保持以太坊可扩展性和可持续性的两种方案：“弱无状态性” 和 “状态保质期”

原标题：《观点 | 一种状况保质期和无状况性的路线图》

以太坊的状况的规划正迅速增长。当时仅存储状况大概是 35 GB，假如加上默克尔证明便是 100 GB 了；而且现在预计每年都要增长这个数字的一半。此外，状况存储也是以太坊经济模型的一个短板：在这个机制中，用户只需付费一次就能够给一致节点施加永久的担负。为了坚持以太坊的可扩展性和可持续性，咱们需求一些解决计划。

有两种路径，而且都已经存在很长时间了：“弱无状况性” 和 “状况保质期”：

• 状况保质期：从状况中移除近期（比方，去年）无人访问的状况目标，并要求在复生状况目标时供给见证数据（witness）。能够将每个节点都需求存储的状况数据削减到扁平的约 20 ～ 50 GB。

• 弱无状况性：仅要求区块提议者存储状况，其他节点都可无状况验证区块。在实践中，需求把状况一致方式（从默克尔树）切换到 “Verkle Tree”，以减缩见证数据的规划。

本文提出了一种多阶段的计划，来一起完成这两种计划。因为，能够证明，这会比按顺序完成这两个（无论什么顺序）容易很多。假如不完成 Verkle 树，状况保质期计划下就需求非常大的见证数据来证明一个旧状况；假如不完成状况保质期，切换到 Verkle 树就需求一个一步到位的切换流程（例如 EIP 2584），这简直跟只完成状况保质期一样杂乱。假如合二为一，一起进行，它们就解决了彼此面对的应战：状况保质期计划包括了每年创立一棵新状况树的机制，因而 Verkle 树能够分阶段逐渐建构，而无需一个一步到位的切换流程，而 Verkle 树也解决了见证数据规划的问题。

链接：“状况保质期” 和 “无状况性” 概念的前史

• 无状况客户端的概念，于 2017 年始发于 ethresear.ch 论坛：https://ethresear.ch/t/the-stateless-client-concept/172（亦可见 EthHub）

• 状况租金（状况保质期的前身），始发于 2015 年：https://github.com/ethereum/EIPs/issues/35

• ReGenesis（Alexey Akhunov 的提议，能够认为是 状况保质期 + 前史过期 的一种方式）：https://medium.com/@mandrigin/regenesis-explained-97540f457807 

• Verkle 树：https://notes.ethereum.org/_N1mutVERDKtqGIEYc-Flw

• （讲演）束缚见证数据的大小：https://www.youtube.com/watch?v=qQpvkxKso2E

• 一种状况规划办理理论（2021 年 2 月）：https://hackmd.io/@vbuterin/state_size_management

• 最小化复生抵触的状况束缚计划：https://ethresear.ch/t/resurrection-conflict-minimized-state-bounding-take-2/8739

• 完成无状况性和状况保质期的路径：https://hackmd.io/@vbuterin/state_expiry_paths

回忆：状况保质期如何作业？

这儿所描绘的是此提案的机制。

核心想法是，每个周期（比方以一年为一个周期）都会有一棵状况树，每逢一个周期开端时，就初始化一棵空状况树，一切的状况更新都写到这颗状况树上。在一个周期内，一切的写入都会发生在最新的状况树上（所以新树和老树可能会存储同样的信息，也可能会发生抵触；那么总是以更新的树为优先）。

- 注意：我之前曾把这个约长一年的状况保质期周期称为 “epoch”，现在都称为 “period”，以免与信标链的术语相混杂 -

两个关键原则是：

• 只能修正最新的那棵树（也即对应于当时周期的树）。一切更老的树都不能再修正；更老的树上的目标只能在更新的树上创立副本，而且这些副本会取代更老的副本。

• 能够预期全节点（包括区块提议者）只会保存最近的两棵树，所以只有最近的两棵树上的目标才能不需求 witness 就能读取。读取更老的目标就需求供给见证数据了。

“见证数据” 便是一个简略的依据，证明某个值（或者某一组值）存在于某棵树的某个方位上，而且验证的一方只需具有树根即可。举个比如，能够制造 一个 witness 来证明账户 0x124f...89ab 的存储空档 123 处在某时的状况下，包括的值为 50；任何人都只需求这棵状况树的根值就能够验证这个依据。

状况保质期产生了一种混合的状况机制：一致节点需求保存最近被人访问和修正过的状况，但能够运用基于见证音讯的无状况客户端方法来验证更老的状况。也便是说，也能够维护一个 “归档节点”，存储一切前史状况树，或者 一个完全无状况的节点，运用见证数据来验证哪怕是最新的状况。不过，gas 消耗量的结构和默许的网络格式，都要环绕 “节点会存储最近的两棵状况树” 来开发。

路线图

迁移将按阶段来完成：

• 周期 1 硬分叉：需求一个硬分叉来敞开第一个周期（此前的则都算是第 0 个周期）。分叉之后，就会出现两棵状况树：十六叉的帕特里夏树（已冻住，不可再修改）以及一棵新的 Verkle 树（包括一切新的状况 修改/添加，还有旧状况的副本）

• EIP 草案：https://notes.ethereum.org/@vbuterin/verkle_tree_eip

• 地址扩张周期：地址从 20 字节扩充到 32 字节，而新地址的格式包括一个 “地址周期” 的概念（曾用名 “地址空间（address space）”）。这样新合约就能够无需供给见证数据而直接写入新的存储空档。这一步什么时候做都能够，只需求在最终状况保质期转型完成之前就能够了，在周期 1 分叉之前或之后都能够。

• VB 的计划 ：https://ethereum-magicians.org/t/increasing-address-size-from-20-to-32-bytes/5485

• Ipsilon 团队的计划：https://notes.ethereum.org/@ipsilon/address-space-extension-exploration

• 周期 2 硬分叉：需求一个硬分叉来敞开周期 2，并安排未来周期的时点。周期 0 的十六叉的帕特里夏树将被一棵 Verkle 树替换，客户端仅存储其状况根。从这时开端，周期 0 的状况将需求见证数据来访问。而且，状况保质期计划也算是完整完成了。

• EIP 草案：https://notes.ethereum.org/@vbuterin/state_expiry_eip

（完）

原文链接:

https://notes.ethereum.org/@vbuterin/verkle_and_state_expiry_proposal

视野开拓

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