の別の側面はハードウェアの利用可能性です。多くのブロックチェーンネットワークでは、バリデータやフルノードを実行するコストには、膨大なストレージ、帯域幅、および計算能力が含まれます。これにより、一般ユーザーにとっての障壁が高まり、検証責任が一部の機関アクターに集中することになります。

Celestiaのミニマリストデザインはこれらの問題を回避しています。バリデータは実行を行わず、ライトクライアントはチェーンの完全なストレージを必要としません。その結果、専門の高価な機器を必要とせず、標準的なハードウェアを使用してネットワークを保護し検証できるネットワークが実現されます。これにより、地理的および収入レベルを問わず、広範な参加が可能となり、より健全で分散化されたネットワークに貢献します。