以太坊日益严重的状态问题正接近临界点

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以太坊悄然积累了一个问题,这个问题不会体现在 gas 费用或交易速度图表中,但却威胁着网络的长期健康。这个问题被称为状态膨胀。以太坊基金会的无状态共识研究人员现在发出明确警告:以太坊不断增长的状态变得越来越难以存储、难以维护,也越来越难以去中心化。

在最近的一份提案中,该团队阐述了为什么这个问题很重要,扩展性的改进是如何无意中使情况变得更糟的,并提出了三个具体的途径,可以防止节点操作变成只有最大的基础设施提供商才能从事的精英活动。

以太坊的“状态”究竟是什么意思?

以太坊状态:图片来源:以太坊基金会

以太坊的状态是网络当前所知一切信息的总和,包括账户余额、智能合约存储以及运行去中心化应用程序的字节码。它是区块链的实时记忆。

这种状态支撑着一个价值数十亿美元的生态系统,并协调着DeFi、NFT、游戏和企业应用等数千个应用程序。问题很简单,但却十分严重:这种状态只会不断增长,没有任何内容会被移除。

随着越来越多的应用程序部署合约,越来越多的用户与合约交互,合约状态会永久扩展。每个完整节点都必须存储和提供这些数据,即使其中很大一部分数据永远不会再被使用。

为什么以太坊状态膨胀威胁去中心化

运行一个完整的以太坊节点成本已经很高。存储需求不断增长,同步时间不断延长,随着链龄增长,数据服务也变得越来越脆弱。据以太坊基金会称,如果状态变得过大或过于复杂而无法提供服务,整个技术栈就会变得更加中心化和脆弱。

近期的扩容升级无意中加速了这一趋势。Layer 2 扩展、EIP-4844 proto-danksharding 以及更高的 gas 上限都使得以太坊上的活动更加活跃。活动增多意味着合约增多、存储写入增多以及状态增长速度加快。

这种担忧并非理论上的。研究人员正在积极进行压力测试,以了解状态大小何时会成为瓶颈,节点何时难以与链头保持同步,以及客户端实现何时会在极端存储压力下开始失效。

如果只有少数资金雄厚的运营商能够负担得起运行完整节点,以太坊的抗审查性和中立性就会开始减弱。

无状态验证解决了一个问题,却又带来了另一个问题。

以太坊的长期发展路线图包含无状态化,即验证者无需存储完整状态即可验证区块。这将显著降低验证者的负担,并有望实现更高的吞吐量。

但这引出了一个新问题:如果验证者不存储状态,那么谁来存储状态呢?

在无状态架构中,大部分历史状态和活跃状态可能由区块构建器、RPC 提供商、MEV 搜索器和区块浏览器等专业运营商持有。这种集中化带来了新的风险,例如审查、系统故障期间的可用性以及在监管或外部压力下的恢复能力。

无状态共识团队非常清楚其中的权衡取舍。无状态验证提高了可扩展性,但如果没有精心设计,它可能会将以太坊推向基础设施中心化。

解决州政府臃肿问题的三种拟议途径

为了解决这个问题,以太坊基金会的研究人员概述了三种互补的方法,每种方法都从不同的角度解决状态增长问题。

状态到期

State Expiry 专注于从活跃状态中移除不活跃的数据。团队估计,以太坊大约 80% 的状态数据一年多来都没有被修改过,但每个节点仍然需要存储这些数据。

在这种模型下,不活跃的数据会从活跃集中移除,但之后可以使用加密证明恢复。目前正在探索两种变体。一种变体标记并移除不常用的条目,并提供稍后恢复的选项。另一种变体将数据分组到不同的时代,冻结较早时代的数据,同时保持近期数据处于活跃状态。

目标很简单:停止强迫每个节点承载无人使用的数据。

州档案馆

州档案馆将热门数据与冷门数据分开存储。频繁访问的数据保持快速且容量有限,而较旧的数据则保存在档案库中,以供历史验证。

这种方法能够使节点性能在一段时间内保持相对稳定,而不是随着链的增长而下降。即使总状态数持续增长,大多数节点的运维负担也能保持在可控范围内。

它还明确了性能优化节点和历史及研究优化节点之间的角色。

部分无国籍状态

部分无状态性允许节点仅存储状态的子集,而非全部。钱包和轻客户端会缓存它们所依赖的数据,从而减少对中心化 RPC 提供商的依赖。

该模式降低了存储成本,扩大了参与范围,使个人和小型运营商更容易运行节点,而无需进行大量的硬件投资。

三种方法的共同目标是减少状态作为性能瓶颈,降低持有状态的成本,并使其更容易被服务。

以太坊基金会的下一步计划

基金会优先考虑那些既能立即带来实际效益,又能与未来更宏大的协议变更兼容的解决方案。目前的重点领域包括改进归档节点工具、加强 RPC 基础设施以及简化部分无状态节点的运行。

这些举措都着眼于实际应用。团队强调,之所以选择这些举措,是因为它们能够立即发挥作用,并且与以太坊的长期发展路线图向前兼容。

开发者、节点运维人员和基础设施团队受邀参与测试和讨论。研究人员明确表示,这并非基金会能够独自解决的问题。

这只是一份提案,并非最终决定。

基金会特别强调,这项工作仅代表一项提案,而非统一的组织立场。以太坊协议的开发融合了各种不同的观点,目前尚未确定最终方案。

这种开放性与以太坊基金会近期致力于更清晰地沟通长期协议发展方向的努力相一致。除了状态管理研究之外,以太坊还在开发互操作层,以使二层网络感觉像一条单一的链;同时,以太坊也在推行领导层和研发方面的变革,调整其资金管理策略,并与Fusaka合作,将硬分叉周期改为每年两次。

从长远来看,这为什么重要?

以太坊状态膨胀虽然不是什么引人注目的问题,但它却是以太坊去中心化承诺的核心所在。如果运行节点的成本或复杂度过高,即使吞吐量和可用性有所提高,网络也存在基础设施集中化的风险。

以太坊基金会的讯息很明确:仅仅扩展区块链而不提升其安全存储和提供数据的能力是不够的。以太坊未来几年如何管理其状态,将决定谁可以参与其中、谁控制基础设施,以及网络在压力下能否保持韧性。

这场争论才刚刚开始,而在这里做出的选择的影响将远远超出下一次升级周期。

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