data availability（資料可用性）跟 fraud proof （詐欺證明）對於區塊鏈交易量擴充套件，是很重要的兩項因素。當交易量大意味著資料量就變大（無論是分片或是加大區塊大小），而資料量越大，能夠執行全節點的人就會越少（因為硬體跟維護成本越高）。舉例來說，Ethereum2.0 有 1024 條鏈，不可能每個人都把 1024 條的資料都下載下來，更何況，這樣也失去分片的意義，但若某節點做分片 A 的 validator，此時，需要跟分片 B 有所互動，不太可能把分片B的所有區塊都下載下來，太耗時也太佔空間，而且若如此設計，最終也會把全部的鏈都下載下來….。但是，若沒有全部的區塊那要怎麼驗證交易呢？！這就是「資料可用性」的重要性。
資料可用性簡單來說就是拿不拿得到資料，但不代表拿到的資料的有效的/正確的。那在討論資料可用性問題之前，先來認識詐欺證明。在區塊鏈世界中，驗證資料方式可以分為有效證明(validityproof) 跟詐欺證明兩種。有效證明就是現在區塊鏈的運作方式-「驗證資料是正確的，才能上鍊」，也就是當你需要轉賬時，礦工需要先驗證你的餘額是否足夠，確認你餘額是夠的（驗證資料是正確的）才會打包。而詐欺證明則是相反，驗證者收到交易之後，經過一段時間若沒有人提出異議/挑戰，那就代表你送出的交易是沒問題的，這種方式驗證成本相對較低，也因此大部分L2方案選擇使用詐欺證明作為資料驗證的方式。
而輕節點只下載部分的資料（通常是blockheader），要如何能在運作上幾乎跟全節點一樣可靠呢（’幾乎’ 是因為輕節點需要額外的一些假設）？就必須藉助資料可用性跟詐欺證明的的合作。
漁夫（fishmen）
漁夫（fishermen）機制是一種很直覺的設計方式，就是漁夫們觀察著網路上的無效資料，發現後送出詐欺證明以得到獎勵。
基本的獎懲機制如下：
1、若有人提出無效的詐欺證明，則沒收押金。
2、若有人提出有效的詐欺證明，送出無效資料的人會被沒收押金，而押金部份當作挑戰者（提出詐欺證明的人）的獎勵。
但是，這種機制在這個情境會有問題。我們來看以下這兩個例子
Case 1:
T1: 攻擊者 v1 送出不完整的資料（等待被挑戰）
T2: v2 送出詐欺證明證明資料是無效的
T3: 攻擊者 v1 再補送剩下的資料
Case 2:
T1: v1 送出正確的資料
T2: 攻擊者 v2 發出無效的詐欺證明
如果漁夫打了個盹，沒注意到 T2 發生什麼事，到了 T3 才來驗證，在這樣的狀況下是無法判斷出兩個的差異（因為 T3 所能看見的就是”一份完整的資料”被提出”詐欺證明”，不知道其實 case1 是後來補件的）。以上例來說，case1的 v2 要給獎勵嗎？1.若給了，則攻擊者就可以藉由發出無效的詐欺證明來賺錢（因為兩著是無法分辨的）。2.若要懲罰，那就沒有人願意提出詐欺證明。3.若什麼事都不做，則提供了一個免費的 DOS 攻擊。因此，這種方式有個根本的問題，就是無法有效遏止攻擊者隱藏資料（因為被發現了，再補件即可），也就無法判斷節點或是漁夫誰是惡意的。
RS編碼
延續上面的問題，若把區塊切成 N 個區段（chunks），而輕節點從網路中隨機去挑選某 20 個區段來驗證是否正確(藉由 blockheader 中的 merkle root 來驗證)，當 20 個區段都是有正確的，輕節點就接受此塊，這個方法有很高的機率可以證明資料是有效的，但這種方式只驗證到部分的資料，並不是整個區塊，若攻擊者偽造的區塊只有極少的差距，例如有幾十或幾百的 bytes，仍有機會避過這樣的驗證機制。而 erasure code (糾刪碼)是可以解決這個問題的好方法！
何謂糾刪碼呢?! 糾刪碼可以在資料部分遺失的狀況下，組回原本的資料(但無法容忍資料的篡改)，常用在網路通訊, 磁碟陣列或是 DVD。可以想作是在原本的資料，再多加部份的備份，所以丟掉部分資料也沒關係。糾刪碼編碼方式有很多種，也分別適用不同領域，這邊使用的RS(Reed-Solomon) 糾刪碼，是一種原理相較簡單的編碼方式。概念上就是用Lagrange 插值方式，長出多餘的備份資料。
假設，把區塊分成 M 個區段，藉由 RS 糾刪碼把資料延伸為 N 個區段(N > M)，因此只要 N 箇中的 M 個就可以把資料還原，所以若有節點不提供資料或是部分資料遺失了，仍可還原區塊做驗證。這邊做一個簡單的計算，先假設最簡單的狀況 M=N，區塊大小 1MB，每256bytes 切成一個區段，所以可得 4096(M=4096) 個區段，然後，將全部區段組成一個 merkle tree（會有12層）。接著，隨機取 20 個區段來驗證，資料量將是
20 branches * (256 bytes + 12 Merkle tree intermediate hashes * 32bytes per hash) = 12,800 bytes而詐欺證明的大小約是 1.5MB
如果將資料延伸到多維度，例如二維。資料將變為sqrt(M)*sqrt(M) 的正方形（x = 0 ~ sqrt(M)-1, y = 0 ~sqrt(M)-1），接著使用二維 RS 糾刪碼將資料延伸一倍，可得Ｎ = 2*sqrt(M)，如下：
而merkle tree 的數量從原本的一個變成 4*sqrt(M) 個（每個欄列皆為一個merkle tree，如下圖所示）
接著，回到上面的例子，1MB 的區塊，每 256bytes 為一個區段，所以可以得到64x64的正方形，共有 4*64 個 merkle tree，但是取樣數就需要有 48個，因此資料量為：48 branches * (256 bytes + 6 Merkle tree intermediate hashes * 32 bytes perhash)+ (128 Merkle roots * 32 bytes per hash) = 25,600 bytes而詐欺證明的大小約為 12KB
這裡我們看到，資料量雖然變大了，但是詐欺證明的資料大幅減少了，而且因為 merkletree 的層數減少許多，在效能上也有大幅的提升。下圖是論文中對於取樣數, 區段數量跟輕節點數的表格（s : 取樣數，k : sqrt(M)），有興趣可以看論文中的公式推導。
但若在一般的網路模式下，會知道自己的鄰居們(peernodes)是誰，所以對攻擊者來說，就有空間操控，某個輕節點來問資料就故意不給，或是有時給有時不給等等的擾亂輕節點取得資料的穩定性。因此會需要搭配洋蔥網路服用，攻擊者就無法針對特定的輕節點作擾亂。再加上詐欺證明的挑戰，在整個設計中只需要保證網路中有一個誠實節點即可。
而全節點跟輕節點的溝通程式如下圖：
1. 有新區塊產生，輕節點會收到某個全節點的通知，並且提供 blockheader跟上述的每個欄/列的 merkleroot。
2. 輕節點會隨機挑選 (x, y) 值給不同的全節點（x,y 分別對應二維糾刪碼的列跟欄）。
3. 全節點接收到 (x, y) 座標後，提供對應的區段，並註明此資料區塊是欄還是列（因為同一個座標可以取欄或是列的資料），若此全節點沒資料，就繼續廣播給其他全節點。
輕節點接受到資料後，驗證區塊的merkle root 和1.所提供的是否一致，若為一致，則標記為正確的資料，並等待挑戰（詐欺證明）
這是目前Ethereum2.0 light client的提案，#1194 是針對資料可得性證明效率不足的討論，主要的問題在於，二維的糾刪碼讓處理的資料量變大，也增加網路傳輸的負荷，再加上EIP1559，將使得區塊平均的負載量約只有50％，也就意味著需要填很多的 0，讓二維糾刪碼徒增很多無意義的資料，這也是目前尚未解決的問題。
