比特幣:觀點：以太坊狀態規模管理諸提議（上）_以太坊幣今日價格行情非小號

以太坊協議所面臨的一個最為長久且尚未解決的挑戰，就是由于狀態數據規模不斷增長而帶來的問題。以太坊區塊鏈上的許多操作（創建賬戶、寫入一個合約存儲槽、發送 ETH 到一個新的賬戶……）都會給以太坊添加狀態內容（也即是給狀態數據增加數據對象），而所有全節點都必須存儲全量的狀態數據，這樣才能驗證新區塊以及制造新區塊。這些操作只需事務的發送者一次性繳交按 gas 用量來計量的手續費，但會給整個網絡造成永久的持續性成本，因為節點需要存儲這些新數據（而未來加入的節點也需要在同步過程中下載這些數據）。

這是系統設計中的一個顯著的失衡，可能會讓以太坊系統變得越來越難用，因為狀態中充斥著不再有用處的 “垃圾數據”。本文的目的是詳細解釋問題產生的根源，以及一些解決該問題的方法。如果我們能實現某個解決方案，這將為安全地大幅提高區塊 Gas 上限 鋪平道路。

本文所論述的研究領域仍在推進中，隨時有可能出現更新、更好的想法和更優雅的權衡。

“狀態” 指的是節點若想處理新產生的區塊和事務就必須存有的信息。狀態與 “歷史” 完全不同，后者是關于過去時間的信息，節點可以保存這些信息以便日后重新廣播或歸檔，但并不是處理區塊鏈所必需的。

觀點：量子計算對比特幣的威脅比以往任何時候都大:8月23日消息，據一位專家稱，量子計算對比特幣的威脅比以往任何時候都大，該行業必須緊急解決這個問題。”量子比特 \"取代了傳統的計算機比特，能夠以極大的速度處理信息。從這個角度來看，研究人員聲稱，在十年內，量子計算機將完全發揮作用，并能夠破解從你的手機加密到電子郵件地址的任何東西，甚至更令人擔憂的是，比特幣地址。量子加密公司Arqit的創始人David Williams呼吁加密貨幣行業緊急解決這個問題，否則就會面臨最大的問題。

Utimaco的前首席技術官表示，在第一批將被量子計算機打破的數字簽名類型中，有橢圓曲線，而橢圓曲線則用于在比特幣錢包中。（crypto-news）[2021/8/23 22:31:40]

在以太坊協議中，狀態信息包括：

賬戶的 ETH 余額 和 nonce（流水號）

智能合約的代碼

智能合約的存儲項（storage）

與共識機制相關的數據（近期的區塊哈希值，叔塊；權益證明的共識數據還包括驗證者的公鑰以及及其記錄在信標鏈上的活動，等等）

觀點：狗狗幣和XRP都將出現大幅變動 XRP將在散戶主導交易中大幅提升:加密貨幣策略師Alex Saunders預測狗狗幣和XRP都將出現大幅變動。在與Ticker News的對話中，Alex Saunders討論了埃隆·馬斯克客串的的美國熱門綜藝節目《周六夜現場》將對狗狗幣的價格產生的影響。雖然Alex Saunders本能地認為狗狗幣會暴跌，但他表示，隨著NBA達拉斯獨行俠老板、億萬富翁馬克·庫班(Mark Cuban)開始在球隊的活動和網上商店接受狗狗幣的支付，這一資產在大眾媒體上獲得了一定的合法性。Alex Saunders指出，盡管狗狗幣仍是加密領域的一個笑話，但或許他錯了，狗狗幣將在社會上具有一定的生命力。此外，他還表示，XRP將在散戶主導的交易中大幅提升。追逐DOGE的散戶資金很快也會追逐XRP。（The Daily Hodl）[2021/5/8 21:36:33]

歷史信息則由舊的區塊和收據組成。EVM 中沒有操作碼可以讓你訪問舊區塊、舊事務和內容和收據輸出，所以節點丟棄這些數據也仍然能驗證新區塊，所以這些是歷史信息。

觀點：賣方減少和對交易所信任度降低導致交易所比特幣外匯儲備持續下跌:比特幣（BTC）外匯儲備持續暴跌，自3月份以來，外匯儲備迅速從295萬比特幣降至270萬比特幣。在短短7個月內，外匯儲備減少25萬比特幣，意味著減少了28.5億美元。分析人士將比特幣外匯儲備持續下降的主要原因歸結為市場賣方的整體短缺。一位名為“Oddgems”的匿名交易員表示，數據顯示比特幣很可能正從交易所轉向無托管的錢包。如果是這樣的話，這表明投資者正在更長時間持有他們的資金。阿姆斯特丹證券交易所交易員Michael van de Poppe贊同這一立場。他強調，隨著金融機構的現金儲備流入比特幣，比特幣從交易所流出的資金正在增加。宏觀投資者Dan Tapiero也表示，由于機構興趣的激增，可能會出現“比特幣短缺”。而近期一系列交易所事件也導致外匯儲備急劇下降，這可能令交易員感到恐慌。監管方面的不確定性足以導致外匯儲備下滑。（Cointelegraph）[2020/10/18]

上述狀態信息列表中的最后一項 —— 共識機制相關數據 —— 在設計上已經精心限制了其規模，因此我們不太需要為此困擾。但前面三項，就令人頭大了。這三類狀態信息的規模會隨著時間推移而不斷增大，因為不斷會有新用戶加入網絡，他們會創建新的賬戶、新的合約，還會加入合約、收到 token 什么的。

觀點：NFT游戲行業面臨的障礙在于并非所有游戲玩家都是加密交易者:區塊鏈娛樂工作室 Virtually Human Studio（VHS）增長主管Mac Ocampo表示，NFT和游戲平臺相得益彰，因為“有很多優秀的NFT產品，比如 Sorare和Dapper Labs的NBA Top Shot，將更多的主流用戶引入NFT的世界。”

Ocampo總結了NFT行業應該采用的概念，即“加密娛樂（cryptotainment）”，加密交易者和游戲玩家都可以在玩（比如賽馬游戲）的同時獲得加密貨幣。這就是他認為該行業面臨挑戰的原因：“在現實世界中，擁有和維護一匹賽馬的成本很高，這在渴求利潤的消費者和擁有賽馬的特權之間造成了明顯的差距。”

Ocampo表示，“不是所有的游戲玩家都是加密交易者，也不是所有的加密交易者都是游戲玩家”，這是NFT游戲行業應該克服的主要障礙之一。他講述了一個高中同學的故事，其收藏的邁克爾·喬丹卡片（幾年前購買，價值1.2萬美元）被白蟻侵蝕。Ocampo稱，這就是NFT的價值所在。如果邁克爾·喬丹的珍貴紀念品被轉換成NFT，那么它很有可能保留其價值。此外，新冠肺炎在某種程度上促進NFT的采用。（Cointelegraph）[2020/9/7]

難辦的是，許多狀態用過之后就會靜靜地躺在那里（不會再被觸及）；一旦某個用戶停用某個應用之后，就會產生一些 “垃圾狀態” —— 不會再派上用場，但會永遠存在那里。

觀點：加密貨幣基金需求強烈 機構將比特幣視為另類對沖基金:6月1日消息，最近幾個月，灰度投資一直在大量購買比特幣。且根據灰度的數據，90%以上的新資金流入來自機構投資者。而吸引機構注意的可能不僅僅是灰度。加密領域的資產管理公司Blockforce Capital首席執行官Eric Ervin表示，越來越多的機構正感興趣，無論是比特幣減半還是政府進行量化寬松，考慮到前所未有的財政和貨幣全球刺激，感興趣都是正確的。Stack Funds的研究主管Lennard Neo表示，機構投資者一直在尋找替代解決方案，不僅可以提供回報，還可以保護其現有投資組合免受進一步的下行風險。Galaxy Fund Management的投資組合經理Paul Cappelli也表示同意該觀點，稱多個層次的投資者興趣有所增加。

而針對灰度大量購買比特幣，灰度拒絕透露最近BTC購買狂潮的具體細節，也不愿透露其他機構投資者可能會搶購BTC的原因。灰度投資的董事總經理Michael Sonnenshein告訴Cointelegraph，投資者通常會在遭受市場沖擊或者在法幣、政府債券和黃金的不確定時期，試圖保護自己的投資組合。他稱，比特幣已成為一種另類對沖工具，獨立于央行制定的貨幣政策而運作。（Cointelegraph）[2020/6/1]

理論上，用戶可以做到 “垃圾不落地”。用戶可以僅發布帶有 SELFDESTRUCT 條件的合約，等他們再也用不上這個合約的時候，就調用這個操作碼移除這個合約、清空其 token 余額；他們還可以使用智能合約錢包，通過一個已有的外部持有賬戶（EOA）來發送交易，而無需生成一個新的 EOA（EOA 狀態是沒法刪除的）。

但是在實踐中，這樣的激勵非常少，而適當的狀態清理的技術復雜性又太大了。在許多合約中，給任何人賦予這樣調用 SELFDESTRUCT 的權限都是不合適的（人們想要的就是 “無法終止” 的應用！），而且，也會給用戶體驗和代碼上也會增加很多復雜性。實際上，由于 SELFDESTRUCT 用處極其有限而副作用極大，我更傾向于永遠移除這個操作碼。如果我們真想控制狀態數據的規模，我需要的是一個網絡中的節點可以 默認 丟棄不再被使用的 “垃圾狀態” 的方法。

這個問題的一類解決方案基于 “無狀態客戶端” 的觀念（此文是論述這個觀念的出處 ，此處是演講視頻）。基本原理是，讓區塊驗證不再以持有全局狀態為前提。相反，區塊會自帶證據（或者叫 “見證數據（witness）”），證明其所訪問狀態的值。就跟現在的設計一樣，區塊內會包含一個 “狀態根（state root）”，所訪問的值可以對應著狀態根得到證明（譯者注：默克爾證明即是一種常見的證明技術）。以太坊現在的狀態樹方案（默克爾帕特里夏樹）支持這樣的證明技術，像二進制樹或者 Verkle Trie 這樣更高效的方案也可以。見證數據也會證明處理完該塊后新狀態根的正確性。

無狀態性有兩種形式：

弱無狀態性：出塊者仍然需要完整的狀態，以為（自己制造的）區塊生成見證數據；但驗證區塊的階段可以是無狀態的；

強無狀態性：沒有任何節點需要完整的轉臺。反過來，是交易發送者需要提供見證數據，而出塊者可以聚合這些數據。交易發送者自己負責存儲為所關切的賬戶生成見證數據所需的部分狀態樹。

強無狀態性是一個非常 “優雅” 的解決方案，因為它把責任完全轉移給了用戶，雖然為了保證實踐中的良好用戶體驗，我們需要創造某些類型的協議來幫助不運行個人節點的用戶維護狀態、并處理用戶需要與意料之外的賬戶交互的情形。打造這樣的協議非常難。

此外，所有類型的無狀態性都提高了網絡所需的數據帶寬；而強無狀態性還需要交易聲明其所交互的賬戶及存儲項的鍵（概念上這個叫做 “訪問列表”）。

更溫和的解決方案可以歸結為不同形式的 “狀態過期” 方案。必須持續得到訪問的狀態才能保持 “激活狀態”；而長期無人問津的狀態會變成 “失活”（或者叫 “過期的”）。具體用什么機制來更新狀態，有很多選擇（例如預付 “租金”，或者只需訪問那個狀態），但一般原則是，除非某個狀態對象被顯式地更新，否則就以某種形式處于失活狀態。因此，任何創建新狀態對象（以及更新已有狀態對象）的活動，都只能成為節點在一段時間內的負擔，而不像現在這樣變成永久負擔。

失活狀態，故名思義，就不是 “狀態” 的一部分；想要處理區塊或創建區塊的節點無需存儲失活狀態。不過，失活狀態不是被完全刪除了！在所有類型的狀態過期提案中，都預設了某種方法可以 “復活” 已經失活的狀態。

一般原則是，激活狀態的使用與當前相同，而失活狀態則需通過上述無狀態客戶端的機制來使用。復活一個過期狀態對象的事務需要提供一個證據（見證數據），來證明該對象是失活狀態的一部分。為了能夠生成這樣的證據，用戶自己需要存儲和維護至少一部分失活狀態（對應于其所關切的失活狀態對象的那部分）。

決定過期條件的設計也有很多種。最常見的幾種是：

直接租金：逐塊逐塊收取 “租金”，直接以每個賬戶（或其他狀態對象）的余額來支付；狀態對象的余額降到了零，該賬戶就過期了。

剩余存活時間值：每個狀態對象都存儲一個 ”剩余存活時間“ 值，這個值可以通過支付費用來增加

觸達即刷新：每個狀態對象都存儲一個 ”剩余存活時間“ 值，并且每逢讀取或寫入該賬戶都會增加該值

所有狀態對象定期過期（例如每 6 個月一次）：也就是 ReGenesis 提案（中文譯本）

我自己越來越喜歡 ”觸達即刷新“ 方案，因為（1）它避免了應用需要創造復雜的經濟模型來讓用戶承擔狀態租金；以及（2）它保證了激活狀態的規模有一個清晰的上限（區塊 Gas 上限 / 觸達狀態對象的 Gas 消耗量 × 狀態存活的時長）。讓大量狀態按照規律的時間間隔過期的方案（也就是 ReGenesis）也有同樣的好處，但也有一些有趣的權衡：關鍵好處是，過期方案更簡單（無需遍歷整棵狀態樹而逐個逐個地滅活狀態對象），但關鍵不足是，跨過一個過期時點后，你再激活自己的狀態對象時，需要多少見證數據會跟你觸達狀態對象的時間點有關。

狀態過期的邏輯既可以運營到賬戶層面，也可以運用到單個存儲槽層面。當前，我強烈偏向于在存儲槽層面實現狀態過期方案。因為很多合約賬戶的存儲槽數量是不受限制的，任意用戶都能加入合約并增加合約名下的存儲槽的數量（例如，空投就是一個已經出現過的案例）。不管使用什么樣的賬戶層過期方案，想要實際限制狀態的規模，租金的數量都必須與合約內存儲槽的數量成比例（或者存活時間與之成反比）。結果是，用戶還是能夠僅支付一次性的費用就給合約及其用戶施加 永久的持續性成本。

要解決這個問題，合約要么加入復雜的內部邏輯，將存儲操的租金 “轉嫁” 給用戶，要么重新設計自己合約的模式，轉向使用 CREATE2 操作碼創建新的合約并使用這些合約來充當存儲槽。不管是哪種辦法，最后都會變成等價于存儲槽層面的過期方案。因此，我個人認為，我們應該僅在合約存儲槽層面實現狀態過期方案。

但是，存儲槽層面的過期方案也有自己的缺點：每個存儲槽都要增加一個元數據，指明它何時過期（或者說是否已經失活），這也意味著 “復活沖突問題”（詳見下文）不僅會影響賬戶，也會影響存儲槽。

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