Tương lai khả thi của Ethereum: The Purge

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

• Dữ liệu lịch sử: Tất cả các giao dịch và tài khoản được tạo ra vào bất kỳ thời điểm nào trong lịch sử cần được lưu trữ vĩnh viễn bởi tất cả các khách hàng, và được tải xuống bởi bất kỳ khách hàng mới nào để hoàn toàn đồng bộ với mạng. Điều này sẽ dẫn đến việc tải trọng của khách hàng và thời gian đồng bộ tăng lên theo thời gian, ngay cả khi dung lượng của chuỗi vẫn giữ nguyên.

• Chức năng 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 sức ép mạnh mẽ lên hai xu hướng này, giảm độ phức tạp và sự mở rộng theo thời gian. Nhưng đồng thời, chúng ta cần giữ lại một trong những thuộc tính chính làm cho blockchain trở nên vĩ đại: tính bền vững. Bạn có thể đặt một NFT, một bức thư tình trong dữ liệu cuộc gọi giao dịch, hoặc một hợp đồng thông minh chứa 1 triệu đô la lên chuỗi, vào một cái hang trong mười năm, và khi ra ngoài, bạn sẽ thấy nó vẫn đang chờ bạn đọc và tương tác. Để DApp có thể hoàn toàn yên tâm phi tập trung và xóa khóa nâng cấp, họ cần phải chắc chắn rằng các phụ thuộc của họ sẽ không nâng cấp theo cách phá hủy họ - đặc biệt là L1.

Nếu chúng ta quyết tâm đạt được sự cân bằng giữa hai nhu cầu này, đồng thời tối thiểu hóa hoặc đảo ngược sự cồng kềnh, phức tạp và suy thoái trong khi duy trì tính liên tục, điều này hoàn toàn khả thi. Các sinh vật có thể làm điều này: mặc dù hầu hết các sinh vật sẽ lão hóa theo thời gian, nhưng một số ít may mắn thì 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 tín hiệu 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 cả 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 mỗi nút lưu trữ vĩnh viễn tất cả các bản ghi lịch sử thậm chí là trạng thái cuối cùng.

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

Mục lục:

• Lịch sử hết hạn
• Hết hạn 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 thực thi khách hàng, và cần thêm hàng trăm GB không gian đĩa cho khách hàng đồng thuận. Phần lớn trong số này là lịch sử: dữ liệu về các khối, giao dịch và biên lai lịch sử, phần lớn trong số đó đã có từ nhiều năm trước. Điều này có nghĩa là ngay cả khi giới hạn Gas không tăng lên, kích thước của các nút sẽ tiếp tục tăng hàng trăm GB mỗi năm.

Nó là gì, nó hoạt động như thế nào?

Một đặc điểm đơn giản hóa chính của vấn đề lưu trữ lịch sử là, vì mỗi khối được liên kết với khối trước đó thông qua hàm 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. Chỉ cần mạng lưới đạt được sự đồng thuận về khối mới nhất, bất kỳ khối lịch sử nào hoặc giao dịch hoặc trạng thái (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 cung cấp cho chúng ta nhiều lựa chọn về cách lưu trữ hồ sơ lịch sử. Một lựa chọn tự nhiên là một mạng lưới mà mỗi nút chỉ lưu trữ một phần nhỏ dữ liệu. Đây là cách mà mạng hạt giống hoạt động trong nhiều thập kỷ: mặc dù mạng tổng thể lưu trữ và phân phối hàng triệu tệp tin, 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 làm giảm độ bền của dữ liệu. Nếu thông qua việc làm cho việc vận hành các nút trở nên tiết kiệm hơn, chúng ta có thể xây dựng một mạng lưới với 100,000 nút, trong đó mỗi nút lưu trữ 10% hồ sơ lịch sử một cách ngẫu nhiên, thì mỗi dữ liệu sẽ được sao chép 10,000 lần - hoàn toàn tương đương với hệ số sao chép của mạng lưới 10,000 nút, mỗi nút lưu trữ toàn bộ 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. Khối đồng thuận (tức là phần liên quan đến sự 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 xây dựng một khoảng thời gian thống nhất (có thể khoảng 18 ngày), trong khoảng thời gian đó mỗi nút chịu trách nhiệm lưu trữ tất cả nội dung, sau đó xây dựng một mạng ngang hàng gồm các nút Ethereum, lưu trữ dữ liệu cũ theo cách phân tán.

Mã xóa có thể được sử dụng để cải thiện tính bền vững, đồng thời giữ nguyên hệ số sao chép. Trên thực tế, Blob đã được thực hiện mã 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 blob.

có mối liên hệ nào với các nghiên cứu hiện có?

• EIP-4444；
• Torrents và EIP-4444；
• Mạng cổng;
• Mạng cổng và EIP-4444;
• Lưu trữ và truy xuất phân tán các đối tượng SSZ trong Portal;
• Làm thế nào để tăng giới hạn gas (Paradigm).

còn cần làm gì, 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 còn 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) giải pháp gốc của Ethereum được gọi là mạng Portal. Một khi chúng ta giới thiệu bất kỳ cái nào trong số đó, chúng ta có thể mở EIP-4444. EIP-4444 bản thân nó không yêu cầu một đợt hard fork, nhưng nó thực sự cần một phiên bản giao thức mạng mới. Do đó, việc kích hoạt nó cho tất cả các client cùng một lúc là có giá trị, nếu không sẽ có nguy cơ client gặp sự cố do kết nối với các nút khác mong đợi tải xuống lịch sử đầy đủ nhưng thực tế không nhận được.

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

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

2. Độ sâu mà chúng tôi tích hợp lưu trữ lịch sử vào giao thức là bao nhiêu?

Một phương pháp cực đoan để đối phó với (1) sẽ liên quan đến việc chứng minh lưu ký: thực tế yêu cầu mỗi người xác nhận bằng chứng cổ phần lưu trữ một tỷ lệ nhất định của lịch sử và định kỳ kiểm tra chúng một cách mã hóa xem họ có làm như vậy hay không. Phương pháp nhẹ nhàng hơn là thiết lập một tiêu chuẩn tự nguyện cho tỷ lệ phần trăm lịch sử được lưu trữ bởi mỗi khách hàng.

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

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

Nếu chúng ta muốn 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 cả tính không trạng thái: trong 1,1 TB mà nút cần, khoảng 300 GB là trạng thái, phần còn lại khoảng 800 GB đã trở thành lịch sử. Chỉ khi nào đạt được tính không trạng thái 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 làm cho 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 để 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. Một 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.

Hết hạn trạng thái

giải quyết vấn đề gì?

Ngay cả khi chúng ta loại bỏ nhu cầu lưu trữ lịch sử trên client, nhu cầu lưu trữ của client vẫn 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 mang lại gánh nặng cho các khách hàng Ethereum hiện tại và tương lai.

Trạng thái khó "hết hạn" hơn so với lịch sử, vì EVM 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, có 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 (bao gồm cả việc tạo danh sách!) có thể hoạt động mà không có trạng thái. Tuy nhiên, có một quan điểm cho rằng, chúng ta không muốn quá phụ thuộc vào tính không trạng thái, và 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) sử dụng mã để tạo tài khoản mới, (iii) thiết lập khe lưu trữ chưa được chạm vào trước đó), đối tượng trạng thái đó sẽ mãi mãi ở trạng thái đó. Ngược lại, điều chúng tôi muốn là đối tượng tự động hết hạn theo thời gian. Thách thức chính là làm điều này theo cách đạt được ba mục tiêu:

1. Hiệu suất: Không cần tính toán bổ sung lớn để thực hiện quá trình đến hạn.

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

3. Tính thân thiện với các 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 có thể tiếp tục hoạt động bình thường.

Không đạt được những mục tiêu này thì rất dễ để 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 Ether, điều này có thể xảy ra tự động khi đọc hoặc ghi bất kỳ lúc nào), và có một vòng lặp duyệt qua trạng thái để xóa các đối tượng trạng thái có ngày hết hạn. Tuy nhiên, điều này mang lại tính toán bổ sung (thậm chí là yêu cầu lưu trữ), và chắc chắn không thể đáp ứng các yêu cầu về tính thân thiện với người dùng. Các nhà phát triển cũng rất khó để suy luận về các trường hợp biên liên quan đến việc giá trị lưu trữ đôi khi được đặt lại về 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 trở nên 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.

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

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

Hết hạn trạng thái một phần

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