BSP:以太坊階段式同步：重構完全同步模式（Full Sync）_以太坊

階段式同步（staged sync）重構自 Go-Ethereum 的完全同步模式（full sync），以實現更好的性能。

階段式同步需要進行大量讀寫操作。雖然我們的目標是能夠在機械硬盤上同步節點，但是我們仍建議使用固態硬盤。

顧名思義，階段式同步需要依次執行 10 個階段。

Turbo-Geth 客戶端會向每個對等節點了解該節點的 HEAD 區塊（即最新區塊），然后依次執行每個階段、尋找本地 HEAD 區塊和對等節點的 HEAD 區塊之間缺失的區塊。

第一個階段（下載區塊頭）會設置本地 HEAD 區塊。

各階段會按順序執行。在每個階段執行期間，只有節點本地的狀態達到目標狀態，該階段才會結束。

也就是說，在理想情況下（沒有出現網絡中斷、應用沒有重啟等問題），每個階段只需執行一次，即可完成初始同步。

最后一階段結束后，整個同步流程會重新開始，尋找新的區塊頭下載。

以太坊L2網絡Optimism總鎖倉量為6.61億美元:金色財經消息，L2BEAT數據顯示，截至4月30日，以太坊Layer2Optimism總鎖倉量為6.61億美元，7天增長1.22%。此前報道，4月27日，Optimism將發行代幣OP并公布代幣經濟學，19%的初始供應量用于空投。[2022/5/1 2:43:01]

如果你在兩個階段之間重啟應用，應用會從第一階段開始重啟。

如果你在某個階段執行期間重啟應用，應用會從當前階段開始重啟，以完成該階段。

通過下方的餅狀圖，我們可以看出每個階段的耗時占比（這些都是從完全同步中得出的數據）。雖然這些數據并不精確，但是足以作為參考。

如果區塊鏈發生重組，我們需要“回退”部分同步數據。

回退指的是從最后一個階段倒退回第一個階段。但是，需要注意的一點是，我們執行完回退之后才會更新交易池，因此我們知道新的 nonce 。

以太坊2.0客戶端Lighthouse產生其第一筆Eth1和Eth2合并交易:官方消息，以太坊2.0客戶端Lighthouse開發團隊Sigma?Prime表示，Lighthouse產生了該客戶端第一筆Eth1和Eth2合并交易，且此次ETH交易僅使用了PoS驗證節點，以太坊邁向能耗下降99.98%的一步。Sigma?Prime補充表示，這并不意味著我們已經準備好進行生產。這是一個原型，仍然有很多問題需要解答和許多工作要做。但這是Eth1和Eth2開發人員正在積極合作進行合并的信號。[2021/3/25 19:17:02]

回退的階段順序如下例所示（從右往左依次發生）。

state.unwindOrder = []*Stage{

   // Unwinding of tx pool (reinjecting transactions into the pool needs to happen after unwinding execution)

以太坊DeFi借貸協議24小時清算量超3500萬美元 創近三個月新高:據DeBank數據顯示，近24小時以太坊上借貸協議的清算量達到3512萬美元，創去年11月以來新高，其中Compound上的清算量達到1852萬美元，排名首位，當前以太坊上借貸協議總借款額為97.63億美元[2021/2/23 17:43:58]

   stages, stages, stages, stages, stages, stages, stages, stages, stages, stages,

 }

通過 ETL 進行預處理

在將數據插入數據庫之前，一些階段會使用我們的 ETL 框架根據鍵值對數據進行排序。

這樣就可以極大減少數據庫寫入放大（write amplification）的情況。

因此，當我們生成索引或者說哈希值化狀態（Hashed State）時，我們會執行一個多步驟流程。

火幣礦池CEO曹飛：會針對以太坊轉POS做若干動作:火幣礦池CEO曹飛今日在媒體直播時表示，以太坊轉POS之后對行業影響比較大。以太坊未來也會鼓勵有節點加入，包括讓更多持幣人參與，這也符合Staking挖礦的特點。火幣礦池從第二季度開始，會做一些以太坊轉POS的相關活動，也可能會根據以太坊的特點，開發一些工具，讓更多用戶參與進來。[2020/3/5]

將處理過的數據寫入位于數據目錄的幾個臨時文件中；

然后使用一個堆棧（heap）把臨時文件中的數據插入到數據庫中，并且使按照能夠最小化數據庫寫入放大現象的順序插入數據。

這種優化有時會將寫入速度提高幾個數量級。

每個階段都包含兩個函數，分別是向前推進階段的ExecFunc 和向后回退階段的 UnwindFunc。

從理論上來說，部分階段可以離線工作，但是當前版本并未實現這一功能。

階段 1 ：下載區塊頭

動態 | 以太坊Dapp每日用戶基數增長了118％ 交易額增長了166％:近日Dapp市場數據和分發平臺DappRadar發布2019年度Dapp行業報告，其中主要提到以太坊仍然是最重要的智能合約平臺。在2019年間以太坊Dapp生態中的每日用戶基數增長了118％，每日交易額增長了166％。此外，報告中特別指出以太坊也是迄今為止唯一成功在四個主要類別（DeFi、交易所、區塊鏈游戲，競猜等高風險類）中開發各類Dapp的區塊鏈。EIDOS Token引起的擁塞嚴重影響了EOS區塊鏈上Dapp的性能，導致EOS上每日用戶活躍度下降了48％。TRON Dapp生態在2019年上半年強勁增長，但下班后有所下降。 總體而言，其用戶基數增長了93％，但仍主要集中在競猜和高風險類別中。[2019/12/19]

在這一階段，我們會下載本地 HEAD 區塊和對等節點的 HEAD 區塊之間的所有區塊頭。

這一階段是 CPU 密集型的，適合使用多核處理器，因為要驗證區塊頭的工作量證明。

由于區塊鏈重組，大多數回退都是在這一階段開始的。

這一階段會推動本地 HEAD 的指針（指向更新的區塊）。

階段 2 ：區塊哈希值

從區塊頭中抽取出一個從區塊哈希值映射成區塊號（blockHash -> blockNumber）的索引表，以支持更快速的查找功能，并讓同步過程對機械硬盤更為友好。

階段 3 ：下載區塊體

在這一階段，我們會將上一階段已下載區塊頭的區塊體也下載下來。

這一階段需要保持良好的聯網連接。絕大多數數據都在這一階段下載。

階段 4 ：復原發送者

這一階段會復原出并存儲每個已下載區塊中的每筆交易的發送者。

這一階段同樣是 CPU 密集型的，適合使用多核處理器。

這一階段不需要聯網。

階段 5 ：執行區塊

在這一階段，我們會執行之前下載的所有區塊中的每一筆交易。

需要注意的一點是，在執行區塊的過程中，我們不會驗證根哈希，甚至不會創建默克爾樹。

這一階段是單線程的，無需聯網，需占用大量磁盤空間。如果區塊執行失敗，可以回退該階段。

階段 6 ：計算狀態根

這一階段會構建默克爾樹，并驗證當前狀態的根哈希。

這一階段也會構建中間哈希值（Intermediate Hashes），并將它們存儲到數據庫中。

如果之前沒有存儲任何中間哈希值（這種情況可能在第一個初始同步期間發生），這一階段會構建出完整的默克爾樹及其根哈希。

如果數據庫中沒有中間哈希值，這一階段就會利用區塊的歷史記錄來弄清楚哪些哈希值已經過時，哪些哈希值是最新的，然后使用最新的哈希值來構建部分默克爾樹，只重構過時的哈希值。

如果根哈希無法匹配，就會向后回退一個區塊。

階段 7 ：生成哈希值化狀態

在執行期間，Turbo-Geth 使用無格式狀態存儲（Plain state storage）。

無格式狀態（Plain State）：在標準狀態（我們稱之為 “哈希值化狀態”）中，賬戶和存儲項的地址是 keccak256(address) ，但是在一般狀態中，二者的地址就是 address 。

盡管如此，為了確保一些 API 能夠正常運作并與其它客戶端保持兼容，我們也會生成哈希值化狀態。

如果哈希值化狀態不是空值，我們會查看歷史記錄變更集（History ChangeSet），并且只更新已更改的項。

這個階段不需要聯網。

階段 8、9、10 ：生成索引

同步期間會生成 3 個索引。

這 3 個索引可能會被禁用，因為所有 API 都不使用它們。

交易查詢索引

該索引表由從交易哈希值到區塊號的映射構成。

賬戶歷史索引

該索引存儲了從賬戶地址到區塊列表（在這些區塊中，該賬戶的狀態有了更改）的映射。

存儲歷史索引

該索引存儲了從存儲項地址到區塊列表（其中，該存儲項在一定程度上有了更改）的映射。

在這一階段，我們會啟動交易池或更新其狀態。例如，如果我們已下載的區塊中包含了某些交易，就把這些交易從交易池中移除。

在回退時，我們會將被回退的區塊中的交易重新添加到交易池中。

原文鏈接:

https://github.com/ledgerwatch/turbo-geth/tree/master/eth/stagedsync

作者: Alex Sharov

翻譯&校對: 閔敏 & 阿劍

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