Vitalik: El posible futuro de Ethereum, The Purge

Uno de los desafíos que enfrenta Ethereum es que, por defecto, la expansión y complejidad de cualquier protocolo de blockchain tiende a aumentar con el tiempo. Esto ocurre en dos lugares:

Datos históricos: Todas las transacciones realizadas y las cuentas creadas en cualquier momento de la historia deben ser almacenadas permanentemente por todos los clientes y descargadas por cualquier nuevo cliente, de modo que se sincronicen completamente con la red. Esto provocará que la carga del cliente y el tiempo de sincronización aumenten continuamente con el tiempo, incluso si la capacidad de la cadena se mantiene constante.

Función del protocolo: agregar nuevas funciones es mucho más fácil que eliminar funciones antiguas, lo que lleva a un aumento de la complejidad del código con el tiempo.

Para que Ethereum pueda mantenerse a largo plazo, necesitamos ejercer una fuerte presión en contra de estas dos tendencias, reduciendo la complejidad y la expansión con el tiempo. Pero al mismo tiempo, necesitamos preservar una de las propiedades clave que hacen que la blockchain sea grandiosa: la persistencia. Puedes colocar un NFT, una carta de amor en los datos de una llamada de transacción, o un contrato inteligente que contenga 1 millón de dólares en la cadena, entrar en una cueva durante diez años y al salir descubrir que todavía está allí esperando que lo leas e interactúes. Para que las DApps se descentralicen completamente y eliminen las claves de actualización, necesitan estar seguras de que sus dependencias no se actualizarán de manera que las destruyan, especialmente la L1 misma.

Si nos comprometemos a equilibrar estas dos demandas y a minimizar o revertir la obsolescencia, complejidad y deterioro mientras mantenemos la continuidad, esto es absolutamente posible. Los organismos pueden lograr esto: aunque la mayoría de los organismos envejecen con el tiempo, unos pocos afortunados no lo hacen. Incluso los sistemas sociales pueden tener una vida útil muy larga. En ciertos casos, Ethereum ha tenido éxito: la prueba de trabajo ha desaparecido, el código de operación SELFDESTRUCT ha desaparecido en su mayoría, y los nodos de la cadena de referencia han almacenado datos antiguos de hasta seis meses. Encontrar este camino para Ethereum de una manera más general y avanzar hacia un resultado final estable a largo plazo es el desafío definitivo para la escalabilidad a largo plazo de Ethereum, la sostenibilidad técnica e incluso la seguridad.

The Purge: objetivo principal.

Reducir los requisitos de almacenamiento del cliente al disminuir o eliminar la necesidad de que cada nodo almacene permanentemente todos los registros históricos o incluso el estado final.

Reducir la complejidad del protocolo eliminando funciones innecesarias.

Índice del artículo:

Historial de expiración

Estado de caducidad（状态到期）

Limpieza de características

Expiración de historial

¿Qué problema resuelve?

Hasta el momento de redactar este artículo, un nodo de Ethereum completamente sincronizado requiere aproximadamente 1.1 TB de espacio en disco para ejecutar el cliente, además de varios cientos de GB de espacio en disco para el cliente de consenso. La mayor parte de esto es histórico: datos sobre bloques históricos, transacciones y recibos, la mayor parte de los cuales tiene varios años de antigüedad. Esto significa que incluso si el límite de Gas no aumenta en absoluto, el tamaño del nodo continuará aumentando varios cientos de GB cada año.

¿Qué es eso y cómo funciona?

Una característica clave de simplificación del problema del almacenamiento histórico es que, dado que cada bloque apunta al bloque anterior a través de un enlace hash (y otras estructuras), es suficiente alcanzar un consenso sobre el actual para alcanzar un consenso sobre el histórico. Siempre que la red alcance un consenso sobre el bloque más reciente, cualquier bloque, transacción o estado histórico (saldo de cuenta, número aleatorio, código, almacenamiento) puede ser proporcionado por cualquier participante individual junto con una prueba Merkle, y esa prueba permite a cualquier otra persona verificar su corrección. El consenso es un modelo de confianza de N/2 de N, mientras que la historia es un modelo de confianza de N de N.

Esto nos proporciona muchas opciones sobre cómo almacenar el historial. Una elección natural es una red donde cada nodo almacena solo una pequeña parte de los datos. Esta ha sido la forma de operar de las redes de semillas durante décadas: aunque la red almacena y distribuye millones de archivos en total, cada participante almacena y distribuye solo unos pocos de esos archivos. Tal vez, en contra de la intuición, este enfoque ni siquiera necesariamente reduce la robustez de los datos. Si al hacer que los nodos funcionen de manera más económica, podemos construir una red con 100,000 nodos, donde cada nodo almacena el 10% aleatorio del historial, entonces cada dato será copiado 10,000 veces - exactamente el mismo factor de replicación que una red de 10,000 nodos, donde cada nodo almacena todo.

Hoy en día, Ethereum ha comenzado a deshacerse del modelo en el que todos los nodos almacenan permanentemente toda la historia. Los bloques de consenso (es decir, la parte relacionada con el consenso de prueba de participación) solo almacenan datos durante aproximadamente 6 meses. Los blobs solo se almacenan durante aproximadamente 18 días. EIP-4444 tiene como objetivo introducir un período de almacenamiento de un año para bloques históricos y recibos. El objetivo a largo plazo es establecer un período unificado (posiblemente de aproximadamente 18 días), durante el cual cada nodo es responsable de almacenar todo, y luego establecer una red peer-to-peer compuesta por nodos de Ethereum, que almacenará datos antiguos de manera distribuida.

Los códigos de borrado se pueden utilizar para aumentar la robustez, manteniendo al mismo tiempo el mismo factor de replicación. De hecho, Blob ya ha implementado códigos de borrado para soportar el muestreo de disponibilidad de datos. La solución más simple probablemente sea reutilizar estos códigos de borrado y también colocar los datos de ejecución y consenso en el blob.

¿qué conexiones tiene con la investigación existente?

EIP-4444；

Torrents y EIP-4444；

Portal de red;

Portal Network y EIP-4444;

Almacenamiento y recuperación distribuidos de objetos SSZ en Portal;

¿Cómo aumentar el límite de gas (Paradigm)?

¿Qué más necesita hacerse y qué se debe considerar?

El trabajo principal que queda incluye la construcción e integración de una solución distribuida específica para almacenar el historial ------ al menos el historial de ejecución, pero finalmente también incluye el consenso y blob. La solución más sencilla es (i) simplemente introducir una biblioteca de torrent existente, así como (ii) una solución nativa de Ethereum llamada Portal Network. Una vez que se introduzca cualquiera de estas, podremos activar el EIP-4444. El EIP-4444 en sí no requiere un hard fork, pero sí necesita una nueva versión del protocolo de red. Por lo tanto, es valioso habilitarlo para todos los clientes al mismo tiempo, de lo contrario existe el riesgo de que los clientes fallen al conectarse a otros nodos esperando descargar el historial completo, pero en realidad no lo obtienen.

Las principales consideraciones involucran cómo nos esforzamos por proporcionar datos históricos "antiguos". La solución más simple es dejar de almacenar historia antigua mañana y depender de los nodos de archivo existentes y varios proveedores centralizados para la replicación. Esto es fácil, pero debilita la posición de Ethereum como un lugar de registro permanente. Un enfoque más difícil pero más seguro es construir e integrar primero una red torrent para almacenar el historial de manera distribuida. Aquí, "cuánto nos esforzamos" tiene dos dimensiones:

¿Cómo nos esforzamos por garantizar que el conjunto de nodos más grande realmente almacene todos los datos?

¿Qué tan profunda es la integración del almacenamiento histórico en el protocolo?

Un enfoque extremadamente paranoico para (1) implicaría la prueba de custodia: en realidad, requeriría que cada validador de prueba de participación almacenara un porcentaje específico de registros históricos y verificara periódicamente de manera encriptada si lo está haciendo. Un enfoque más suave sería establecer un estándar voluntario para el porcentaje de historia almacenada por cada cliente.

Para (2), la implementación básica solo involucra el trabajo que ya se ha completado hoy: el Portal ya ha almacenado un archivo ERA que contiene toda la historia de Ethereum. Una implementación más completa implicaría conectarlo realmente al proceso de sincronización, de modo que, si alguien desea sincronizar un nodo de almacenamiento de historial completo o un nodo de archivo, incluso si no hay otros nodos de archivo en línea, podría hacerlo mediante la sincronización directa desde la red del portal.

¿Cómo interactúa con otras partes del mapa de ruta?

Si queremos que ejecutar o iniciar nodos sea extremadamente fácil, reducir los requisitos de almacenamiento histórico puede ser más importante que la ausencia de estado: de los 1.1 TB requeridos por el nodo, aproximadamente 300 GB son estado, y los restantes aproximadamente 800 GB se han convertido en históricos. Solo al lograr la ausencia de estado y EIP-4444 se podrá realizar la visión de ejecutar un nodo de Ethereum en un reloj inteligente y configurarlo en solo unos minutos.

Limitar el almacenamiento histórico también hace que los nodos de Ethereum más nuevos sean más viables, ya que solo admiten la última versión del protocolo, lo que los hace más simples. Por ejemplo, ahora se pueden eliminar de manera segura muchas líneas de código, ya que todos los espacios de almacenamiento vacíos creados durante el ataque DoS de 2016 han sido eliminados. Dado que la transición a la prueba de participación se ha convertido en historia, los clientes pueden eliminar de forma segura todo el código relacionado con la prueba de trabajo.

Expiración del estado

¿Qué problema resuelve?

Incluso si eliminamos la necesidad de que el cliente almacene el historial, la demanda de almacenamiento del cliente seguirá creciendo, aproximadamente 50 GB al año, ya que el estado sigue creciendo: saldos de cuentas y números aleatorios, código de contrato y almacenamiento de contrato. Los usuarios pueden pagar una tarifa única, lo que generará una carga para los clientes de Ethereum en el presente y en el futuro.

El estado es más difícil de "expirar" que la historia, porque la EVM está diseñada fundamentalmente en torno a la suposición de que una vez que se crea un objeto de estado, siempre existirá y podrá ser leído en cualquier momento por cualquier transacción. Si introducimos la falta de estado, algunos creen que este problema quizás no es tan malo: solo las clases de constructores de bloques especializados necesitan almacenar realmente el estado, mientras que todos los demás nodos (¡incluso aquellos que generan listas!) pueden funcionar sin estado. Sin embargo, hay una opinión que sostiene que no queremos depender demasiado de la falta de estado, y que al final podríamos querer hacer que el estado expire para mantener la descentralización de Ethereum.

¿Qué es? ¿Cómo funciona?

Hoy, cuando crea un nuevo objeto de estado (esto puede ocurrir de una de las siguientes tres maneras: (i) enviando ETH a una nueva cuenta, (ii) creando una nueva cuenta con código, (iii) configurando un espacio de almacenamiento que no se ha tocado previamente), ese objeto de estado permanece en ese estado para siempre. En cambio, lo que queremos es que los objetos caduquen automáticamente con el tiempo. El desafío clave es lograr esto de manera que cumpla con tres objetivos:

Eficiencia: no se necesita una gran cantidad de cálculos adicionales para ejecutar el proceso de vencimiento.

Amigabilidad del usuario: si alguien entra en una cueva durante cinco años y regresa, no debería perder el acceso a las posiciones de Ether, ERC20, NFT, CDP...

Amigabilidad para los desarrolladores: los desarrolladores no tienen que cambiar a un modelo de pensamiento completamente desconocido. Además, las aplicaciones que actualmente están rígidas y no se actualizan deberían poder seguir funcionando normalmente.

No cumplir con estos objetivos hace que sea fácil resolver problemas. Por ejemplo, puedes hacer que cada objeto de estado también almacene un contador de fecha de expiración (que se puede extender quemando ETH, lo que podría suceder automáticamente en cualquier momento durante la lectura o escritura), y tener un proceso que recorra el estado para eliminar los objetos de estado con fechas de expiración. Sin embargo, esto introduce cálculos adicionales (incluso requerimientos de almacenamiento), y definitivamente no puede satisfacer los requisitos de facilidad de uso. A los desarrolladores también les resulta difícil razonar sobre los casos límite en los que los valores de almacenamiento a veces se restablecen a cero. Si estableces un temporizador de expiración dentro del alcance del contrato, esto técnicamente haría la vida más fácil para los desarrolladores, pero haría que la economía se volviera más complicada: los desarrolladores deben considerar cómo "trasladar" el costo de almacenamiento continuo a los usuarios.

Estos son problemas que la comunidad de desarrollo central de Ethereum ha estado trabajando durante años, incluyendo propuestas como "alquiler de blockchain" y "renacimiento". Finalmente, combinamos las mejores partes de las propuestas y nos centramos en dos categorías de "las soluciones conocidas como las menos malas":

• Solución para el estado de parte expirado
• Sugerencia de expiración de estado basada en el ciclo de direcciones.

Expiración parcial del estado

Algunas propuestas de estado que han expirado siguen los mismos principios. Dividimos el estado en bloques. Todos almacenan permanentemente el "mapeo superior".