以太坊的可能未來：The Purge

以太坊面臨的挑戰之一是，默認情況下，任何區塊鏈協議的膨脹和復雜性都會隨着時間的推移而增加。這發生在兩個方面:歷史數據的累積和協議功能的增加。爲了使以太坊能夠長期維持下去,我們需要對這兩種趨勢施加強大的反壓力,隨着時間的推移降低復雜性和膨脹。同時,我們需要保留區塊鏈的持久性這一關鍵屬性。

The Purge的主要目標是:

1. 通過減少或消除每個節點永久存儲所有歷史記錄甚至最終狀態的需要來降低客戶端存儲要求。
2. 通過消除不需要的功能來降低協議復雜性。

History expiry 歷史記錄到期

歷史記錄到期旨在解決節點存儲需求持續增長的問題。目前完全同步的以太坊節點需要約1.1 TB的磁盤空間,且每年還在持續增加數百GB。

歷史記錄到期的基本思路是:每個節點只存儲最近一段時間(如18天)的完整歷史數據,更早的數據則由網路中的節點以分布式方式存儲。這可以通過類似種子網路的方式實現,每個節點只存儲一小部分舊數據。

目前已經開始實施這一思路,如共識區塊只存儲約6個月,blob只存儲約18天。EIP-4444提議爲歷史區塊和收據引入一年的存儲期。長期目標是建立一個統一的存儲期(可能約18天),之後由以太坊節點組成的P2P網路分布式存儲舊數據。

實現歷史記錄到期還需要進一步工作,如構建和集成具體的分布式存儲解決方案、處理古代歷史數據的復制等。主要的權衡在於我們如何努力確保最大的節點集確實存儲了所有數據,以及我們將歷史存儲集成到協議中的深度有多深。

State expiry 狀態到期

狀態到期旨在解決以太坊狀態持續增長的問題。即使消除了存儲歷史記錄的需求,客戶端的狀態存儲需求仍將每年增長約50GB。

狀態到期的關鍵挑戰在於如何在保持EVM兼容性的同時實現狀態對象的自動過期。目前主要有兩類方案:

1. 部分狀態到期:將狀態分成塊,只有最近訪問過的塊才會被存儲。一個具體提案是EIP-7736,它基於Verkle樹的"莖葉"設計,將相鄰的數據存儲在同一個"主幹"下,如果6個月內未被訪問則只存儲32字節的承諾。

2. 基於地址週期的狀態到期:使用一個不斷增長的狀態樹列表,每個時期(如1年)添加一個新的空樹。完整節點只存儲最近的兩棵樹。過期的狀態對象可以通過提供證明來恢復。

這兩種方案都面臨一些挑戰,如激勵設計、地址格式變更等。未來可能的道路包括:只做無狀態化不做狀態到期、進行部分狀態到期、通過地址空間擴展或收縮來進行狀態到期。需要權衡協議簡化與向後兼容性。

Feature cleanup 特徵清理

特徵清理旨在通過刪除不必要的功能來降低協議的復雜性。一些主要的清理機會包括:

• 將RLP編碼轉換爲SSZ
• 刪除舊的交易類型
• 改革LOG機制
• 刪除信標鏈同步委員會機制
• 統一數據格式
• 刪除信標鏈委員會
• 去除混合字節序
• 簡化gas機制
• 刪除不常用的預編譯
• 使gas不可觀察
• 改進靜態分析

進行這些清理需要在簡化程度和向後兼容性之間權衡。需要建立一個標準化流程來進行非緊急的向後不兼容更改。EVM對象格式(EOF)提案引入了一系列改變,但也增加了復雜性,需要權衡。

一個更激進的簡化策略是將協議的大部分內容轉化爲合約代碼,如將EVM變成一個匯總,或用新的VM替換EVM。這可以大幅簡化核心協議,但實施難度較大。

總的來說,The Purge旨在通過歷史記錄到期、狀態到期和特徵清理來降低以太坊的復雜性和存儲需求,以確保其長期可持續性。這需要在簡化與兼容性之間進行權衡,並建立一個長期的、有序的流程來實施這些改變。