Tương lai có thể của Ethereum: The Purge

Một trong những thách thức mà Ethereum phải đối mặt là sự mở rộng và phức tạp của bất kỳ giao thức blockchain nào sẽ tăng lên theo thời gian theo mặc định. Điều này xảy ra ở hai nơi:

Dữ liệu lịch sử: Mọi giao dịch diễn ra vào bất kỳ thời điểm nào trong lịch sử và mọi tài khoản được tạo cần được lưu trữ vĩnh viễn bởi tất cả các khách hàng, và tải xuống bởi bất kỳ khách hàng mới nào, để hoàn toàn đồng bộ với mạng. Điều này sẽ dẫn đến tải khách hàng và thời gian đồng bộ ngày càng tăng theo thời gian, ngay cả khi dung lượng của chuỗi vẫn không thay đổi.

Chức năng của giao thức: Thêm chức năng mới dễ hơn nhiều so với việc xóa chức năng cũ, dẫn đến độ phức tạp của mã tăng lên theo thời gian.

Để Ethereum có thể duy trì lâu dài, chúng ta cần tạo ra một lực phản áp mạnh mẽ đối với hai xu hướng này, giảm độ phức tạp và sự phình to theo thời gian. Nhưng đồng thời, chúng ta cần giữ lại một trong những thuộc tính then chốt làm cho blockchain trở nên vĩ đại: tính bền vững. Bạn có thể đặt một NFT, một bức thư tình trong dữ liệu giao dịch, hoặc một hợp đồng thông minh trị giá 1 triệu đô la lên chuỗi, vào một cái hang trong mười năm, và khi ra ngoài, bạn sẽ thấy nó vẫn ở đó chờ bạn đọc và tương tác. Để DApp có thể hoàn toàn phi tập trung và xóa khóa nâng cấp một cách yên tâm, họ cần chắc chắn rằng các phụ thuộc của họ sẽ không được nâng cấp theo cách phá hủy chúng - đặc biệt là L1 chính nó.

Nếu chúng ta quyết tâm đạt được sự cân bằng giữa hai nhu cầu này, và tối đa hóa việc giảm thiểu hoặc đảo ngược sự cồng kềnh, phức tạp và suy thoái trong khi vẫn giữ được tính liên tục, điều này là hoàn toàn khả thi. Sinh vật có thể làm được điều này: trong khi hầu hết các sinh vật sẽ lão hóa theo thời gian, một số ít may mắn lại không. Ngay cả các hệ thống xã hội cũng có thể có tuổi thọ rất dài. Trong một số trường hợp, Ethereum đã đạt được thành công: bằng chứng công việc đã biến mất, mã lệnh SELFDESTRUCT hầu như đã biến mất, và các nút chuỗi beacon đã lưu trữ dữ liệu cũ tối đa lên đến sáu tháng. Tìm ra con đường này cho Ethereum theo cách tổng quát hơn và hướng tới kết quả cuối cùng ổn định lâu dài là thách thức tối thượng cho khả năng mở rộng lâu dài, tính bền vững công nghệ và thậm chí là an ninh của Ethereum.

The Purge: Mục tiêu chính.

Giảm yêu cầu lưu trữ của khách hàng bằng cách giảm hoặc loại bỏ nhu cầu lưu trữ vĩnh viễn tất cả lịch sử và thậm chí là trạng thái cuối cùng của mỗi nút.

Giảm độ phức tạp của giao thức bằng cách loại bỏ các chức năng không cần thiết.

Mục lục bài viết:

Lịch sử hết hạn

Hạn sử dụng trạng thái

Dọn dẹp tính năng

Lịch sử hết hạn

Giải quyết vấn đề gì?

Tính đến thời điểm viết bài này, một nút Ethereum hoàn toàn đồng bộ cần khoảng 1,1 TB không gian đĩa để chạy khách hàng, ngoài ra còn cần hàng trăm GB không gian đĩa cho khách hàng đồng thuận. Phần lớn trong số đó là lịch sử: dữ liệu về các khối lịch sử, giao dịch và biên lai, trong đó phần lớn đã có từ nhiều năm trước. Điều này có nghĩa là ngay cả khi giới hạn Gas không tăng lên, kích thước của nút cũng sẽ tiếp tục tăng hàng trăm GB mỗi năm.

Nó là gì, nó hoạt động như thế nào?

Một đặc điểm chính giản lược của vấn đề lưu trữ lịch sử là, vì mỗi khối được liên kết với khối trước đó thông qua băm (và các cấu trúc khác), nên việc đạt được sự đồng thuận hiện tại là đủ để đạt được sự đồng thuận lịch sử. Miễn là mạng lưới đạt được sự đồng thuận về khối mới nhất, bất kỳ khối lịch sử, giao dịch hoặc trạng thái nào (số dư tài khoản, số ngẫu nhiên, mã, lưu trữ) đều có thể được cung cấp bởi bất kỳ người tham gia đơn lẻ nào cùng với chứng minh Merkle, và chứng minh đó cho phép bất kỳ ai khác xác minh tính chính xác của nó. Sự đồng thuận là mô hình tin cậy N/2-of-N, trong khi lịch sử là mô hình tin cậy N-of-N.

Điều này đã cung cấp cho chúng ta nhiều lựa chọn về cách lưu trữ lịch sử. Một lựa chọn tự nhiên là mạng chỉ lưu trữ một phần nhỏ dữ liệu tại mỗi nút. Đây là cách mà mạng hạt giống đã hoạt động trong nhiều thập kỷ: mặc dù mạng tổng cộng lưu trữ và phân phối hàng triệu tệp, nhưng mỗi người tham gia chỉ lưu trữ và phân phối một vài tệp trong số đó. Có thể trái ngược với trực giác, phương pháp này thậm chí không nhất thiết phải làm giảm độ bền của dữ liệu. Nếu chúng ta có thể xây dựng một mạng với 100,000 nút, trong đó mỗi nút lưu trữ 10% lịch sử ngẫu nhiên, thì mỗi dữ liệu sẽ được sao chép 10,000 lần - giống hệt như một mạng 10,000 nút với hệ số sao chép, mỗi nút đều lưu trữ tất cả nội dung.

Hiện nay, Ethereum đã bắt đầu thoát khỏi mô hình lưu trữ vĩnh viễn tất cả lịch sử của tất cả các nút. Các khối đồng thuận (tức là phần liên quan đến đồng thuận bằng chứng cổ phần) chỉ lưu trữ khoảng 6 tháng. Blob chỉ lưu trữ khoảng 18 ngày. EIP-4444 nhằm mục đích giới thiệu thời gian lưu trữ một năm cho các khối lịch sử và biên lai. Mục tiêu dài hạn là thiết lập một thời gian thống nhất (có thể khoảng 18 ngày), trong đó mỗi nút chịu trách nhiệm lưu trữ tất cả nội dung, sau đó xây dựng một mạng lưới ngang hàng gồm các nút Ethereum, lưu trữ dữ liệu cũ theo cách phân phối.

Mã xóa có thể được sử dụng để cải thiện tính ổn định, đồng thời giữ nguyên yếu tố sao chép. Thực tế, Blob đã được mã hóa xóa để hỗ trợ mẫu khả dụng của dữ liệu. Giải pháp đơn giản nhất có thể là tái sử dụng mã xóa này và đưa dữ liệu thực thi và khối đồng thuận vào trong blob.

Có mối liên hệ nào với nghiên cứu hiện tại?

EIP-4444；

Torrents và EIP-4444；

Cổng mạng;

Mạng cổng và EIP-4444;

Lưu trữ và truy xuất phân tán của đối tượng SSZ trong Portal;

Làm thế nào để tăng giới hạn gas (Paradigm).

Còn cần làm gì nữa, cần cân nhắc điều gì?

Công việc chính còn lại bao gồm xây dựng và tích hợp một giải pháp phân tán cụ thể để lưu trữ lịch sử ------ ít nhất là lịch sử thực thi, nhưng cuối cùng cũng bao gồm đồng thuận và blob. Giải pháp đơn giản nhất là (i) đơn giản là giới thiệu thư viện torrent hiện có, cũng như (ii) được gọi là giải pháp gốc Ethereum Portal. Khi một trong hai được giới thiệu, chúng ta có thể mở EIP-4444. EIP-4444 bản thân nó không cần hard fork, nhưng nó thực sự cần một phiên bản giao thức mạng mới. Do đó, việc kích hoạt nó cho tất cả các khách hàng cùng một lúc là có giá trị, nếu không sẽ có nguy cơ khách hàng gặp sự cố do kết nối với các nút khác mong đợi tải xuống lịch sử đầy đủ nhưng thực tế không có.

Các cân nhắc chính liên quan đến việc chúng tôi cố gắng cung cấp dữ liệu lịch sử "cổ đại". Giải pháp đơn giản nhất là ngừng lưu trữ lịch sử cổ đại vào ngày mai và dựa vào các nút lưu trữ hiện tại và các nhà cung cấp tập trung khác để sao chép. Điều này dễ dàng, nhưng làm suy yếu vị thế của Ethereum như một nơi lưu trữ hồ sơ vĩnh viễn. Cách khó hơn nhưng an toàn hơn là trước tiên xây dựng và tích hợp mạng torrent để lưu trữ lịch sử theo cách phân tán. Tại đây, "chúng tôi đã nỗ lực như thế nào" có hai khía cạnh:

Chúng tôi nỗ lực như thế nào để đảm bảo rằng tập hợp nút lớn nhất thực sự lưu trữ tất cả dữ liệu?

Độ sâu của việc tích hợp lưu trữ lịch sử vào giao thức là bao nhiêu?

Một phương pháp cực đoan để giải quyết vấn đề (1) sẽ liên quan đến việc chứng minh lưu ký: thực tế yêu cầu mỗi trình xác thực chứng minh quyền lợi lưu trữ một tỷ lệ lịch sử nhất định và thường xuyên kiểm tra một cách mã hóa xem họ có làm như vậy hay không. Phương pháp nhẹ nhàng hơn là đặt một tiêu chuẩn tự nguyện cho tỷ lệ phần trăm lịch sử được lưu trữ bởi mỗi khách hàng.

Đối với (2), việc thực hiện cơ bản chỉ liên quan đến công việc đã hoàn thành hôm nay: Portal đã lưu trữ một tệp ERA chứa toàn bộ lịch sử Ethereum. Việc thực hiện triệt để hơn sẽ liên quan đến việc thực sự kết nối nó với quy trình đồng bộ, để nếu ai đó muốn đồng bộ nút lưu trữ lịch sử đầy đủ hoặc nút lưu trữ, ngay cả khi không có nút lưu trữ khác trực tuyến, họ cũng có thể thực hiện thông qua đồng bộ trực tiếp từ mạng portal.

Nó tương tác như thế nào với các phần khác của lộ trình?

Nếu chúng ta muốn làm cho việc chạy hoặc khởi động nút trở nên cực kỳ dễ dàng, thì việc giảm nhu cầu lưu trữ lịch sử có thể nói là quan trọng hơn tính không trạng: trong 1.1 TB mà nút cần, khoảng 300 GB là trạng thái, còn lại khoảng 800 GB đã trở thành lịch sử. Chỉ khi đạt được tính không trạng và EIP-4444, chúng ta mới có thể thực hiện được tầm nhìn về việc chạy nút Ethereum trên đồng hồ thông minh và chỉ cần vài phút để thiết lập.

Việc hạn chế lưu trữ lịch sử cũng khiến cho việc triển khai các nút Ethereum mới hơn trở nên khả thi hơn, chỉ hỗ trợ phiên bản mới nhất của giao thức, điều này làm cho chúng trở nên đơn giản hơn. Ví dụ, bây giờ có thể an toàn xóa nhiều dòng mã, vì các khe lưu trữ trống được tạo ra trong cuộc tấn công DoS năm 2016 đã hoàn toàn bị xóa. Bây giờ khi việc chuyển sang bằng chứng cổ phần đã trở thành lịch sử, khách hàng có thể an toàn xóa tất cả mã liên quan đến bằng chứng công việc.

Thời hạn hết hiệu lực

Giải quyết vấn đề gì?

Ngay cả khi chúng ta loại bỏ nhu cầu lưu trữ lịch sử của khách hàng, nhu cầu lưu trữ của khách hàng sẽ tiếp tục tăng, khoảng 50 GB mỗi năm, vì trạng thái tiếp tục tăng: số dư tài khoản và số ngẫu nhiên, mã hợp đồng và lưu trữ hợp đồng. Người dùng có thể trả một khoản phí một lần, từ đó sẽ mang lại gánh nặng cho các khách hàng Ethereum hiện tại và tương lai.

Trạng thái khó "hết hạn" hơn lịch sử, vì EVM về cơ bản được thiết kế dựa trên giả định rằng: một khi đối tượng trạng thái được tạo ra, nó sẽ luôn tồn tại và có thể được bất kỳ giao dịch nào đọc bất cứ lúc nào. Nếu chúng ta giới thiệu tính không trạng thái, một số người cho rằng vấn đề này có thể không tồi tệ như vậy: chỉ có các lớp xây dựng khối chuyên dụng cần thực sự lưu trữ trạng thái, trong khi tất cả các nút khác (thậm chí bao gồm cả việc tạo danh sách!) có thể hoạt động mà không cần trạng thái. Tuy nhiên, có một quan điểm cho rằng, chúng ta không muốn quá phụ thuộc vào tính không trạng thái, cuối cùng chúng ta có thể muốn làm cho trạng thái hết hạn để duy trì sự phi tập trung của Ethereum.

Nó là gì, nó hoạt động như thế nào

Hôm nay, khi bạn tạo một đối tượng trạng thái mới (có thể xảy ra theo một trong ba cách sau: (i) gửi ETH đến tài khoản mới, (ii) tạo tài khoản mới bằng mã, (iii) thiết lập kho lưu trữ chưa được truy cập trước đó), đối tượng trạng thái đó sẽ vĩnh viễn ở trạng thái đó. Ngược lại, điều chúng tôi muốn là đối tượng tự động hết hạn theo thời gian. Thách thức chính là thực hiện điều này theo cách đạt được ba mục tiêu:

Hiệu quả: Không cần nhiều tính toán bổ sung để thực hiện quá trình đáo hạn.

Tính thân thiện với người dùng: Nếu ai đó vào hang năm năm và trở lại, họ không nên mất quyền truy cập vào các vị thế ETH, ERC20, NFT, CDP...

Tính thân thiện với nhà phát triển: Các nhà phát triển không cần phải chuyển sang một mô hình tư duy hoàn toàn không quen thuộc. Hơn nữa, các ứng dụng hiện tại đã cứng nhắc và không được cập nhật nên vẫn có thể hoạt động bình thường.

Không đạt được những mục tiêu này thì rất dễ giải quyết vấn đề. Ví dụ, bạn có thể để mỗi đối tượng trạng thái cũng lưu trữ một bộ đếm ngày hết hạn (có thể được gia hạn bằng cách đốt ETH, điều này có thể xảy ra tự động mỗi khi đọc hoặc ghi), và có một quy trình lặp qua trạng thái để xóa các đối tượng trạng thái có ngày hết hạn. Tuy nhiên, điều này sẽ đưa ra tính toán bổ sung (thậm chí yêu cầu lưu trữ), và chắc chắn không thể đáp ứng yêu cầu về tính thân thiện với người dùng. Các nhà phát triển cũng rất khó để suy luận về các tình huống biên liên quan đến việc giá trị lưu trữ đôi khi được đặt lại thành không. Nếu bạn thiết lập bộ đếm thời gian hết hạn trong phạm vi hợp đồng, điều này về mặt kỹ thuật sẽ giúp cuộc sống của các nhà phát triển dễ dàng hơn, nhưng nó sẽ làm cho kinh tế trở nên khó khăn hơn: các nhà phát triển phải xem xét cách "chuyển giao" chi phí lưu trữ liên tục cho người dùng.

Những vấn đề này đều là những gì cộng đồng phát triển cốt lõi của Ethereum đã nỗ lực giải quyết trong nhiều năm qua, bao gồm các đề xuất như "thuê blockchain" và "tái sinh". Cuối cùng, chúng tôi đã kết hợp những phần tốt nhất của các đề xuất và tập trung vào hai loại "giải pháp được biết đến là không tồi tệ nhất":

• Giải pháp cho trạng thái một phần đã hết hạn
• Đề xuất trạng thái hết hạn dựa trên chu kỳ địa chỉ.

Hết hạn trạng thái một phần

Một số đề xuất trạng thái hết hạn đều tuân theo cùng một nguyên tắc. Chúng tôi chia trạng thái thành các khối. Mỗi người đều lưu trữ "bản đồ hàng đầu" vĩnh viễn, trong đó các khối có thể rỗng hoặc không rỗng. Dữ liệu trong mỗi khối chỉ được lưu trữ khi dữ liệu đó được truy cập gần đây. Có một cơ chế "tái sinh", nếu không còn được lưu trữ.

Những khác biệt chính giữa các đề xuất này là: (i) Chúng ta định nghĩa "gần đây" như thế nào,