L'avenir possible d'Ethereum : The Purge

Auteur : Vitalik Buterin

L'un des défis auxquels Ethereum est confronté est que, par défaut, l'expansion et la complexité de tout protocole blockchain augmentent avec le temps. Cela se produit à deux endroits :

Données historiques : Toutes les transactions effectuées et tous les comptes créés à tout moment dans l'histoire doivent être stockés de manière permanente par tous les clients et téléchargés par tout nouveau client, afin d'être complètement synchronisés avec le réseau. Cela entraîne une augmentation constante de la charge des clients et du temps de synchronisation au fil du temps, même si la capacité de la chaîne reste inchangée.

Fonctionnalité du protocole : Ajouter de nouvelles fonctionnalités est beaucoup plus facile que de supprimer d'anciennes fonctionnalités, ce qui entraîne une complexité croissante du code au fil du temps.

Pour que l'Ethereum puisse survivre à long terme, nous devons exercer une forte pression inverse sur ces deux tendances, réduisant la complexité et l'expansion au fil du temps. Mais en même temps, nous devons conserver l'une des propriétés clés qui rendent la blockchain grande : la persistance. Vous pouvez mettre un NFT, une lettre d'amour dans les données d'un appel de transaction, ou un contrat intelligent contenant 1 million de dollars sur la chaîne, entrer dans une grotte pendant dix ans, et en sortant, découvrir qu'il est toujours là, attendant que vous le lisiez et interagissiez. Pour que les DApp puissent se décentraliser complètement en toute confiance et supprimer les clés de mise à jour, elles doivent être certaines que leurs dépendances ne seront pas mises à jour de manière à les détruire - en particulier L1 lui-même.

Si nous nous engageons à trouver un équilibre entre ces deux besoins, tout en minimisant ou en inversant le fardeau, la complexité et le déclin tout en maintenant la continuité, c'est tout à fait possible. Les organismes vivants peuvent le faire : bien que la plupart des organismes vieillissent avec le temps, quelques chanceux ne le font pas. Même les systèmes sociaux peuvent avoir une durée de vie très longue. Dans certains cas, Ethereum a déjà réussi : la preuve de travail a disparu, l'opcode SELFDESTRUCT a en grande partie disparu, et les nœuds de la chaîne de balise ont stocké des données anciennes pendant jusqu'à six mois. Trouver ce chemin pour Ethereum de manière plus générale et viser un résultat final stable à long terme est le défi ultime pour l'évolutivité à long terme d'Ethereum, la durabilité technique et même la sécurité.

The Purge : objectif principal.

Réduire les exigences de stockage des clients en diminuant ou en éliminant la nécessité pour chaque nœud de conserver de manière permanente tous les historiques, voire l'état final.

Réduire la complexité du protocole en éliminant les fonctionnalités non nécessaires.

Table des matières :

Historique d'expiration

État d'expiration（状态到期）

Nettoyage des fonctionnalités

Historique d'expiration

Quel problème cela résout-il ?

Au moment de la rédaction de cet article, un nœud Ethereum complètement synchronisé nécessite environ 1,1 To d'espace disque pour exécuter le client, et plusieurs centaines de Go d'espace disque supplémentaires pour le client de consensus. La grande majorité de cela est historique : des données concernant des blocs historiques, des transactions et des reçus, dont la plupart ont plusieurs années. Cela signifie que même si la limite de Gas n'augmente pas du tout, la taille du nœud continuera d'augmenter de plusieurs centaines de Go chaque année.

Qu'est-ce que c'est et comment ça fonctionne ?

Une caractéristique clé de la simplification du problème de stockage historique est que, puisque chaque bloc est lié au bloc précédent par un lien de hachage (et d'autres structures), il suffit d'atteindre un consensus sur l'état actuel pour parvenir à un consensus historique. Tant que le réseau parvient à un consensus sur le dernier bloc, n'importe quel bloc historique, transaction ou état (solde du compte, nombre aléatoire, code, stockage) peut être fourni par n'importe quel participant individuel ainsi qu'une preuve Merkle, et cette preuve permet à quiconque de vérifier son exactitude. Le consensus est un modèle de confiance N/2-of-N, tandis que l'historique est un modèle de confiance N-of-N.

Cela nous offre de nombreuses options sur la façon de stocker l'historique. Un choix naturel est un réseau où chaque nœud ne stocke qu'une petite partie des données. C'est ainsi que fonctionnent les réseaux de semences depuis des décennies : bien que le réseau stocke et distribue des millions de fichiers au total, chaque participant ne stocke et ne distribue que quelques-uns d'entre eux. Peut-être contre-intuitivement, cette méthode ne réduit même pas nécessairement la robustesse des données. Si nous pouvons construire un réseau de 100 000 nœuds où chaque nœud stocke aléatoirement 10 % de l'historique, alors chaque donnée sera copiée 10 000 fois - exactement le même facteur de duplication qu'un réseau de 10 000 nœuds, où chaque nœud stocke tout.

Aujourd'hui, Ethereum a commencé à se débarrasser du modèle de stockage permanent de toute l'historique par tous les nœuds. Les blocs de consensus (c'est-à-dire la partie liée au consensus de preuve d'enjeu) ne stockent que pendant environ 6 mois. Les Blob ne sont stockés que pendant environ 18 jours. L'EIP-4444 vise à introduire une période de stockage d'un an pour les blocs historiques et les reçus. L'objectif à long terme est d'établir une période unifiée (probablement d'environ 18 jours), pendant laquelle chaque nœud est responsable du stockage de tout, puis de créer un réseau pair à pair composé de nœuds Ethereum, stockant les anciennes données de manière distribuée.

Les codes d'effacement peuvent être utilisés pour améliorer la robustesse tout en maintenant le même facteur de réplication. En fait, les blobs ont déjà été dotés de codes d'effacement pour soutenir l'échantillonnage de la disponibilité des données. La solution la plus simple sera probablement de réutiliser ces codes d'effacement et d'inclure également les données d'exécution et de consensus dans le blob.

Quels liens y a-t-il avec les recherches existantes ?

EIP-4444；

Torrents et EIP-4444；

Réseau Portal ;

Réseau Portal et EIP-4444 ;

Stockage et récupération distribués des objets SSZ dans Portal ;

Comment augmenter la limite de gas (Paradigm).

Que faut-il encore faire et quels compromis doivent être envisagés ?

Le travail principal restant consiste à construire et à intégrer une solution distribuée concrète pour stocker les historiques ------ au moins les historiques d'exécution, mais finalement aussi le consensus et le blob. La solution la plus simple consiste à (i) introduire simplement une bibliothèque torrent existante, ainsi que (ii) ce qu'on appelle la solution native d'Éthereum appelée réseau Portal. Une fois que l'une ou l'autre de ces solutions est introduite, nous pouvons ouvrir l'EIP-4444. L'EIP-4444 lui-même ne nécessite pas de hard fork, mais il nécessite en effet une nouvelle version du protocole réseau. Par conséquent, il est utile de l'activer simultanément pour tous les clients, sinon il existe un risque que les clients échouent en s'attendant à télécharger l'historique complet en se connectant à d'autres nœuds, mais ne l'obtenant en réalité pas.

Les principaux compromis concernent nos efforts pour fournir des données historiques "anciennes". La solution la plus simple consiste à arrêter demain de stocker les anciennes données historiques et à compter sur les nœuds d'archivage existants et divers fournisseurs centralisés pour la réplication. C'est facile, mais cela affaiblit la position d'Ethereum en tant que lieu d'enregistrement permanent. Une voie plus difficile mais plus sûre consiste à d'abord construire et intégrer un réseau torrent pour stocker les historiques de manière distribuée. Ici, "à quel point nous nous efforçons" a deux dimensions :

Comment nous efforçons-nous de garantir que le plus grand ensemble de nœuds stocke effectivement toutes les données ?

Quelle est la profondeur de l'intégration du stockage historique dans le protocole ?

Une méthode extrême et paranoïaque pour (1) impliquerait la preuve de dépôt : exigeant en fait que chaque validateur de preuve de participation stocke une certaine proportion d'historique et vérifie régulièrement de manière cryptographique s'il le fait. Une méthode plus douce serait de définir une norme volontaire pour le pourcentage d'historique stocké par chaque client.

Pour (2), la mise en œuvre de base ne concerne que le travail déjà accompli aujourd'hui : le Portail a déjà stocké un fichier ERA contenant l'ensemble de l'historique d'Ethereum. Une mise en œuvre plus complète impliquerait de le connecter effectivement au processus de synchronisation, de sorte que si quelqu'un souhaite synchroniser un nœud de stockage d'historique complet ou un nœud d'archivage, même en l'absence d'autres nœuds d'archivage en ligne, il pourrait le faire en synchronisant directement à partir du réseau du Portail.

Comment interagit-il avec les autres parties de la feuille de route ?

Si nous voulons rendre l'exécution ou le démarrage des nœuds extrêmement facile, alors réduire les besoins de stockage historique est peut-être plus important que la non-état : parmi les 1,1 To nécessaires au nœud, environ 300 Go sont de l'état, et les 800 Go restants sont devenus historiques. Ce n'est qu'en réalisant la non-état et l'EIP-4444 que nous pourrons réaliser la vision d'exécuter un nœud Ethereum sur une montre intelligente et de le configurer en quelques minutes.

La limitation du stockage historique rend également la mise en œuvre des nœuds Ethereum plus viable, ne prenant en charge que la dernière version des protocoles, ce qui les rend plus simples. Par exemple, il est maintenant possible de supprimer en toute sécurité de nombreuses lignes de code, car tous les emplacements de stockage vides créés pendant l'attaque DoS de 2016 ont été supprimés. Maintenant que la transition vers la preuve d'enjeu est devenue une réalité, les clients peuvent supprimer en toute sécurité tout le code associé à la preuve de travail.

État d'expiration

Quel problème résout-il ?

Même si nous éliminons le besoin de stockage des historiques côté client, les besoins de stockage du client continueront d'augmenter d'environ 50 Go par an, car l'état continue de croître : soldes de compte et nombres aléatoires, code de contrat et stockage de contrat. Les utilisateurs peuvent payer des frais uniques, ce qui imposera un fardeau éternel aux clients Ethereum actuels et futurs.

L'état est plus difficile à "expirer" que l'historique, car l'EVM est fondamentalement conçu autour de cette hypothèse : une fois qu'un objet d'état est créé, il existera toujours et pourra être lu à tout moment par n'importe quelle transaction. Si nous introduisons l'absence d'état, certains estiment que ce problème n'est peut-être pas si grave : seuls des types de constructeurs de blocs spécialisés doivent réellement stocker l'état, tandis que tous les autres nœuds (y compris ceux générant des listes !) peuvent fonctionner sans état. Cependant, il y a un point de vue selon lequel nous ne voulons pas trop dépendre de l'absence d'état, et finalement, nous pourrions vouloir rendre l'état obsolète pour maintenir la décentralisation d'Ethereum.

Qu'est-ce que c'est et comment ça fonctionne

Aujourd'hui, lorsque vous créez un nouvel objet d'état (cela peut se produire de l'une des trois manières suivantes : (i) en envoyant de l'ETH à un nouveau compte, (ii) en créant un nouveau compte avec du code, (iii) en configurant un emplacement de stockage qui n'a pas été touché auparavant), cet objet d'état reste dans cet état pour toujours. En revanche, ce que nous voulons, c'est que l'objet expire automatiquement au fil du temps. Le défi clé est de le faire de manière à atteindre trois objectifs :

Efficacité : Pas besoin d'un grand nombre de calculs supplémentaires pour exécuter le processus d'échéance.

Facilité d'utilisation : Si quelqu'un entre dans une grotte pendant cinq ans et revient, il ne devrait pas perdre l'accès à ses positions ETH, ERC20, NFT, CDP...

Amabilité pour les développeurs : les développeurs ne doivent pas passer à un modèle de pensée complètement inconnu. De plus, les applications qui sont actuellement rigides et non mises à jour devraient pouvoir continuer à fonctionner normalement.

Il est très facile de résoudre les problèmes si ces objectifs ne sont pas atteints. Par exemple, vous pouvez faire en sorte que chaque objet d'état stocke également un compteur de date d'expiration (qui peut être prolongé en brûlant de l'ETH, ce qui peut se produire automatiquement à tout moment lors de la lecture ou de l'écriture), et avoir un processus qui parcourt l'état pour supprimer les objets d'état dont la date d'expiration est dépassée. Cependant, cela introduit des calculs supplémentaires (voire des besoins en stockage), et cela ne peut certainement pas répondre aux exigences de convivialité. Il est également difficile pour les développeurs de raisonner sur les cas limites où les valeurs stockées sont parfois réinitialisées à zéro. Si vous définissez un minuteur d'expiration dans la portée du contrat, cela rendra techniquement la vie des développeurs plus facile, mais cela compliquera davantage les aspects économiques : les développeurs doivent réfléchir à la manière de "transférer" le coût de stockage continu aux utilisateurs.

Ces problèmes sont ceux auxquels la communauté des développeurs principaux d'Ethereum s'efforce de répondre depuis des années, y compris des propositions telles que "la rente blockchain" et "la régénération". En fin de compte, nous avons combiné les meilleures parties des propositions et nous nous sommes concentrés sur deux catégories de "solutions connues comme les moins mauvaises" :

• Solutions pour les états expirés
• Suggestions d'expiration d'état basées sur le cycle d'adresse.

Expiration partielle de l'état

Certaines propositions d'état expirées suivent les mêmes principes. Nous divisons l'état en blocs. Chacun stocke en permanence la "carte principale", où les blocs sont vides ou non vides. Les données dans chaque bloc ne sont stockées que si elles ont été récemment consultées. Il existe un mécanisme de "réanimation" qui, si les données ne sont plus stockées.

La principale différence entre ces propositions est : (i) nous comme