观点 | 一种状态保质期和无状态性的路线图

以太坊的状态的规模正迅速增长。当前仅存储状态大概是 35 GB，如果加上默克尔证明就是 100 GB 了；而且现在预计每年都要增长这个数字的一半。此外，状态存储也是以太坊经济模型的一个短板：在这个机制中，用户只需付费一次就可以给共识节点施加永久的负担。为了保持以太坊的可扩展性和可持续性，我们需要一些解决方案。

有两种路径，而且都已经存在很长时间了：“弱无状态性” 和 “状态保质期”：

• 状态保质期：从状态中移除近期（比如，去年）无人访问的状态对象，并要求在复活状态对象时提供见证数据（witness）。可以将每个节点都需要存储的状态数据减少到扁平的约 20 ～ 50 GB。
• 弱无状态性：仅要求区块提议者存储状态，其他节点都可无状态验证区块。在实践中，需要把状态共识形式（从默克尔树）切换到 “Verkle Tree”，以缩减见证数据的规模。

链接：“状态保质期” 和 “无状态性” 概念的历史

• 无状态客户端的概念，于 2017 年始发于 ethresear.ch 论坛：https://ethresear.ch/t/the-stateless-client-concept/172（亦可见 EthHub）（中文译本）
• 状态租金（状态保质期的前身），始发于 2015 年：https://github.com/ethereum/EIPs/issues/35
• ReGenesis（Alexey Akhunov 的提议，可以认为是 状态保质期 ＋ 历史过期 的一种形式）：https://medium.com/＠mandrigin/regenesis-explained-97540f457807 （中文译本）
• Verkle 树：https://notes.ethereum.org/_N1mutVERDKtqGIEYc-Flw
• （演讲）约束见证数据的大小：https://www.youtube.com/watch?v＝qQpvkxKso2E
• 一种状态规模管理理论（2021 年 2 月）：https://hackmd.io/＠vbuterin/state_size_management
• 最小化复活冲突的状态约束方案：https://ethresear.ch/t/resurrection-conflict-minimized-state-bounding-take-2/8739
• 实现无状态性和状态保质期的路径：https://hackmd.io/＠vbuterin/state_expiry_paths

回顾：状态保质期如何工作？

• 只能修改最新的那棵树（也即对应于当前周期的树）。所有更老的树都不能再修改；更老的树上的对象只能在更新的树上创建副本，而且这些副本会取代更老的副本。
• 可以预期全节点（包括区块提议者）只会保存最近的两棵树，所以只有最近的两棵树上的对象才能不需要 witness 就能读取。读取更老的对象就需要提供见证数据了。

路线图

• 周期 1 硬分叉：需要一个硬分叉来开启第一个周期（此前的则都算是第 0 个周期）。分叉之后，就会出现两棵状态树：十六叉的帕特里夏树（已冻结，不可再编辑）以及一棵新的 Verkle 树（包含所有新的状态 编辑/增加，还有旧状态的副本）
• EIP 草案：https://notes.ethereum.org/＠vbuterin/verkle_tree_eip
• 地址扩张周期：地址从 20 字节扩充到 32 字节，而新地址的格式包含一个 “地址周期” 的概念（曾用名 “地址空间（address space）”）。这样新合约就可以无需提供见证数据而直接写入新的存储空档。这一步什么时候做都可以，只需要在最终状态保质期转型完成之前就可以了，在周期 1 分叉之前或之后都可以。
• VB 的方案 ：https://ethereum-magicians.org/t/increasing-address-size-from-20-to-32-bytes/5485
• Ipsilon 团队的方案：https://notes.ethereum.org/＠ipsilon/address-space-extension-exploration
• 周期 2 硬分叉：需要一个硬分叉来开启周期 2，并安排未来周期的时点。周期 0 的十六叉的帕特里夏树将被一棵 Verkle 树替换，客户端仅存储其状态根。从这时开始，周期 0 的状态将需要见证数据来访问。并且，状态保质期方案也算是完整实现了。
• EIP 草案：https://notes.ethereum.org/＠vbuterin/state_expiry_eip

原文链接:

https://notes.ethereum.org/＠vbuterin/verkle_and_state_expiry_proposal

作者: Vitalik