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全方位解读 Celestia ：专注于数据可用性的模块化区块链

2023.10.17 - 436 天前

模块化区块链将是未来区块链架构发展的主要趋势之一。

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。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。同时项目团队本身也背景优秀，技术扎实，项目即将上线主网，因此我们选择关注Celestia。

投资概要

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（于2022–03–02首发于头等仓官网）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。

综上，Celestia项目值得关注。

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 [1]

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[2]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

图2–1 Celestia代码提交情况[3]

图2–2 Celestia代码贡献者情况

Celestia的源代码在GitHub上开源，从开发情况来看，Celestia的代码开发情况良好，共提交了25,707次代码，再过去一年当中提交了8,410次代码，目前的平均每月开发人员数在百人上下。从图像上来看，Celestia的代码提交数量和开发人员数量一直呈现上升趋势，在过去的几年中，出现过两次开发高峰，一次是在2022年5月，对应Mamaki测试网的开发，另一次是在2023年3月，对应模块化Rollup Rollkit与激励测试网的开发。总的来看，Celestia目前代码开发进度良好，且在持续更新。

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。

图2–3单片式区块链与模块化区块链的区别[4]

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。

图2–4单片式区块链与模块化堆栈

模块化区块链有三个首要原则：

1）模块化区块链将以降低用户运行节点和验证网络的成本的方式实现网络的去中心化。

2）模块化区块链将在不增加用户验证和保护网络的成本的基础上增加区块链的可拓展性。

3）模块化区块链将依靠去中心化的用户网络来为区块链网络的安全负责。

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。

而作为一个一开始就以模块化为目标而设计的模块化区块链，在功能性方面，Celestia走了与大多数单片式公链不同的方向，选择以共识和数据可用性作为发力方向，专注于成为一个数据可用性层（Data Availability（DA）Layer），同时依靠Rollup来为网络提供执行层的功能。简而言之，Celestia网络只负责两件事，一件事情是负责排序交易以保证交易的数据可用性，另一件事情是提供了解决数据可用性问题的有效方案，轻节点仅需少量的资源即可验证区块来证明数据可用性。

图2–5 Celestia网络架构

作为一个数据可用性层。Celestia采用PoS的共识机制，并且使用了Cosmos SDK来进行开发，但是其对Tendermint的共识算法进行了一些修改。修改后的Tendermint共识算法-Celestia Core包含了Celestia解决数据可用性问题的两个重点：数据可用性采样（Data Availability Sampling (DAS)）与命名空间默克尔树（Namespaced Merkle Trees (NMTs)）。

2.4.1 数据可用性抽样（DAS）

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。

但是在应用二维RS纠删码编码方案（2-dimensional Reed-Solomon encoding scheme）之后，利用轻节点进行数据可用性抽样成为了可能：

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。

图2–6二维RS纠删码编码方案[5]

数据可用性抽样的实现，保证了Celestia作为数据可用性层的可拓展性。因为每个轻节点将仅需采样区块数据的一部分，这降低了轻节点和整个网络运行的成本。同时参与采样的轻节点越多，他们可以共同下载和存储的数据就越多，而这意味着整个网络的TPS也将随着轻节点数量的增加而提高。

2.4.2 命名空间默克尔树（NMT）

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。

图2–7命名空间默克尔树示例

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。

2.4.3 Sovereign Rollups

Celestia提出的Sovereign Rollup与我们目前常见的Ethereum上的Rollup并不完全相同。

以太坊上常见的Rollup被Celestia称为Smart Contract Rollup，其将整个区块发布到结算层，然后让结算层对区块进行排序，检查数据的可用性，并且验证交易的正确性。而以上这些结算层上的行为都将依赖于结算层上的一组智能合约来完成，换句话说结算层的智能合约将决定这些Smart Contract Rollup能否正常运行。

图2–8 以太坊与Smart Contract Rollup架构1

图2–8 以太坊与Smart Contract Rollup架构2

Smart Contract Rollup的这种架构使得Layer1节点单独验证每笔交易的行为几乎变得不可行。因为无论是Optimistic Rollup还是ZK Rollup所提交的证明都只能验证区块本身是否有效，而如果Layer1的验证节点希望去推究具体交易的话，就需要依赖一个原生信任最小化桥梁，这使得Layer1网络只能依赖少数参与者的诚实行为来保证网络的安全性。

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。[6]

图2–9 Sovereign Rollup架构1

图2–10 Sovereign Rollup架构2

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。

因此总结来说，Sovereign Rollup和Smart Contract Rollup之间最大的区别就是由谁来验证交易的正确性，在Smart Contract Rollup架构当中，结算层的智能合约将来执行这个职能，但在Sovereign Rollup架构当中，Sovereign Rollup自己的验证节点将承担这一职能。

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。

3. 发展

3.1 历史

表3–1 Celestia大事件

3.2 现状

3.2.1 运营数据

图3–1 Celestia测试网状态1[7]

图3–2 Celestia测试网状态2

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。

图3–3 Celestia测试网节点排名

受益于Celestia的网络架构，Celestia的轻节点运营硬件要求较低，最低仅需配置一个2GB RAM的内存，单核的CPU，超过25GB的SSD硬盘以及上传下载56 Kbps的带宽。除了轻节点以外，Celestia的桥节点，全节点，验证节点以及共识节点的要求相较于其他公链来讲也不算高。因此未来Celestia主网上线后，预计网络的各类型节点数量将进一步上升，网络的去中心化程度也将得到进一步的提升。

图3–4 Celestia节点运行要求[8]

目前宣布正在或者计划在Celestia上部署的项目共有50[9]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。

可以看到Celestia上的项目目前仍然以技术类的基础设施项目为主，实际面向用户的应用类Dapp不多。

3.2.2 社交媒体规模

表3–2 Celestia社交媒体数据

截至2023年10月12日，Celestia的社交媒体关注人数较多，互动较为活跃，官方社区讨论人数较多，内容主要与技术开发与代币空投相关。

3.3 未来

Celestia并没有公布接下来的路线图计划，但根据目前已知的信息，Celestia将会在10月17日UTC时间12:00结束TIA代币的空投以及在不久后进行主网的上线。目前已知的6000万个TIA代币的空投计划如下：

（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）

表3–2 Celestia TIA代币空投计划

总结：

4. 经济模型

Celestia的原生代币是TIA，初始总供应量为1,000,000,000枚。TIA代币目前仍未进入流通领域，空投将在2023年10月17日进行。未来TIA代币将以通胀的形式增发，通胀率从每年8%开始，比例逐年递减10%，直到抵达1.5%的年通胀率。

4.1 供给

4.1.1 TIA代币分配[10]

表4–1 TIA代币分配情况

图4–1 TIA代币分配图

图4–2 TIA代币解锁时间图

从代币分配来看，TIA代币将主要分配给投资人和团队，其次是财库，最后才是生态系统，且所有代币将在4年后全部解锁完成，这意味着代币上线后，尤其是一年后投资人和团队的代币开始解锁后，TIA可能面临着比较大的抛压。从目前的代币分配规则来估计，TIA初始的代币流通量为141,000,000枚，其中包含了空投的74,000,000枚代币和财库解锁的67,000,000枚代币。

4.2 需求

从需求来看，TIA代币主要功能，一是维护网络的成型，激励节点的运营，二是作为应用代币来为网络使用服务计费，三是进行去中心化治理。

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。

图4–3 TIA代币通货膨胀图

质押奖励部分，TIA代币将以通货膨胀的形式增发，通胀率从每年8%开始，比例逐年递减10%，直到抵达1.5%的年通胀率。年度通胀准备金将根据每年年初的TIA总供应量进行计算，Celestia将使用区块时间戳而不是区块高度来界定该时间，而由于区块之间的时间会有所不同，因此实际发行量有可能略高过目标值。

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

从代币经济学来看，Celestia的代币分配较为一般，投资人和团队将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。

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[11]

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

从竞品来看，目前Celestia的主要竞品是完成Proto-Danksharding以后的Ethereum，Polygon Avail，EigenDA，Arbitrum Nova和zkPorter。

在数据可用性的实现方式上，这几个竞品之间略有差异，差异主要体现在数据的恢复方式以及数据的采样方式上。

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