V神發布以太坊狀態到期和無狀態路線圖，同步實施以解決狀態暴增問題_ERK:Meta Meerkat

原作者：VitalikButerin，《狀態到期和無狀態路線圖》

以太坊的狀態規模正在迅速增長。目前僅狀態大小大約有35GB，如果包括所有Merkle證明在內，則超過100GB，并且每年大約增加一半。狀態存儲也是以太坊經濟學的一個弱點：它也是唯一一種機制，使得參與者支付一次就可變成節點永遠的負擔。為了保持以太坊的可擴展性和可持續性，我們需要一些解決方案。

有兩種途徑的解決方案，并且已經存在很長時間：弱無狀態和狀態到期：

狀態到期：從狀態中移除最近沒有被訪問過的狀態，并需要見證人才能恢復過期狀態。這會將每個人需要存儲的狀態減少到大約20-50GB。

弱無狀態：只需要區塊提議者存儲狀態，并允許所有其他節點無狀態地驗證區塊。在實踐中實現這一點需要切換到Verkle樹以減少見證人的規模。

V神發布新版以太坊發展路線圖:11月5日消息，以太坊聯合創始人Vitalik Buterin在社交媒體發布新版以太坊發展路線圖，其中主要變化包括：1、合并已經完成，不僅僅是關于“verkle trees”，也關于“驗證”，結論是“完全SNARK”的以太坊；2、新增“The Scourge”，確保可以和公平可信的中立交易、解決MEV問題；3、作為第2階段合并程碑的單時隙確定性（single-slot finality）。[2022/11/5 12:19:55]

本文檔描述了同時實施這兩個想法的多階段提案。事實證明，這比先后連續執行這兩個解決方案要容易得多。沒有Verkle樹的狀態到期需要非常大的見證大小來證明舊狀態，而切換到沒有狀態到期的Verkle樹需要就地轉換程序，這幾乎與僅實現狀態到期一樣復雜。然而，如果同時進行，這兩項改革解決了彼此面對的挑戰：狀態到期涉及每年創建一個新的狀態樹，允許Verkle樹隨著時間的推移逐步引入而無需就地轉換，而Verkle樹解決了見證人規模的問題。

以太坊創始人V神發布關于“單槽終結路徑”的研究文章:金色財經報道，1月25日，以太坊創始人Vitalik發布了關于“單槽終結路徑”的研究文章，文章表示，由很多論據推論，盡管以太坊現在有超過28w個驗證者，但仍可以將以太坊最終確認時間減小至單個Slot時間。

實現“單槽終結”可以提升用戶體驗，減少以MEV為目的的重組鏈并減少協議復雜性和錯誤幾率。但這是一個是長遠的計劃，其順序會排在PoS、分片、Verkle樹之后。目前，實現這一目標主要思路有：

1.通過超級委員會實現，即通過至少數百名的超級委員會驗證者完成共識中單個slot內的驗證工作。

2.讓如今的巨量的驗證者更快更高效的發揮作用，即讓聚合簽名過程更高效。

此外，對于“單槽終結”實施有具體如下4點要求。

1.加緊優化簽名聚合工作；2.確定超級委員會規模；3.研究、達成一致并指定一個理想的共識和分叉機制選擇；4.同意并在實施路徑上執行這些。[2022/1/25 9:11:04]

相關鏈接：狀態到期和無狀態思想的發展歷史

V神發推為信標鏈慶生，并發布更新版路線圖:12月3日消息，V神發推為信標鏈慶生，并發布更新后的路線圖，新版路線圖“展示了以太坊協議開發的現狀以及未來發展的順序。”

V神表示：“我敢肯定，像所有的圖表一樣，這張表也遺漏了很多東西，但是它也涵蓋了很多重要的東西!”[2021/12/3 12:47:36]

無狀態客戶端概念，最初的ethresear.ch帖子：https://ethresear.ch/t/the-stateless-client-concept/172?

狀態租金，2015年原始提案：https://github.com/ethereum/EIPs/issues/35?

ReGenesis：https://medium.com/@mandrigin/regenesis-explained-97540f457807?

V神發布針對信標鏈的終結性模型替代設計構想:金色財經報道，以太坊聯合創始人V神在Ethresearch論壇中發表針對信標鏈的替代設計方案《一個基于累積委員會的終局性模型》，他認為信標鏈從長期來看可以切換到這個方案，以取代此前計劃切換的CasperCBC方案。他表示該方案的核心屬性包括：可以在通常情況下提供單時隙（slot）的經濟終局性；即使發生了單時隙（slot）的重組（reorg），對于串通的多數人來說，執行也要昂貴的多，從而減少共識可提取價值CEV（consensus-extractablevalue）；擺脫對LMDGHOST分叉選擇的嚴重依賴，避免已知的缺陷，并引入復雜的混合分叉選擇規則來修復這些缺陷；有可能允許較低的存款規模和較高的驗證人數量；保留了經濟終局性可以接近一個非常大的數字（數百萬ETH）。[2021/8/5 1:36:30]

Verkle樹：https://notes.ethereum.org/_N1mutVERDKtqGIEYc-Flw?

V神發布“Verkle樹和狀態到期”詳細計劃，狀態到期用狀態樹列表替換單個狀態樹:V神（Vitalik Buterin）表示，為Verkle樹和狀態到期寫了一些更詳細的計劃（包括原始EIPs）。Verkle樹：在現有的hexary Patricia樹旁引入一個新的Verkle狀態樹。在硬分叉之后，Verkle樹存儲對狀態的所有編輯以及所有訪問狀態的副本，并且hexary Patricia樹不能再修改。這是向以太坊完全依賴Verkle樹來存儲執行狀態多階段過渡的第一步。狀態到期：用狀態樹列表替換單個狀態樹，大約每一年一棵樹。狀態編輯存儲在與當前期間相對應的樹中，并且客戶端不再存儲超過最近兩個期間的樹。使用舊狀態的交易，在最近兩個期間沒有修改，需要提供見證人。[2021/6/18 23:46:59]

關于邊界見證大小的演示：https://www.youtube.com/watch?v=qQpvkxKso2E?

狀態大小管理理論：https://hackmd.io/@vbuterin/state_size_management?

復活沖突最小化狀態邊界：https://ethresear.ch/t/resurrection-conflict-minimized-state-bounding-take-2/8739?

無狀態和狀態到期的一些路徑：https://hackmd.io/@vbuterin/state_expiry_paths

回顧：狀態到期是如何工作的？

這是對此處提議的機制以及本文檔中提議的內容的描述。核心思想是每個時期都會有一個狀態樹，當新時期開始時，會為該時期初始化一個空狀態樹，任何狀態更新都會進入該樹。在一段時間內發生的所有寫入都進入最新的樹。

請注意，這些大約一年的狀態到期時間在歷史上有時被稱為“時期”，但我正在切換到“周期”一詞以避免與信標鏈時期混淆。

保持兩個關鍵原則：

只能修改最近的樹。所有舊樹都不再可修改；舊樹中的對象只能通過在新樹中創建它們的副本來修改，并且這些副本取代了舊副本。

全節點預計只持有最新的兩個樹，因此只有最新的兩個樹中的對象才能在沒有見證人的情況下被讀取。閱讀較舊的樹則需要提供見證人。

“見證”是一個簡短的證明，它證明一個值或一組值位于樹中的某個位置，可以由只有樹根的人進行驗證。例如，可以做一個見證，證明賬戶0x124f...89ab的存儲槽123在某個狀態下包含值50，任何擁有該狀態樹根的人都可以驗證該證明。

狀態到期建立了一種混合狀態機制：共識節點需要存儲最近訪問或修改的狀態，但可以使用基于見證的無狀態客戶端方法來驗證較舊的狀態。也就是說，可以維護一個“歸檔節點”，它甚至可以存儲歷史狀態樹，或者是一個完全無狀態的節點，它使用見證人來驗證甚至最近的狀態。然而，gas成本結構和默認網絡格式是圍繞節點存儲最新的兩個狀態樹的假設構建的。

路線圖

這種轉換路線圖分階段實施。這些階段包括：

周期1硬分叉：我們從周期1開始實施一個硬分叉。在此分叉之后，將有兩個狀態樹：十六進制Patricia樹和一個新的Verkle樹

原始EIP：https://notes.ethereum.org/@vbuterin/verkle_tree_eip

地址周期擴展：地址從20字節擴展到32字節，新的地址格式包括“地址周期”的概念。這允許新合約在不需要提供見證人的情況下填充新的存儲槽。這可以在最終狀態到期轉換之前、周期1硬分叉之前或之后的任何時候完成。

VB的提議：https://ethereum-magicians.org/t/increasing-address-size-from-20-to-32-bytes/5485

Ipsilon團隊提案：https://notes.ethereum.org/@ipsilon/address-space-extension-exploration

周期2硬分叉：我們實施了開始周期2的硬分叉，并安排了未來階段的開始。周期0十六進制Patricia樹被替換為Verkle樹，并且客戶端只存儲根，因此周期0樹中的狀態現在需要見證人來證明。在此之后，狀態到期計劃已全面實施。

原始EIP：https://notes.ethereum.org/@vbuterin/state_expiry_eip

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