Vitalik: 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 gia tăng theo thời gian. Điều này xảy ra ở hai nơi:

Dữ liệu lịch sử: Tất cả các giao dịch diễn ra vào bất kỳ thời điểm nào trong lịch sử và bất kỳ tài khoản nào được tạo ra đều cần được tất cả các khách hàng lưu trữ vĩnh viễn và được tải xuống bởi bất kỳ khách hàng mới nào, do đó hoàn toàn đồng bộ với mạng. Điều này sẽ dẫn đến tải trọng của 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 giao thức: Thêm chức năng mới dễ dàng hơn nhiều so với việc xóa chức năng cũ, dẫn đến độ phức tạp của mã ngày càng tăng theo thời gian.

Để Ethereum có thể duy trì lâu dài, chúng ta cần áp dụng sức ép 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 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 bạn trở ra sẽ phát hiện nó vẫn đang ở đó chờ bạn đọc và tương tác. Để DApp có thể hoàn toàn phi tập trung một cách an toàn và xóa khóa nâng cấp, họ cần chắc chắn rằng các phụ thuộc của họ sẽ không được nâng cấp theo cách phá hoại họ - 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 duy trì tính liên tục, điều này hoàn toàn có thể. Sinh vật có thể làm được điều này: trong khi hầu hết các sinh vật sẽ già đi theo thời gian, một số ít may mắn sẽ 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 phần lớn đã biến mất, và các nút chuỗi tín hiệu đã lưu trữ dữ liệu cũ tối đa trong 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 thử thách 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 mỗi nút lưu trữ vĩnh viễn tất cả các bản ghi lịch sử hoặc thậm chí trạng thái cuối cùng.

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 trạng thái（状态到期）

Feature cleanup（特征清理）

Lịch sử hết hạn

Giải quyết vấn đề gì?

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, và 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, phần lớn đã có từ nhiều năm trước. Điều này có nghĩa là ngay cả khi giới hạn Gas không tăng, kích thước của nút vẫn 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 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 nào cũng như 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 chỉ lưu trữ một phần nhỏ dữ liệu tại mỗi nút. Đây là cách mà mạng hạt giống hoạt động trong nhiều thập kỷ: mặc dù mạng 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 lẽ 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 lưới với 100.000 nút, trong đó mỗi nút lưu trữ 10% lịch sử ngẫu nhiên một cách tiết kiệm hơn, thì mỗi dữ liệu sẽ được sao chép 10.000 lần - giống hệt như hệ số sao chép của mạng 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 (tức là phần liên quan đến đồng thuận Proof of Stake) 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, lưu trữ dữ liệu cũ theo cách phân tán.

Mã xóa có thể được sử dụng để cải thiện độ bền, đồng thời giữ nguyên hệ số sao chép. Trên thực tế, Blob đã thực hiện mã xóa để hỗ trợ việc lấy mẫu tính khả dụng của dữ liệu. Giải pháp đơn giản nhất có thể là tái sử dụng mã xóa này và đưa cả dữ liệu thực thi và khối đồng thuận vào blob.

có mối liên hệ nào với nghiên cứu hiện tại?

EIP-4444；

Torrents và EIP-4444；

Cổng mạng;

Cổng mạng 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, 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) 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 phải 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 hoàn chỉnh nhưng thực tế không nhận được.

Các cân nhắc chính liên quan đến việc chúng tôi nỗ lực như thế nào để 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 phụ thuộc vào các nút lưu trữ hiện có và các nhà cung cấp tập trung khác nhau để sao chép. Điều này dễ dàng, nhưng nó làm yếu đi vị thế của Ethereum như một địa điểm ghi chép vĩnh viễn. Cách thức khó khăn 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 nỗ lực như thế nào" có hai chiều:

Chúng tôi làm 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 xử lý (1) sẽ liên quan đến chứng minh lưu ký: thực tế yêu cầu mỗi trình xác thực chứng minh quyền sở hữu lưu trữ một tỷ lệ nhất định của lịch sử và định kỳ kiểm tra chúng bằng cách mã hóa để xem liệu họ có làm như vậy hay không. Một phương pháp nhẹ nhàng hơn là thiết lập một tiêu chuẩn tình 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 triệt để hơn sẽ liên quan đến việc kết nối thực tế nó với quá 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 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 tính không trạng thái: 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 nào thực hiện tính không trạng thái và EIP-4444, mới có thể hiện thực hóa tầm nhìn 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 xóa một cách an toàn nhiều dòng mã, vì các ô lưu trữ trống được tạo ra trong cuộc tấn công DoS năm 2016 đã được xóa hoàn toàn. Bây giờ khi việc chuyển sang chứng minh cổ phần đã trở thành lịch sử, khách hàng có thể xóa một cách an toàn tất cả mã liên quan đến chứng minh 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 khách hàng, nhu cầu lưu trữ của khách hàng vẫn sẽ tiếp tục tăng, khoảng 50 GB mỗi năm, do 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 thanh toán một khoản phí một lần, do 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 về cơ bản được thiết kế dựa trên giả định như vậy: 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 cần các lớp xây dựng khối chuyên biệt cần thực sự lưu trữ trạng thái, trong khi tất cả các nút khác (thậm chí bao gồm cả 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 tính 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 khe lưu trữ chưa được sử dụng trước đó), đối tượng trạng thái đó sẽ luôn 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:

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

Tính thân thiện với người dùng: Nếu ai đó vào hang động năm năm và trở lại, họ không nên mất quyền truy cập vào các vị trí 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 xa lạ. Hơn nữa, các ứng dụng hiện tại đã cứng nhắc và không được cập nhật nên vẫn 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 gia hạn ngày hết hạn bằng cách đốt ETH, điều này có thể xảy ra tự động khi đọc hoặc ghi bất kỳ lúc nào), 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 tạo ra thêm tính toán (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 khăn trong việc suy luận các tình huống 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 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.

Những điều này là những vấn đề mà cộng đồng phát triển cốt lõi 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 trạng thái hết hạn dựa trên chu kỳ địa chỉ.

Hết hạn trạng thái một phần

Một số đề xuất hết hạn trạng thái đều tuân theo nguyên tắc giống nhau. Chúng tôi chia trạng thái thành các khối. Mọi người đều lưu trữ vĩnh viễn "bản đồ hàng đầu".