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观点 | 弱无状态性 以及/或者 状态保质期机制:即将到来
以太坊基础层接下来面临的一大挑战就是处理日渐增加的状态数据:当前以太坊区块链的状态数据约有 100 GB(其中就包括状态树节点数据),而且每年大约会增加 50GB。日益膨胀的状态会让同步以太坊区块链、担当区块链的验证者变得越来越困难,还有使网络陷入中心化的风险;尤其,状态数据的增长还有可能变得更快(因为区块 Gas 上限可能进一步提高)。
现在,人们提出了两类技术作为短期内的解决方案:
状态保质期(State expiry):从状态中移除那些近期(比如过去一年)没有被访问的状态对象,并且,在 “复活” 这些过期的状态对象时需要提供(证明其存在性的)见证数据(witness)。这将使 每个节点 都要存储的状态数据限制在 20~50 GB。 弱无状态性(Weak Statelessness):仅要求区块生产者(block proposer)存储状态,而所有其他节点都无需存储状态即可验证区块。
如何组织状态的结构,使得不用的部分就会过期?(我们是在状态树上存储 “存根”,还是把过期的状态对象移到一个单独的树状结构中,还是完全放到别的结构中?)我们是在账户层实现它,还是在存储槽层面实现它(我更倾向于在存储槽层面实现状态保质期方案(中文译本)) 灭活状态对象时应采取什么样的流程?尤其是,我们是接连不断地灭活状态对象,还是每隔一段时间(比如 1 年)实施一次灭活行动?“ReGenesis”就是后面这种策略的代称(中文译本)。 如何处理 “复活冲突(resurrection conflicts)” 问题?复活冲突是一个重要的概念。假设某些账户或存储槽在某些 地址/位置 创建好之后过期了;然后,该账户/存储槽又在相同的位置被重新写入;最后,有些人又尝试复活最初那个已经过期的对象。我们该如何解决 这个过期又复活的状态 与 那个新创建的状态 之间的冲突?我的文章有专门的一节详细描述了这个问题。
如何使用 Gas 重定价来限制见证数据的上限?(EIP 2929 解决了大部分问题;然而一旦我们引入代码默克尔化(中文译本),就仍然需要为访问每一个合约代码块施加成本) 见证数据的大小:见证数据即向无状态的客户端提供的、用于验证区块有效性的额外数据;这部分数据,即使有了合适的重定价措施,也有约 4 MB,对于我们这个每 13 秒就要广播一次区块的网络来说,还是太大了。 事务的广播:如果客户端并不能直接访问状态来验证事务本身的有效性(nonce 对不对、够不够 ETH 支付手续费),那事务要怎么在网络间传播、验证呢?(译者注:如果客户端无法验证自己收到的事务的有效性,将无论有效无效的事务都一视同仁地转播,则这会变成一个阻塞 P2P 网络的拒绝服务攻击因素。)
一些技术能让 ReGenesis 类型的(基于 epoch)的状态保质期方案最小化复活冲突 Piper Merriam 研究了如何在事务广播网络中添加见证消息使之适合无状态客户端;以及分布式的状态存储和按需可得性 Verkle tree,可以将最糟糕情况下的见证数据大小从约 4 MB 降低到约 800 kB(这已经足够小了,因为当前最糟糕情况下(全部是 calldata)的区块可达到约 780 kB,而我们也不得不处理)。看 幻灯片、文档 和 代码。
从理论到实际
弱无状态性需要用 verkle tree 来替代二进制树(译者注:原文如此。疑应为 “十六进制树”,即当前的以太坊状态树所用的格式),这会使现今所有的默克尔分支验证器(不论是客户端和还是智能合约)失效 Verkle tree 也要求改变客户端的同步协议 我们还需要添加按代码块计算的 Gas 成本(例如,每访问 32 字节的代码块就需要消耗 500 Gas),这会让某些应用的 Gas 开销比当前的更大 状态保质期方案需要应用重新设计自己的合约,以高效地使用新状态(意思是,当前用于解决复活冲突问题的方案引入了 “旧状态区域” 和 “新状态区域” 的概念,在旧状态区域创建一个新对象需要提交证明,且证明会随时间推移而增大;而在新状态区域创建对象则不需要证明,所以合约(例如 token 合约)需要新的版本和架构来处理这一点,虽然不更新也能继续用,但这样会更不便利,Gas 开销也会更高) 依赖历史数据访问权的 dApp 需要切换到一些 另外的协议/L2 机制 (比如 The Graph?)中,以访问 1 年以前的数据
好处
让更多人能够运行以太坊节点,帮助以太坊去中心化以及降低 “Infura 依赖风险” 启用以太坊的无状态验证,大幅降低成为 PoS 验证者的开销:实现之后,节点甚至可以选择性地验证以太坊应用的数据,例如:仅验证自己参与了见证(attesting)的区块。这将使我们更接近我们梦寐以求的目标:保证用户使用容易买到的消费级硬件(甚至是手机!)就能成为 PoS 验证者并且长期不变 提高区块 Gas 上限:缩减客户端的状态数据规模使我们能安全地大幅提高区块 Gas 上线,为用户提供更低的交易手续费。更小的状态数据意味着这些数据甚至可以放到内存中,因此每次访问状态的实际开销都会更小,因此我们有望安全地提高区块 Gas 上限。 让应用开发者更为确信,此番转变之后,协议的经济模型可以更坚固,而且未来不会再有太大改变,因为协议中主要的经济激励不兼容问题(用户只需支付一次费用就可以永久存储一个状态对象)已经终结。
(完)
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原文链接:
https://ethereum-magicians.org/t/weak-statelessness-and-or-state-expiry-coming-soon/5453
作者: Vitalik
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