觀點：以太坊狀態規模管理諸提議（上）_區塊鏈:NFT

以太坊協議所面臨的一個最為長久且尚未解決的挑戰，就是由于狀態數據規模不斷增長而帶來的問題。以太坊區塊鏈上的許多操作都會給以太坊添加狀態內容，而所有全節點都必須存儲全量的狀態數據，這樣才能驗證新區塊以及制造新區塊。這些操作只需事務的發送者一次性繳交按gas用量來計量的手續費，但會給整個網絡造成永久的持續性成本，因為節點需要存儲這些新數據。

這是系統設計中的一個顯著的失衡，可能會讓以太坊系統變得越來越難用，因為狀態中充斥著不再有用處的“垃圾數據”。本文的目的是詳細解釋問題產生的根源，以及一些解決該問題的方法。如果我們能實現某個解決方案，這將為安全地大幅提高區塊Gas上限鋪平道路。

本文所論述的研究領域仍在推進中，隨時有可能出現更新、更好的想法和更優雅的權衡。

引言：問題出在哪？

“狀態”指的是節點若想處理新產生的區塊和事務就必須存有的信息。狀態與“歷史”完全不同，后者是關于過去時間的信息，節點可以保存這些信息以便日后重新廣播或歸檔，但并不是處理區塊鏈所必需的。

觀點：NFT交易大幅放緩，開發人員仍有興趣為區塊鏈代幣尋找更廣泛的用例:金色財經報道，本周發布的新報告表明NFT交易大幅放緩。發布的新報告表明NFT交易大幅放緩。盡管如此，開發人員仍在繼續在EVM兼容鏈上部署數百萬個智能合約，這表明他們有興趣為區塊鏈代幣尋找更廣泛的用例。與此同時，阿提哈德航空宣布計劃推出Web3忠誠度計劃，讓其常旅客社區以NFT換取里程。此外，Ordinals協議背后的團隊正在發起一個非營利組織，以保持其發展“干凈”不受企業影響。[2023/8/6 16:20:47]

在以太坊協議中，狀態信息包括：

賬戶的ETH余額和nonce

智能合約的代碼

智能合約的存儲項

與共識機制相關的數據

歷史信息則由舊的區塊和收據組成。EVM中沒有操作碼可以讓你訪問舊區塊、舊事務和內容和收據輸出，所以節點丟棄這些數據也仍然能驗證新區塊，所以這些是歷史信息。

觀點：今年BTC可能會比黃金更好，其價格不太可能回到2萬美元水平:彭博社策略師Mike McGlone預測，2021年比特幣可能會變得比黃金更好，其達到5萬美元水平的潛力可能會大幅增加。Mike McGlone在推特上表示，2021年加密貨幣市場很可能會大幅增長，這可能會阻止比特幣回調至2萬美元的水平。他指出，即使這種前景依然存在，但這種可能性正在減少。(U.Today)[2021/1/7 16:40:16]

上述狀態信息列表中的最后一項——共識機制相關數據——在設計上已經精心限制了其規模，因此我們不太需要為此困擾。但前面三項，就令人頭大了。這三類狀態信息的規模會隨著時間推移而不斷增大，因為不斷會有新用戶加入網絡，他們會創建新的賬戶、新的合約，還會加入合約、收到token什么的。

難辦的是，許多狀態用過之后就會靜靜地躺在那里；一旦某個用戶停用某個應用之后，就會產生一些“垃圾狀態”——不會再派上用場，但會永遠存在那里。

觀點：YFII等去中心化產品的優勢在于沒有準入許可和隱私危機:Primitive Ventures創始合伙人萬卉（Dovey Wan）在微博表示，二姨夫是一個狹義定義上的基于智能合約的去中心化被動投資平臺，二姨夫這類產品的優勢在于：

1. 透明和無第三方資金托管，可以在鏈上清晰看到每一步的錢都是怎么用的，隨時贖回。08年的金融危機和前兩年各種P2P暴雷，就是因為中心化金融產品是一個黑盒。

2. 沒有準入許可，沒有隱私危機。中心化金融的準入許可和手續繁多，并且有極高的隱私維護成本。并且中心化金融就是利用手里的用戶隱私數據做了很多定價上的操作，我們常說的價格歧視，這個價格歧視可能是因為信用差距，也可能是因為其他的差異。去中心化相當于讓每筆錢都在同一個平臺上，每個地址都是平等的 ，每筆錢和每筆錢享受一樣的服務。

3. 現在無法自動化的瓶頸是無法做鏈上的合約審計，保證合約安全是可以去做合約交互的第一步。Formal Verification等常用的合約審計手段暫時還無法上鏈，而且邏輯漏洞很多時候也只能靠人腦，等AI編程成熟，外加基礎鏈的性能大幅度提高，預言機升級多N個版本。可能鏈上合約審計才有可能實現..[2020/8/26]

理論上，用戶可以做到“垃圾不落地”。用戶可以僅發布帶有SELFDESTRUCT條件的合約，等他們再也用不上這個合約的時候，就調用這個操作碼移除這個合約、清空其token余額；他們還可以使用智能合約錢包，通過一個已有的外部持有賬戶來發送交易，而無需生成一個新的EOA。

觀點：60%到70%的礦工或已在2020年前放棄螞蟻礦機S9:數據顯示比特幣挖礦難度可能在下一次上調超過5%。此前受新冠病疫情影響的中國主要礦機制造商比特大陸、微比特和嘉楠耘智最近逐漸恢復業務。這意味著礦工們將逐步接收期待已久的新礦機并進行部署，以填補一些搶先賣掉舊礦機的礦工留下的缺口，如螞蟻礦機S9。為北美礦工提供服務的Blockware Solution首席執行官Matt D'Souza表示，“礦工們已經賣掉S9或者升級了下一代設備的電力基礎設施……可能60%到70%的礦工在2020年之前就放棄了S9。”一旦部署，這些新礦機通常提供舊礦機（如Antminer S9）兩倍的算力，可以提高總體網絡算力，這與挖礦難度正相關。此外，多位業內人士表示，盡管有幾家礦場因新冠病關閉，但多數礦場仍未受影響，在過去兩個月繼續運營。比特幣最大礦池之一幣印礦池（Poolin）首席運營官朱砝表示，“在疫情爆發期間關閉的工廠很少。我還沒有聽說過有任何一家礦場因新冠病而關閉，或者說這件事還沒有塵埃落定。”據悉，主要制造商最近已發布新設備，如比特大陸AntMiner S19系列礦機和微比特WhatsMiner M30系列礦機。（The Block）[2020/3/6]

但是在實踐中，這樣的激勵非常少，而適當的狀態清理的技術復雜性又太大了。在許多合約中，給任何人賦予這樣調用SELFDESTRUCT的權限都是不合適的，而且，也會給用戶體驗和代碼上也會增加很多復雜性。實際上，由于SELFDESTRUCT用處極其有限而副作用極大，我更傾向于永遠移除這個操作碼。如果我們真想控制狀態數據的規模，我需要的是一個網絡中的節點可以默認丟棄不再被使用的“垃圾狀態”的方法。

聲音 | 觀點：區塊鏈和實體經濟的結合，在金融領域會發揮更大的作用:11月11日，由首爾經濟TV主辦，SENbit、Decenter承辦的2019全球區塊鏈產業峰會在首爾洲際格蘭酒店舉辦。在主題為“區塊鏈應用-實體經濟與通證經濟的聯系”的圓桌討論上，Block Crafters Capital創始人Suyong Park表示，區塊鏈和實體經濟的結合，在金融領域會發揮更大的作用，在明年或者后年會以比較快的速度發展。實體經濟和通證經濟的優勢是以更透明的方式進行行業拓展。嘉楠區塊鏈CEO邵建良也表示，區塊鏈在支付、證券、供應鏈金融、傳統金融的信貸領域都會有所應用，最重要一點是能夠實現全球標準統一，比如運用比特幣等，對當今行業會產生非常大的影響。[2019/11/11]

無狀態客戶端

這個問題的一類解決方案基于“無狀態客戶端”的觀念。基本原理是，讓區塊驗證不再以持有全局狀態為前提。相反，區塊會自帶證據”），證明其所訪問狀態的值。就跟現在的設計一樣，區塊內會包含一個“狀態根”，所訪問的值可以對應著狀態根得到證明。以太坊現在的狀態樹方案支持這樣的證明技術，像二進制樹或者VerkleTrie這樣更高效的方案也可以。見證數據也會證明處理完該塊后新狀態根的正確性。

無狀態性有兩種形式：

弱無狀態性：出塊者仍然需要完整的狀態，以為區塊生成見證數據；但驗證區塊的階段可以是無狀態的；

強無狀態性：沒有任何節點需要完整的轉臺。反過來，是交易發送者需要提供見證數據，而出塊者可以聚合這些數據。交易發送者自己負責存儲為所關切的賬戶生成見證數據所需的部分狀態樹。

強無狀態性是一個非常“優雅”的解決方案，因為它把責任完全轉移給了用戶，雖然為了保證實踐中的良好用戶體驗，我們需要創造某些類型的協議來幫助不運行個人節點的用戶維護狀態、并處理用戶需要與意料之外的賬戶交互的情形。打造這樣的協議非常難。

此外，所有類型的無狀態性都提高了網絡所需的數據帶寬；而強無狀態性還需要交易聲明其所交互的賬戶及存儲項的鍵。

一個更溫和的解決方案：狀態過期

更溫和的解決方案可以歸結為不同形式的“狀態過期”方案。必須持續得到訪問的狀態才能保持“激活狀態”；而長期無人問津的狀態會變成“失活”。具體用什么機制來更新狀態，有很多選擇，但一般原則是，除非某個狀態對象被顯式地更新，否則就以某種形式處于失活狀態。因此，任何創建新狀態對象的活動，都只能成為節點在一段時間內的負擔，而不像現在這樣變成永久負擔。

失活狀態，故名思義，就不是“狀態”的一部分；想要處理區塊或創建區塊的節點無需存儲失活狀態。不過，失活狀態不是被完全刪除了！在所有類型的狀態過期提案中，都預設了某種方法可以“復活”已經失活的狀態。

一般原則是，激活狀態的使用與當前相同，而失活狀態則需通過上述無狀態客戶端的機制來使用。復活一個過期狀態對象的事務需要提供一個證據，來證明該對象是失活狀態的一部分。為了能夠生成這樣的證據，用戶自己需要存儲和維護至少一部分失活狀態。

何時過期

決定過期條件的設計也有很多種。最常見的幾種是：

直接租金：逐塊逐塊收取“租金”，直接以每個賬戶的余額來支付；狀態對象的余額降到了零，該賬戶就過期了。

剩余存活時間值：每個狀態對象都存儲一個”剩余存活時間“值，這個值可以通過支付費用來增加

觸達即刷新：每個狀態對象都存儲一個”剩余存活時間“值，并且每逢讀取或寫入該賬戶都會增加該值

所有狀態對象定期過期：也就是ReGenesis提案

我自己越來越喜歡”觸達即刷新“方案，因為它避免了應用需要創造復雜的經濟模型來讓用戶承擔狀態租金；以及它保證了激活狀態的規模有一個清晰的上限。讓大量狀態按照規律的時間間隔過期的方案也有同樣的好處，但也有一些有趣的權衡：關鍵好處是，過期方案更簡單，但關鍵不足是，跨過一個過期時點后，你再激活自己的狀態對象時，需要多少見證數據會跟你觸達狀態對象的時間點有關。

賬戶層面的過期vs.存儲槽層面的過期

狀態過期的邏輯既可以運營到賬戶層面，也可以運用到單個存儲槽層面。當前，我強烈偏向于在存儲槽層面實現狀態過期方案。因為很多合約賬戶的存儲槽數量是不受限制的，任意用戶都能加入合約并增加合約名下的存儲槽的數量。不管使用什么樣的賬戶層過期方案，想要實際限制狀態的規模，租金的數量都必須與合約內存儲槽的數量成比例。結果是，用戶還是能夠僅支付一次性的費用就給合約及其用戶施加永久的持續性成本。

要解決這個問題，合約要么加入復雜的內部邏輯，將存儲操的租金“轉嫁”給用戶，要么重新設計自己合約的模式，轉向使用CREATE2操作碼創建新的合約并使用這些合約來充當存儲槽。不管是哪種辦法，最后都會變成等價于存儲槽層面的過期方案。因此，我個人認為，我們應該僅在合約存儲槽層面實現狀態過期方案。

但是，存儲槽層面的過期方案也有自己的缺點：每個存儲槽都要增加一個元數據，指明它何時過期，這也意味著“復活沖突問題”不僅會影響賬戶，也會影響存儲槽。

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