以太坊的可能未来：The Purge

以太坊面临的挑战之一是，默认情况下，任何区块链协议的膨胀和复杂性都会随着时间的推移而增加。这发生在两个方面:历史数据的累积和协议功能的增加。为了使以太坊能够长期维持下去,我们需要对这两种趋势施加强大的反压力,随着时间的推移降低复杂性和膨胀。同时,我们需要保留区块链的持久性这一关键属性。

The Purge的主要目标是:

1. 通过减少或消除每个节点永久存储所有历史记录甚至最终状态的需要来降低客户端存储要求。
2. 通过消除不需要的功能来降低协议复杂性。

History expiry 历史记录到期

历史记录到期旨在解决节点存储需求持续增长的问题。目前完全同步的以太坊节点需要约1.1 TB的磁盘空间,且每年还在持续增加数百GB。

历史记录到期的基本思路是:每个节点只存储最近一段时间(如18天)的完整历史数据,更早的数据则由网络中的节点以分布式方式存储。这可以通过类似种子网络的方式实现,每个节点只存储一小部分旧数据。

目前已经开始实施这一思路,如共识区块只存储约6个月,blob只存储约18天。EIP-4444提议为历史区块和收据引入一年的存储期。长期目标是建立一个统一的存储期(可能约18天),之后由以太坊节点组成的P2P网络分布式存储旧数据。

实现历史记录到期还需要进一步工作,如构建和集成具体的分布式存储解决方案、处理古代历史数据的复制等。主要的权衡在于我们如何努力确保最大的节点集确实存储了所有数据,以及我们将历史存储集成到协议中的深度有多深。

State expiry 状态到期

状态到期旨在解决以太坊状态持续增长的问题。即使消除了存储历史记录的需求,客户端的状态存储需求仍将每年增长约50GB。

状态到期的关键挑战在于如何在保持EVM兼容性的同时实现状态对象的自动过期。目前主要有两类方案:

1. 部分状态到期:将状态分成块,只有最近访问过的块才会被存储。一个具体提案是EIP-7736,它基于Verkle树的"茎叶"设计,将相邻的数据存储在同一个"主干"下,如果6个月内未被访问则只存储32字节的承诺。

2. 基于地址周期的状态到期:使用一个不断增长的状态树列表,每个时期(如1年)添加一个新的空树。完整节点只存储最近的两棵树。过期的状态对象可以通过提供证明来恢复。

这两种方案都面临一些挑战,如激励设计、地址格式变更等。未来可能的道路包括:只做无状态化不做状态到期、进行部分状态到期、通过地址空间扩展或收缩来进行状态到期。需要权衡协议简化与向后兼容性。

Feature cleanup 特征清理

特征清理旨在通过删除不必要的功能来降低协议的复杂性。一些主要的清理机会包括:

• 将RLP编码转换为SSZ
• 删除旧的交易类型
• 改革LOG机制
• 删除信标链同步委员会机制
• 统一数据格式
• 删除信标链委员会
• 去除混合字节序
• 简化gas机制
• 删除不常用的预编译
• 使gas不可观察
• 改进静态分析

进行这些清理需要在简化程度和向后兼容性之间权衡。需要建立一个标准化流程来进行非紧急的向后不兼容更改。EVM对象格式(EOF)提案引入了一系列改变,但也增加了复杂性,需要权衡。

一个更激进的简化策略是将协议的大部分内容转化为合约代码,如将EVM变成一个汇总,或用新的VM替换EVM。这可以大幅简化核心协议,但实施难度较大。

总的来说,The Purge旨在通过历史记录到期、状态到期和特征清理来降低以太坊的复杂性和存储需求,以确保其长期可持续性。这需要在简化与兼容性之间进行权衡,并建立一个长期的、有序的流程来实施这些改变。