一文简析Celestia如何确保消息检索结果的完整性

问题的由来：

为了实现链的容量扩展，Celestia承诺主权应用将只需下载与其有关的消息，而不用下载全部消息，但同时，不同应用的消息是打包在同一个区块里面的，以实现平等的安全性。那么，如何保证当某个应用的执行节点向Celestia的存储节点查询消息时，存储节点仅返回所有的相关消息，而且恶意存储节点无法隐藏特定消息呢。

Celestia选择的方案是，将称为命名空间的应用标识符，插入到消息构成的默克尔树的节点信息中。这样做的好处是，可以处理存储节点隐藏全部相关消息的情况，可以定位被隐藏的消息。另外，无需大幅度修改默克尔树的生成逻辑，以确保存在一个节点，它的底层叶节点，包含且仅包含某个命名空间的全部消息，且能定位此节点。而只需要做三件相对简单的事情，就可以确保默克尔树的基本特性，不发生变化：

Nvidia为高级用户升级GeForce Now的RTX 4080性能:金色财经报道，Nvidia在其虚拟CES新闻发布会上宣布了其云游戏服务的一些新功能。该公司正在通过添加具有更好硬件组件的新服务器来升级其高级计划。购买 19.99 美元计划的用户应该期望在要求更高的游戏中获得更好的性能。

该公司现在在其高端服务器上使用 GeForce RTX 4080 级图形处理器。在今天之前，支付最昂贵的订阅计划的用户可以访问具有相当于 GeForce RTX 3080 GPU 的服务器级 GPU 的服务器。GeForce Now客户仍然需要在Steam、Epic Games Store和其他数字商店购买游戏。[2023/1/4 9:50:53]

首先，生成消息的默克尔树之前，先按命名空间将消息分组归并在一起，确保不同命名空间的消息没有穿插，且命名空间是排好序的。

币安发布钱包透明度说明：正在构建隔离的链上客户加密资产钱包:11月26日消息，币安官方博客发布钱包透明度说明，其中指出币安将所有客户的加密资产保存在隔离账户中，这些账户与币安加密资产账户分开识别。币安使用自己的钱包基础设施来保护用户资产和币安自己的资产，“只花自己的钱，不使用客户资金在自己的账户上进行交易”。币安还透露正在构建隔离的链上客户加密资产钱包，以符合即将出台的欧洲MiCA法规要求。

币安表示，10亿美元的行业复苏计划（IRI）通过币安冷钱包发出，是从币安账户中提取的大额资金，而10亿美元的SAFU保险基金则可能会从热钱包或冷钱包中提取。[2022/11/26 20:47:44]

其次，修改生成默克尔树时使用的哈希函数，以便命名空间信息被包含进节点信息。

瑞士国家旅游局于2022年秋在中国市场首次推出城市系列数字藏品:金色财经报道，据瑞士国家旅游局官方公众号，瑞士国家旅游局于2022年秋在中国市场首次推出城市系列数字藏品，作为六大当代艺术和古典音乐之旅目的地，瑞士国家旅游局希望通过此次全新数字化尝试，对年轻一代的文化艺术旅游爱好者开启元宇宙推广的大门。[2022/9/7 13:13:03]

检查默克尔树时，额外检查排序是否无误。

生成带命名空间的默克尔树：

前面我们说了，跟通用的默克尔树逻辑相比，只有生成节点的哈希的函数不同。具体来说，就是在原哈希函数之上，又包裹了一层，使得节点哈希变成形如‘minNs|maxNs|原哈希’的形式，minNs和maxNs分别是此节点所有子节点中，最小和最大的命名空间。容易看出，对叶节点有minNs=maxNs，因为它只包含一条消息，只能有一个命名空间。默克尔树是二叉树，且我们已对消息做了排序，所以对非叶节点有minNs等于左子节点的minNs，maxNs等于右子节点的maxNs。另外，请注意原哈希函数会把子节点的整个哈希作为输入，也就是说命名空间也参与哈希计算，因此不能随意写，否则树根哈希会跟区块里的记录不一致，就很容易看出数据无效。下图是一个带命名空间的默克尔树的示意图：

华尔街日报：美联储官员准备再将利率提高0.75个百分点:金色财经消息，据华尔街日报报道，美联储官员准备再将利率提高0.75个百分点。[2022/7/18 2:19:29]

证明消息的完整性：

首先，需要证明返回的某条消息，确实是在消息树中，这个就是普通默克尔包含证明所作的事情。因此，当存储节点返回一条消息时，它同时返回此消息的默克尔包含证明。假定返回消息M0到Mn，那会同时返回对应的默克尔包含证明P0到Pn。我们需要说明，存储节点可以不返回某条消息，但无法对消息构成的默克尔树进行变动，因为那会导致树根哈希变化，数据失效。

现在我们来看漏消息的情况，首先我们的消息是按命名空间归并在一起的，所以如果某个命名空间，在它所有消息的中间漏了消息，那任何一个默克尔证明都可以看出，消息不连续，就没必要进一步讨论了。

我们看开头或者结尾漏消息的情况，两种情况类似，我们以开头为例。比如N.2的第一条消息M.2漏了，那它对应的P.0也不会发出来，那么这时候，从查询者的角度看，原来的P.1，现在是第一个证明，它反正就检查第一个证明。下图，我画出了P.0和P.1的具体内容，我们比较它们的差别，就发现M.2左侧的节点，命名空间都小于M.2的命名空间，而M.3左侧有一个节点H.4，它的maxNs是A.2等于M.3的命名空间N.2，这个A.2的来源，就是存储节点隐藏起来的M.2。这样一来，执行节点就发现异常了。

那如果某个命名空间全部的消息都被隐藏呢。我们规定，当指定命名空间的消息不存在时，返回一个叶节点的默克尔证明，这个叶节点有minNs大于目标命名空间，但它左侧所有节点的maxNs都小于目标命名空间。那么，当存储节点隐藏了整个命名空间时，必然，根据具体返回的节点的位置，它或者左侧会出现一个maxNs大于等于目标命名空间的节点，或者右侧会出现一个minNs小于等于目标命名空间的情况。这样执行节点也能发现问题。综上所述，存储节点不可能隐藏消息而不被发现。

结语：

本文复述了Celestia白皮书中，关于多应用场景下，对抗恶意存储节点的部分内容。现在Celestia测试网已经上线，但目前更多是展示了对轻节点的支持，以及对消息分组的可行性。白皮书里面，第三章、第四章都有提到更多关于应用主权或者分片的内容，比较偏概念，针对真实公网环境来说，具体是怎么实现的，目前还看得不是很清楚。而扩容问题，显然是整个区块链领域近期最关注的目标。所以，我们之后也会特别关注Celestia在支持独立应用方面的进展，究竟怎么跟L2或者说其它‘区块链模块’结合起来，做到实用的功能，并提高链上容量，我们将拭目以待。

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