Tương lai có thể của Ethereum: The Purge

Một trong những thách thức mà Ethereum phải đối mặt là, theo mặc định, sự mở rộng và độ phức tạp của bất kỳ giao thức blockchain nào sẽ tăng lên theo thời gian. Điều này xảy ra ở hai nơi: dữ liệu lịch sử và chức năng giao thức. Để Ethereum có thể duy trì lâu dài, chúng ta cần áp dụng áp lực mạnh mẽ lên cả hai xu hướng này, giảm bớt độ phức tạp và sự mở rộng theo thời gian. Nhưng cùng lúc đó, chúng ta cần giữ lại một trong những thuộc tính chính khiến blockchain trở nên vĩ đại: tính bền vững.

Mục tiêu chính của The Purge:

• Giảm yêu cầu lưu trữ của khách hàng bằng cách giảm hoặc loại bỏ nhu cầu lưu trữ vĩnh viễn tất cả các lịch sử hoặc thậm chí trạng thái cuối cùng của từng nút.
• Giảm độ phức tạp của giao thức bằng cách loại bỏ các chức năng không cần thiết.

Lịch sử hết hạn

Giải quyết vấn đề gì?

Tính đến thời điểm viết bài này, các nút Ethereum hoàn toàn đồng bộ cần khoảng 1.1 TB dung lượng đĩa để chạy client, ngoài ra còn cần hàng trăm GB dung lượng đĩa cho client đồng thuận. Phần lớn trong số đó là dữ liệu lịch sử: thông tin về các khối lịch sử, giao dịch và biên lai, mà phần lớn đã có từ nhiều năm trước. Điều này có nghĩa là ngay cả khi giới hạn Gas không hề tăng, kích thước của các nút vẫn 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 bằng băm với ( và các cấu trúc khác ) chỉ đến khối trước đó, nên sự đồng thuận hiện tại đủ để đạt được sự đồng thuận lịch sử. Chỉ cần mạng 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 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 lịch sử. Một lựa chọn tự nhiên là mạng lưới mà mỗi nút chỉ lưu trữ một phần nhỏ dữ liệu. Đây chính là cách mà mạng lưới hạt giống hoạt động trong nhiều thập kỷ: mặc dù mạng lưới 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 giảm độ bền của dữ liệu. Nếu bằng cách cho phép các nút hoạt động kinh tế hơn, chúng ta có thể xây dựng một mạng lưới có 100,000 nút, trong đó mỗi nút lưu trữ 10% lịch sử một cách ngẫu nhiên, thì mỗi dữ liệu sẽ được sao chép 10,000 lần - tương tự như hệ số sao chép của mạng lưới 10,000 nút, trong đó mỗi nút 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. Khối đồng thuận ( liên quan đến phần 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 khoảng thời gian thống nhất ) có thể khoảng 18 ngày (, trong đó mỗi nút chịu trách nhiệm lưu trữ tất cả nội dung, sau đó thiết lập một mạng ngang hàng gồm các nút Ethereum để lưu trữ dữ liệu cũ theo cách phân tán.

Mã xóa có thể được sử dụng để nâng cao tính mạnh mẽ, trong khi vẫn giữ nguyên yếu tố sao chép. Thực tế, Blob đã thực hiện mã xóa để hỗ trợ mẫu khả dụng của dữ liệu. Giải pháp đơn giản nhất có thể là tái sử dụng các mã xóa này và đưa dữ liệu thực thi và khối đồng thuận cũng vào blob.

![Vitalik：Ethereum的可能未来，The Purge])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-b4e683a9e42e4b5bd6991a4cf6cf948e.webp(

) 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 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 giải pháp này được giới thiệu, chúng ta có thể mở EIP-4444. EIP-4444 bản thân nó không yêu cầu hard fork, nhưng nó thực sự cần một phiên bản giao thức mạng mới. Vì vậy, việc kích hoạt nó cho tất cả các client cùng một lúc là rất có giá trị, nếu không sẽ có rủi ro các client gặp sự cố khi kết nối với các nút khác với kỳ vọng tải xuống lịch sử đầy đủ nhưng thực sự không nhận được.

Sự cân nhắc 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 vào ngày mai và dựa vào các nút lưu trữ hiện có và các nhà cung cấp tập trung khác nhau để sao chép. Điều này rất dễ dàng, nhưng nó làm suy yếu vị thế của Ethereum như một địa điểm ghi chép vĩnh viễn. Con đường khó khăn hơn nhưng an toàn hơn là trước tiên xây dựng và tích hợp mạng torrent để lưu trữ lịch sử một cách phân tán. Ở đây, "chúng tôi đã nỗ lực như thế nào" có hai chiều:

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

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

Một phương pháp cực kỳ bảo thủ cho ) sẽ liên quan đến việc chứng minh lưu ký: thực tế yêu cầu mỗi trình xác minh bằng chứng cổ phần lưu trữ một tỷ lệ nhất định của lịch sử và kiểm tra chúng một cách mã hóa định kỳ để xem liệu họ có làm như vậy không. Một 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 những công việc đã hoàn thành hôm nay: Portal đã lưu trữ tệp ERA bao gồm toàn bộ lịch sử Ethereum. Việc triển khai toàn diện hơn sẽ liên quan đến việc 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 hóa 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 tính không trạng thái: trong 1.1 TB cần thiết cho nút, khoảng 300 GB là trạng thái, phần còn lại khoảng 800 GB đã trở thành lịch sử. Chỉ có thể thực hiện được tầm nhìn chạy nút Ethereum trên đồng hồ thông minh và chỉ cần vài phút để thiết lập khi thực hiện tính không trạng thái và EIP-4444.

Việc hạn chế lưu trữ lịch sử cũng làm 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 khiến chúng trở nên đơn giản hơn. Ví dụ, hiện tại có thể xóa một cách an toàn nhiều dòng mã, vì các khe lưu trữ trống được tạo ra trong cuộc tấn công DoS năm 2016 đã được xóa hoàn toàn. Bây giờ khi việc chuyển sang bằng chứng cổ phần đã trở thành lịch sử, khách hàng có thể xóa an toàn tất cả mã liên quan đến bằng chứng công việc.

![Vitalik: Tương lai có thể của Ethereum, The Purge])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-a97b8c7f7927e17a3ec0fa46a48c9f24.webp###

Hết hạn trạng thái

( Giải quyết vấn đề gì?

Ngay cả khi chúng ta loại bỏ nhu cầu lưu trữ lịch sử trên khách hàng, nhu cầu lưu trữ của khách hàng 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 khách hàng Ethereum hiện tại và tương lai.

Trạng thái khó "hết hạn" hơn 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, một số người cho rằng vấn đề này có thể không tồi tệ như vậy: chỉ cần các lớp nhà xây dựng khối chuyên dụng thực sự cần lưu trữ trạng thái, trong khi tất cả các nút khác ) thậm chí bao gồm danh sách sinh! ### có thể hoạt động không 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 ) sử dụng mã để tạo tài khoản mới, (iii ) thiết lập một khe lưu trữ chưa được chạm đến trước đó (, đối tượng trạng thái này sẽ mãi mãi ở trạng thái đó. Ngược lại, điều chúng ta muốn là đối tượng tự động hết hạn theo thời gian. Thách thức chính là đạt được điều này theo cách thực hiện ba mục tiêu.

• Hiệu suất: Không cần nhiều tính toán bổ sung để thực hiện quy trình đáo hạn.

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

• Tính thân thiện với nhà phát triển: Các nhà phát triển không phải chuyển sang một mô hình tư duy hoàn toàn xa lạ. 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 ngày hết hạn bằng cách đốt ETH, điều này có thể xảy ra tự động bất cứ lúc nào 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 dẫn đến nhu cầu tính toán ( thậm chí là lưu trữ bổ sung ), và chắc chắn rằng nó không thể đáp ứng yêu cầu về tính thân thiện với người dùng. Các nhà phát triển cũng rất khó để suy luận các trường hợp biên liên quan đến việc lưu trữ giá trị đôi khi được đặt lại về không. Nếu bạn thiết lập bộ đếm hết hạn trong phạm vi hợp đồng, điều này về mặt kỹ thuật sẽ làm cho 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 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 đã biết ít tồi 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 về trạng thái hết hạn đều tuân theo cùng một nguyên tắc. Chúng tôi chia trạng thái thành các khối. Mỗi 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 được truy cập gần đây. Có một cơ chế "hồi sinh", nếu không còn được lưu trữ.

Sự khác biệt chính giữa các đề xuất này là: )i### chúng ta định nghĩa "gần đây" như thế nào, và (ii) chúng ta định nghĩa "khối" như thế nào? Một đề xuất cụ thể là EIP-7736, nó được xây dựng dựa trên thiết kế "cành lá" được giới thiệu cho cây Verkle ( mặc dù tương thích với bất kỳ hình thức trạng thái không trạng thái nào, chẳng hạn như cây nhị phân ). Trong thiết kế này, các tiêu đề, mã và khe lưu trữ liền kề nhau được lưu trữ dưới cùng một "thân cây". Dữ liệu được lưu trữ dưới một cành có thể tối đa là 256 * 31 = 7,936 byte. Trong nhiều trường hợp, toàn bộ tiêu đề và mã của tài khoản cũng như nhiều khe lưu trữ khóa sẽ được lưu trữ dưới cùng một thân cây. Nếu dữ liệu dưới thân cây đã cho không được đọc hoặc ghi trong vòng 6 tháng, thì dữ liệu đó sẽ không còn được lưu trữ, mà chỉ lưu trữ cam kết 32 byte của dữ liệu đó ( "gốc" ). Giao dịch truy cập dữ liệu trong tương lai sẽ cần phải "hồi sinh" dữ liệu và cung cấp chứng cứ để kiểm tra theo gốc.

Còn có những phương pháp khác để thực hiện những ý tưởng tương tự. Ví dụ, nếu mức độ chi tiết của tài khoản không đủ, chúng ta có thể xây dựng một kế hoạch, trong đó mỗi phần 1/232 của cây được kiểm soát bởi một cơ chế tương tự như thân lá.

Do các yếu tố khuyến khích, điều này trở nên khó khăn hơn: kẻ tấn công có thể "cập nhật cây" bằng cách đưa một lượng lớn dữ liệu vào một nhánh con duy nhất và gửi một giao dịch mỗi năm, buộc khách hàng phải lưu trữ một lượng lớn trạng thái vĩnh viễn. Nếu bạn làm cho chi phí gia hạn tỷ lệ thuận với kích thước cây ( hoặc tỷ lệ nghịch với thời gian gia hạn ), thì có thể có ai đó làm hại người dùng khác bằng cách đưa một lượng lớn dữ liệu vào cùng một nhánh con với họ. Mọi người có thể cố gắng hạn chế cả hai vấn đề này bằng cách làm cho độ phân giải động dựa trên kích thước nhánh con: ví dụ, mỗi 216= 65536 đối tượng trạng thái liên tiếp có thể được coi là một "nhóm". Tuy nhiên, những ý tưởng này phức tạp hơn; phương pháp dựa trên nhánh rất đơn giản và có thể điều chỉnh các biện pháp khuyến khích, vì thường là nhánh.