火星獨家 | 通向以太坊2.0：讀懂「無狀態驗證機制」_ETH2.0

編譯|Bite@火星財經App

以太坊?2.0最廣為人知的變化是Staking和分片，這些變化都是從以太坊中獲得靈感。

當以太坊在2015年推出時，它引入了“通用”區塊鏈的概念，任何人可以在網絡上構建與ETH和各種代幣互動的應用程序。這些應用為去中心化金融(DeFi)打開了成熟大門，并發展到持有超過10億美元抵押資產的金融產品。

以太坊?2.0距離全面啟動仍需要2–3年的時間，并且Eth2.0將被部署為由信標鏈與多條分片鏈構成的獨立區塊鏈，而Eth1.0需要經過改動與升級方能成為Eth2.0中的其中一條分片鏈。這意味著現在運行的以太坊1.0區塊鏈需要進行改動，并且在未來的5~10年保持運作，持續發展。而?Eth1.x即為以太坊1.0升級版本的代稱。Eth1.x的首要目標旨在解決現在區塊鏈日益增長的資料負擔。

某鯨魚地址4小時前以51萬枚USDC購買3338億枚PEPE:7月21日消息，據Spot on Chain監測，0x31f開頭鯨魚地址在約4小時前以0.0000001528美元的均價將51萬枚USDC兌換為3338億枚PEPE。該巨鯨在這個周期中賺了2.2萬美元；目前持有4.1萬億枚PEPE（616萬美元）；在上一次PEPE交易中損失了74萬美元；從0x9e0開頭地址收到USDC，曾經通過交易PEPE獲得1453萬美元。[2023/7/21 15:50:31]

當人們談論以太坊及其狀態規模時，你可能聽說過“狀態膨脹”(statebloat)。這是指支付一次GAS費會讓你的數據在以太坊區塊鏈上永久保存，從而導致一個無限的、不斷增長的狀態，其中甚至有很多無用數據。狀態在存儲空間上膨脹，這意味著隨著網絡的使用，以太坊節點需要更多的存儲或更高性能的硬件。從長遠來看，這增加了以太坊節點運行的門檻，并且每當區塊GAS限制增加時，狀態增長就成為一個更大的問題。

比特幣礦企Pow.re在巴拉圭建設礦場，并購買3600臺Whatsminer礦機:10月14日消息，加密貨幣礦企Pow.re Holdings Limited宣布已開始在巴拉圭亞松森建設兩個新的比特幣挖礦設施，其中一個預計將在2022年第四季度末全面投入運營，另外一個預計2023年第一季度建成。

該公司還購買3600臺Microbt Whatsminer礦機，算力達396 PH/s。（Bitcoin.com）[2022/10/14 14:27:53]

無狀態性

無狀態客戶端的概念是最先由?Vitalik在探索Sharding(分片)的情況下提出來的，但之后在圍繞Eth1.X的討論中也被探討。起初這種方式被認為太過復雜，但隨著Trinitybeansync?方式展現了semi-statelessness(半無狀態性)對于輕客戶端的可行性，無狀態客戶端的概念獲得了很多支持。

Amber Group完成收購日本加密交易平臺DeCurret，并推出數字資產平臺WhaleFin:9月23日消息，在日本金融服務廳（FSA）注冊的加密資產交換服務提供商DeCurret Inc.今天宣布，在Amber Group完成收購后，其公司名稱已變更為Amber Japan K.K.。根據完成的收購和名稱變更，該公司將在日本推出Amber Group的數字資產平臺WhaleFin。（AMBCrypto）[2022/9/23 7:16:52]

什么是“狀態”？

要解釋無狀態以太坊，我們首先需要理解“狀態”(state)的概念。當我們提到“狀態”時，一般是指“事務的狀態”。

以太坊的完整“狀態”描述了所有賬戶和余額的當前狀態，以及在EVM中部署和運行的所有智能合約的集體歷史。鏈上每個最終確定的區塊，都有且只有一個狀態，這是由網絡中的所有參與者共同確認的。每當有新的區塊被添加到鏈上，狀態都會隨之改變且更新。

BTC礦工收入創3個月高點:金色財經消息，Glassnode數據顯示，目前BTC礦工收入達2,165,117.11美元，創3個月高點。[2022/9/10 13:21:43]

我們來看一下以太坊客戶端軟件中一般的交易過程：

在區塊中執行交易需要交易數據，及當前狀態；執行結束后，原本的當前狀態變為歷史狀態，同時產生新的當前狀態。處理交易可能還需要一些別的數據，但我們先忽略這些大小固定且無關緊要的部分。執行交易還會產生明細，但在討論無狀態客戶端時也可暫時忽略。

無狀態客戶端的核心思想是：在區塊中執行交易過程時，不訪問整個狀態。

Eth?1.X擴容難題

Eth1.x研究的重點是將當前的以太坊鏈轉移到“無狀態客戶端”(Stateless以太坊)，最終目標是順利過渡成為Eth2.0中的一個執行環境(ExecutiveEnvironment)。

美總統拜登：通貨膨脹是“我們生存的禍根”:6月9日消息，美國總統拜登表示，通貨膨脹是“我們生存的禍根”。(金十)[2022/6/9 4:13:20]

以太坊已經發布了近5年的時間，驚人增長的背后也讓業界注意到了它的瓶頸是什么，隨著越來越難運行全節點，以太坊網絡可能會變得越來越中心化；隨著網絡延遲的增加，它的速度可能會越來越慢；隨著“狀態膨脹”的出現，區塊驗證可能變得越發困難。最終，隨著交易吞吐量達到上限，且客戶端改進越來越難以實現，終端用戶與核心開發者都將非常受挫。

以太坊2.0

以太坊2.0是加密貨幣領域有史以來最大的開源，旨在提供一個全新系統，實現以太坊更多預期目標。你可能聽說過Casper和分片，但是其中包含了許多以太坊?2.0將包含的目標。

由于以太坊2.0的很多改進對于現有ETH1.0來說肯定是突破性的改變，這些改變將建立在Eth2鏈上，現有的以太坊1.0鏈將被“插入”新系統中。這樣一來，Eth2就不需要對現有網絡進行復雜的升級，以太坊網絡將正常運行，并享受新系統帶來的所有好處。

Eth1.X的核心目的有兩個：

(A)延長Eth1.0的壽命。

(B)與Eth2.0鏈接。

由于Eth2.0中的分片將是無狀態的，因此「無狀態」將是參與Eth2.0區塊驗證的先決條件。Eth1.0要與Eth2.0相容的話勢必得支援無狀態運作，方能順利過度，與Eth2.0介接。

具體來說，是找到一種方式讓以太坊網絡中的部分節點可以將保留整個以太坊狀態的副本變為一個選項，而非必須。因此，要讓現行的以太坊網絡能夠支援沒有保存完整全網狀態的輕量級節點：「無狀態節點」參與到網絡中的新區塊驗證。

重要的是，轉向無狀態或半無狀態范式對現有Eth1.0網絡的破壞要小于狀態租金之類的方式，因為這種方式不會對現有客戶端帶來重大的更改。有狀態節點和無狀態輕客戶端可以同時共存，且semi-stateless(半無狀態)的以太坊將為試驗不同的客戶端實現提供了更多的機遇。同時，Eth2.0中的分片(shards)幾乎可以肯定會是無狀態的，因此當時機成熟時，這將為Eth1.0最終向Serenity過渡開辟出一條新的道路。

Eth2.0將朝著無狀態的目標發展，這意味著輕節點將能夠驗證所有交易以及狀態的所有部分，而無需實際存儲任何狀態。無狀態允許輕客戶端以各種狀態/無狀態存在，每個狀態都需要不同的規范，從而使節點更易于訪問。

由于每個分片都有自己獨特的狀態，Eth2中的驗證者需要在驗證分片的狀態上執行狀態變化。無狀態協議使得驗證者不必每次在切換時下載分片狀態，只需要下載代表數據的二進制merkle樹。分片越多，狀態增長越無止境，總會有像交易所或區塊探索者這樣的服務，激勵他們保留所有的分片鏈狀態/數據，并不計成本地準確交付。

這為充當“狀態提供者”的軟件打開了方便之門，這些軟件向驗證器提供事務更改的狀態部分，因此它們可以輕松地執行狀態更改。狀態中繼器幫助將驗證過程中的磁盤I/O和存儲密集型部分完全轉移到另一個實體。這為有趣的激勵計劃打開了大門，并使驗證者大大受益，他們不再需要保留整個分片狀態。

以上介紹，相信讀者們應該對于現行的Eth1.0升級到Eth1.x需要進行的改動有簡單的認識。在Eth1.x升級完成后，人們將能用便宜的硬件運行自己的無狀態節點，更多能夠參與驗證的輕節點可以進一步維護全網的安全性。

擁有無狀態驗證機制的Eth1.x方能順利和Eth2.0的信標鏈與其它分片鏈介接，正式讓以太坊網絡進入由無狀態驗證機制與分片技術構筑成的輕量化Eth2.0未來。

參考文章：

IvanMartinez：WhatETH2haslearnedfromETH1

以太坊中文網

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