以太坊的可能未來：The Purge

自10月14日起，以太坊創始人Vitalik Buterin陸續發布了對以太坊未來發展的一系列討論文章,從《The Merge》到最新的《The Purge》,展現了他對以太坊主網未來發展的構想和解決當前問題的方案。

《The Purge》文章探討了以太坊如何在長期內降低復雜性和存儲需求,同時保持鏈的持久性和去中心化。主要措施包括通過"歷史過期"和"狀態過期"減少客戶端存儲負擔,並通過"特徵清理"簡化協議,以確保網路的可持續性和可擴展性。

History expiry 歷史記錄到期

解決什麼問題?

目前完整同步的以太坊節點需要約1.1TB磁盤空間用於執行客戶端,另外還需數百GB用於共識客戶端。絕大部分是歷史數據,即使Gas限制不變,節點大小每年也會增加數百GB。

它是什麼,如何工作?

歷史存儲的一個關鍵特徵是,對當前達成共識就足以對歷史達成共識。這爲存儲歷史記錄提供了多種選擇,如每個節點只存儲部分數據的網路。

以太坊已經開始擺脫所有節點永久存儲所有歷史的模式。共識區塊只存儲約6個月,Blob只存儲約18天。EIP-4444旨在爲歷史區塊和收據引入一年的存儲期。長期目標是建立約18天的統一存儲期,然後建立一個由以太坊節點組成的P2P網路以分布式方式存儲舊數據。

Erasure codes可用於提高魯棒性,同時保持相同的復制因子。最簡單的解決方案可能是重用Blob現有的糾刪碼,並將執行和共識塊數據也放入blob中。

還需要做什麼,需要權衡什麼?

主要工作包括構建和集成一個具體的分布式解決方案來存儲歷史記錄。最簡單的方案是引入現有的torrent庫或稱爲Portal網路的以太坊原生解決方案。

主要權衡涉及如何努力提供"古代"歷史數據。最簡單的方案是立即停止存儲古代歷史,依賴現有存檔節點。更安全但更困難的方案是首先構建並集成torrent網路。

與路線圖其他部分的交互

減少歷史存儲需求對於使節點運行變得極其容易至關重要。只有實現無狀態性和EIP-4444,才能實現在智能手表上運行以太坊節點的願景。

限制歷史存儲還使得僅支持最新協議版本的新以太坊節點實現更可行,從而簡化客戶端。

State expiry 狀態到期

解決什麼問題?

即使消除歷史記錄存儲需求,客戶端存儲需求仍將每年增加約50GB,因爲狀態(帳戶餘額、合約代碼等)會持續增長。用戶可以一次性付費,給現在和未來的客戶帶來永久負擔。

它是什麼,如何工作?

狀態比歷史更難"過期",因爲EVM假設狀態對象一旦創建就永遠存在。目標是讓對象隨時間自動過期,同時保持效率、用戶友好和開發者友好。

主要有兩類方案:

1. 部分狀態到期:將狀態分塊,只存儲最近訪問的數據。EIP-7736提出基於Verkle樹的方案,6個月未訪問的數據只存32字節存根。

2. 基於地址週期的狀態到期:使用不斷增長的狀態樹列表,每年添加新的空樹。完整節點只存最近兩棵樹。過期數據需要提供證明才能讀寫。

還需要做什麼,需要權衡什麼?

未來可能的路徑包括:

1. 實現無狀態,不引入狀態到期。狀態持續增長但只需特殊用戶存儲。

2. 實現部分狀態到期,接受較低但非零的永久狀態增長率。

3. 通過地址空間擴展實現狀態到期。需要多年過程確保地址格式轉換安全有效。

4. 通過地址空間收縮實現狀態到期。需要多年過程確保解決所有安全風險。

無論採用哪種方案,都需要解決地址空間擴展和收縮的難題,因爲未來地址衝突攻擊將變得更加容易。

Feature cleanup 特徵清理

解決什麼問題?

協議的簡單性是安全性、可訪問性和可信中立性的關鍵。但協議默認會隨時間變得更復雜。我們需要能夠刪除功能並降低復雜性。

它是什麼,如何工作?

沒有單一的重大修復可以降低協議復雜性,而是需要許多小的解決方案。一些關鍵示例包括:

• RLP → SSZ轉換:用更好的SSZ替換RLP編碼
• 刪除舊交易類型
• LOG改革:刪除未使用的布隆過濾器等功能
• 刪除信標鏈同步委員會機制
• 數據格式統一
• 刪除信標鏈委員會
• 去除混合字節序

EVM中的一些示例:

• Gas機制簡化
• 刪除預編譯
• 去除gas可觀察性
• 靜態分析改進:刪除動態跳轉

還需要做什麼,需要權衡什麼?

主要權衡是簡化程度和速度與向後兼容性。需要創建一個標準化流程來進行非緊急的向後兼容性破壞更改,包括分析影響、正式EIP棄用、最終刪除等步驟。

EVM對象格式(EOF)提議了一系列EVM更改,目標是允許更多升級。需要權衡增加的復雜性與簡化整個EVM的目標。

更激進的方法是將協議大部分內容轉化爲合約代碼,如將EVM變成匯總或用新VM替換EVM。這可以大幅簡化協議,但需要權衡兼容性。