以太坊的可能未来：The Purge

自10月14日起，以太坊创始人Vitalik Buterin陆续发布了对以太坊未来发展的一系列讨论文章,从《The Merge》到最新的《The Purge》,展现了他对以太坊主网未来发展的构想和解决当前问题的方案。

《The Purge》文章探讨了以太坊如何在长期内降低复杂性和存储需求,同时保持链的持久性和去中心化。主要措施包括通过"历史过期"和"状态过期"减少客户端存储负担,并通过"特征清理"简化协议,以确保网络的可持续性和可扩展性。

History expiry 历史记录到期

解决什么问题?

目前完整同步的以太坊节点需要约1.1TB磁盘空间用于执行客户端,另外还需数百GB用于共识客户端。绝大部分是历史数据,即使Gas限制不变,节点大小每年也会增加数百GB。

它是什么,如何工作?

历史存储的一个关键特征是,对当前达成共识就足以对历史达成共识。这为存储历史记录提供了多种选择,如每个节点只存储部分数据的网络。

以太坊已经开始摆脱所有节点永久存储所有历史的模式。共识区块只存储约6个月,Blob只存储约18天。EIP-4444旨在为历史区块和收据引入一年的存储期。长期目标是建立约18天的统一存储期,然后建立一个由以太坊节点组成的P2P网络以分布式方式存储旧数据。

Erasure codes可用于提高鲁棒性,同时保持相同的复制因子。最简单的解决方案可能是重用Blob现有的纠删码,并将执行和共识块数据也放入blob中。

还需要做什么,需要权衡什么?

主要工作包括构建和集成一个具体的分布式解决方案来存储历史记录。最简单的方案是引入现有的torrent库或称为Portal网络的以太坊原生解决方案。

主要权衡涉及如何努力提供"古代"历史数据。最简单的方案是立即停止存储古代历史,依赖现有存档节点。更安全但更困难的方案是首先构建并集成torrent网络。

与路线图其他部分的交互

减少历史存储需求对于使节点运行变得极其容易至关重要。只有实现无状态性和EIP-4444,才能实现在智能手表上运行以太坊节点的愿景。

限制历史存储还使得仅支持最新协议版本的新以太坊节点实现更可行,从而简化客户端。

State expiry 状态到期

解决什么问题?

即使消除历史记录存储需求,客户端存储需求仍将每年增加约50GB,因为状态(账户余额、合约代码等)会持续增长。用户可以一次性付费,给现在和未来的客户带来永久负担。

它是什么,如何工作?

状态比历史更难"过期",因为EVM假设状态对象一旦创建就永远存在。目标是让对象随时间自动过期,同时保持效率、用户友好和开发者友好。

主要有两类方案:

1. 部分状态到期:将状态分块,只存储最近访问的数据。EIP-7736提出基于Verkle树的方案,6个月未访问的数据只存32字节存根。

2. 基于地址周期的状态到期:使用不断增长的状态树列表,每年添加新的空树。完整节点只存最近两棵树。过期数据需要提供证明才能读写。

还需要做什么,需要权衡什么?

未来可能的路径包括:

1. 实现无状态,不引入状态到期。状态持续增长但只需特殊用户存储。

2. 实现部分状态到期,接受较低但非零的永久状态增长率。

3. 通过地址空间扩展实现状态到期。需要多年过程确保地址格式转换安全有效。

4. 通过地址空间收缩实现状态到期。需要多年过程确保解决所有安全风险。

无论采用哪种方案,都需要解决地址空间扩展和收缩的难题,因为未来地址冲突攻击将变得更加容易。

Feature cleanup 特征清理

解决什么问题?

协议的简单性是安全性、可访问性和可信中立性的关键。但协议默认会随时间变得更复杂。我们需要能够删除功能并降低复杂性。

它是什么,如何工作?

没有单一的重大修复可以降低协议复杂性,而是需要许多小的解决方案。一些关键示例包括:

• RLP → SSZ转换:用更好的SSZ替换RLP编码
• 删除旧交易类型
• LOG改革:删除未使用的布隆过滤器等功能
• 删除信标链同步委员会机制
• 数据格式统一
• 删除信标链委员会
• 去除混合字节序

EVM中的一些示例:

• Gas机制简化
• 删除预编译
• 去除gas可观察性
• 静态分析改进:删除动态跳转

还需要做什么,需要权衡什么?

主要权衡是简化程度和速度与向后兼容性。需要创建一个标准化流程来进行非紧急的向后兼容性破坏更改,包括分析影响、正式EIP弃用、最终删除等步骤。

EVM对象格式(EOF)提议了一系列EVM更改,目标是允许更多升级。需要权衡增加的复杂性与简化整个EVM的目标。

更激进的方法是将协议大部分内容转化为合约代码,如将EVM变成汇总或用新VM替换EVM。这可以大幅简化协议,但需要权衡兼容性。