VER: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_HTT

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。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。

V神發布旨在解決“大區塊鏈”中心化和信任問題的路線圖:12月6日，以太坊創始人V神（Vitalik Buterin）發布文章《Endgame（最后階段）》。考慮到一般的“大區塊鏈”，即非常高的區塊頻率、非常大的區塊規模、每秒數千筆交易，但也高度中心化的區塊鏈，V神稱，至少按照其標準，如何才能使這樣的鏈可接受的無需信任和抗審查？文章提出了一個合理的路線圖：1.添加第二層質押，以進行分布式區塊驗證；2.引入欺詐證明或ZK-SNARK，讓用戶直接（且低成本地）檢查區塊有效性；3.引入數據可用性采樣，讓用戶檢查區塊可用性；4.添加二級交易渠道以防止審查。對于以太坊Rollup的未來，V神表示，沒有任何一個Rollup能成功地與大多數以太坊活動保持一致。相反，它們都以每秒幾百筆交易的速度達到極限。我們得到一個以太坊的多Rollup的未來，即Cosmos的多鏈愿景，但是在一個提供數據可用性和共享安全性的基礎層之上，用戶可以依靠跨Rollup橋接在不同Rollup之間切換，而不需要支付主鏈上的高額費用。這一切可能需要數年時間才能實現。人們需要數年的改進和審計才能完全放心地將其資產存儲在運行完整EVM的ZK-Rollup中，跨域MEV研究也仍處于起步階段。但是，可擴展區塊鏈的現實而光明的未來可能會出現，這一點看起來越來越清晰。[2021/12/7 12:55:20]

相關鏈接：狀態到期和無狀態思想的發展歷史

V神發文探討代幣投票治理利弊，并提出替代解決方案:V神發文稱，去中心化治理是必要的，但目前形式的代幣投票治理存在許多公認和未公認的危險，因此擴大或超越代幣投票是解決方案的關鍵部分。關于代幣投票，V神稱主要擔心兩種類型的問題：1.不平等和激勵失調（即使在沒有攻擊者的情況下）；2.通過各種形式的（通常是模糊的）買票形成直接攻擊。第一種問題具體包括：

- 小群體的富有參與者（鯨魚）比大群體的小型持有者更善于成功地執行決策；

- 代幣投票治理以犧牲社區的其他部分為代價，賦予持有者和權力和利益；

- 利益沖突問題。

V神就此給出以下解決方案：

解決方案1：有限治理

- 僅對應用程序使用鏈上治理，而不是基礎層；

- 將治理限制為固定的參數選擇；

- 添加時間延遲；

- 對于分叉更加友好。

解決方案2：非代幣驅動的治理

- 人格證明系統：該系統可驗證帳戶對應于唯一個人，因此治理可以分配給每人一票。可以還可查看正在開發的一些技術，ProofOfHumanity和BrightID是實現這一功能的兩種嘗試。

- 參與證明系統：該系統可證明帳戶對應于參與過某事件、通過了某些教育培訓或在生態系統中執行過一些有用工作的人。

解決方案3：風險共擔

通過改變投票規則來打破公地悲劇。代幣投票失敗的原因是，雖然選民需要對他們的決定承擔集體責任，但每個選民并不需要單獨承擔責任。所以V神提議創造一種投票系統來改變這種動態，讓選民們獨立而不是集體地為他們的決定負責。

其他方案：各種混合形式的futarchy治理、時間延遲加上選舉專家治理、松耦合（咨詢）代幣投票等。

V神總結道，目前的代幣投票形式是“safe defaults”，在更大的經濟壓力、更成熟的生態系統和金融市場條件下，它們的功能仍有很多有待觀察的地方，現在是開始同時試驗替代方案的時候了。[2021/8/16 22:17:20]

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

V神發布倫敦升級后鏈容量增加約9%的三個原因:V神（Vitalik Buterin）發文《鏈容量為什么在倫敦升級之后增加了約9%？》。V神表示有3個原因：

1. 冰河時代延遲

當倫敦分叉開始時，冰河時代才剛剛開始生效。倫敦之前的平均區塊時間約為13.5秒，倫敦之后的平均區塊時間回落到其長期正常水平約13.1秒。這是區塊速度約3%的差異，這解釋了鏈上gas使用量增加9%中的3%。

2. 目標值1500萬與最大1500萬

在倫敦升級之前，區塊最低gas使用量為1500萬，并非所有區塊都使用了整個1500萬，即使是功能最完善的區塊生產者也會留下0-20999未使用的gas，因為剩余空間太少，無法容納單筆交易，除此之外，總會有偶爾的區塊生產者制造空塊。4月份的一項分析表明，大約2%的區塊是空的。假設在倫敦之前有大約2-3%的未使用空間。然而，在倫敦之后，1500萬不是最大值，而是目標值。這意味著，如果使用的平均gas（包括空塊）低于1500萬，則基本費用將減少，直到平均值回到1500萬。所以這又占了大約2-3%。

3. basefee調整中的數學缺陷

EIP1559公式在目標為50%時并不完美。從最近觀察到的時間跨度中獲取數據，51.5%是完整區塊（full block）（因此，比預期的50%高約3%）。[2021/8/15 22:15:37]

回顧：狀態到期是如何工作的？

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]

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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