觀點：以太坊狀態規模管理諸提議（上）_NFT

以太坊協議所面臨的一個最為長久且尚未解決的挑戰，就是由于狀態數據規模不斷增長而帶來的問題。以太坊區塊鏈上的許多操作都會給以太坊添加狀態內容，而所有全節點都必須存儲全量的狀態數據，這樣才能驗證新區塊以及制造新區塊。這些操作只需事務的發送者一次性繳交按gas用量來計量的手續費，但會給整個網絡造成永久的持續性成本，因為節點需要存儲這些新數據。

這是系統設計中的一個顯著的失衡，可能會讓以太坊系統變得越來越難用，因為狀態中充斥著不再有用處的“垃圾數據”。本文的目的是詳細解釋問題產生的根源，以及一些解決該問題的方法。如果我們能實現某個解決方案，這將為安全地大幅提高區塊Gas上限鋪平道路。

本文所論述的研究領域仍在推進中，隨時有可能出現更新、更好的想法和更優雅的權衡。

引言：問題出在哪？

“狀態”指的是節點若想處理新產生的區塊和事務就必須存有的信息。狀態與“歷史”完全不同，后者是關于過去時間的信息，節點可以保存這些信息以便日后重新廣播或歸檔，但并不是處理區塊鏈所必需的。

觀點：加密貨幣無法替代實物，因為它容易遭受巨額損失:金色財經報道，道富環球投資顧問公司 (State Street Global Advisors) 的George Milling-Stanley運營著全球最大的黃金上市交易基金，他認為加密貨幣無法替代實物，因為它容易遭受巨額損失。該公司首席黃金策略師本周表示，波動性并不能支持任何關于加密貨幣作為黃金競爭對手的長期戰略資產。[2023/7/30 16:06:26]

在以太坊協議中，狀態信息包括：

賬戶的ETH余額和nonce

智能合約的代碼

智能合約的存儲項

與共識機制相關的數據

歷史信息則由舊的區塊和收據組成。EVM中沒有操作碼可以讓你訪問舊區塊、舊事務和內容和收據輸出，所以節點丟棄這些數據也仍然能驗證新區塊，所以這些是歷史信息。

觀點：BAYC NFT的地板價跌至近兩年新低，引發了對藏品價值的質疑:金色財經報道，專家表示，本周Bored Ape Yacht Club NFT的地板價跌至近兩年來的最低價格，引發了藏家對該藏品價值的質疑。但地板價只是用于評估NFT的一個指標，評估NFT的價值還有其他重要因素。與此同時，隨著創作者、平臺和收藏家繼續就此事發生爭執，本月NFT版稅支出有所下降。[2023/7/8 22:25:22]

上述狀態信息列表中的最后一項——共識機制相關數據——在設計上已經精心限制了其規模，因此我們不太需要為此困擾。但前面三項，就令人頭大了。這三類狀態信息的規模會隨著時間推移而不斷增大，因為不斷會有新用戶加入網絡，他們會創建新的賬戶、新的合約，還會加入合約、收到token什么的。

難辦的是，許多狀態用過之后就會靜靜地躺在那里；一旦某個用戶停用某個應用之后，就會產生一些“垃圾狀態”——不會再派上用場，但會永遠存在那里。

觀點：比特幣的波動性是主要吸引力，也是加密貨幣呈指數級增長的原因:Real Vision創始人兼首席執行官Raoul Pal說，比特幣的波動性是其主要吸引力，而不是漏洞，這也正是加密貨幣呈指數級增長的原因。他說：“人們必須學會適應這種易變的資產，因為風險和回報的上升幅度如此之大。”Pal表示自己擁有多元化的加密資產組合，涵蓋了平臺幣、DeFi及社區代幣。他透漏：“我現在的資產50％是比特幣，30％是以太坊，20％是其他代幣，我試圖在整個加密領域中保持平衡，因為我真的不知道在這個領域中什么幣會贏，什么幣不會贏。”關于最近大熱的狗狗幣，Pal表示：“它會永遠持續下去嗎？誰知道呢？但是我買了一些狗狗幣，因為人群在涌入。”Pal認為，加強監管和不確定性可能會使比特幣走低，我們將看到更多的風險回歸。（路透社）[2021/4/21 20:44:02]

理論上，用戶可以做到“垃圾不落地”。用戶可以僅發布帶有SELFDESTRUCT條件的合約，等他們再也用不上這個合約的時候，就調用這個操作碼移除這個合約、清空其token余額；他們還可以使用智能合約錢包，通過一個已有的外部持有賬戶來發送交易，而無需生成一個新的EOA。

觀點：數字美元賬戶將金融體系化 導致集權問題:針對此前的數字美元經濟刺激提案，紐約大學法學兼職教授Max Raskin稱，現在私人銀行充當中間人，并為此收費。有人沒有足夠儲蓄參與私人銀行體系，或不信任該體系。數字美元系統將允許政府補貼沒有銀行賬戶的人，并直接針對反周期的貨幣刺激，甚至制定非自由裁量的貨幣規則。但其產生的誘惑和令人擔憂的激勵實在太大，無法證明這樣的邊際效益是合理的。在剔除中間人的過程中，該計劃將剔除銀行賬戶和華盛頓利維坦之間的障礙。若政府決定將資金直接注入競爭對手的銀行賬戶，用戶賬戶上的每一筆貸款或借額都將受制于投票箱，或者更糟的是受制于官僚機構。對這種權力的制約肯定會存在，但鑒于兩黨意見空前分歧的環境，完全有可能繞開。這樣的系統使政府印刷機不受準備金限制，這將允許政府僅在某些上不受歡迎的地區實施負利率。數字美元賬戶將由FDIC承保，但如果真的需要這種保險，對面臨惡性通脹的美國人來說是冰冷的安慰。作為最后貸款人，美聯儲不能違約。但如果美聯儲向私人銀行提供流動性，它們也不能這樣。若經濟發展到可能出現這種情況的程度，人們只會對美聯儲而不是個別銀行失去信心，這是另一個集權問題。(CoinDesk)[2020/5/2]

但是在實踐中，這樣的激勵非常少，而適當的狀態清理的技術復雜性又太大了。在許多合約中，給任何人賦予這樣調用SELFDESTRUCT的權限都是不合適的，而且，也會給用戶體驗和代碼上也會增加很多復雜性。實際上，由于SELFDESTRUCT用處極其有限而副作用極大，我更傾向于永遠移除這個操作碼。如果我們真想控制狀態數據的規模，我需要的是一個網絡中的節點可以默認丟棄不再被使用的“垃圾狀態”的方法。

觀點：與礦工有關的數個因素表明BTC將進一步下跌:總部位于西雅圖的加密對沖基金Strix Leviathan創始人Jesse Proudman最近考慮了幾個與礦工有關的簡單因素，這些因素可能意味著目前的拋售遠未結束：“比特幣礦工將面臨：收入將在大約62天內減半；獲得貸款或股權資本的能力變得受限；其他投資的資產負債表被掏空。你還要跟我說未來60天的看漲前景？反正S2F模型不能說服我，”與這一分析相反的觀點是，雖然比特幣的通脹率將從3.66%下降到大約1.8%，但需求將保持不變或增長，從而成為價格增長的催化劑。然而，這將需要相當長的一段時間才能看到效果，而在減半前后的幾周內，比特幣可能會進一步明顯下跌。（CryptoSlate）[2020/3/10]

無狀態客戶端

這個問題的一類解決方案基于“無狀態客戶端”的觀念。基本原理是，讓區塊驗證不再以持有全局狀態為前提。相反，區塊會自帶證據”），證明其所訪問狀態的值。就跟現在的設計一樣，區塊內會包含一個“狀態根”，所訪問的值可以對應著狀態根得到證明。以太坊現在的狀態樹方案支持這樣的證明技術，像二進制樹或者VerkleTrie這樣更高效的方案也可以。見證數據也會證明處理完該塊后新狀態根的正確性。

無狀態性有兩種形式：

弱無狀態性：出塊者仍然需要完整的狀態，以為區塊生成見證數據；但驗證區塊的階段可以是無狀態的；

強無狀態性：沒有任何節點需要完整的轉臺。反過來，是交易發送者需要提供見證數據，而出塊者可以聚合這些數據。交易發送者自己負責存儲為所關切的賬戶生成見證數據所需的部分狀態樹。

強無狀態性是一個非常“優雅”的解決方案，因為它把責任完全轉移給了用戶，雖然為了保證實踐中的良好用戶體驗，我們需要創造某些類型的協議來幫助不運行個人節點的用戶維護狀態、并處理用戶需要與意料之外的賬戶交互的情形。打造這樣的協議非常難。

此外，所有類型的無狀態性都提高了網絡所需的數據帶寬；而強無狀態性還需要交易聲明其所交互的賬戶及存儲項的鍵。

一個更溫和的解決方案：狀態過期

更溫和的解決方案可以歸結為不同形式的“狀態過期”方案。必須持續得到訪問的狀態才能保持“激活狀態”；而長期無人問津的狀態會變成“失活”。具體用什么機制來更新狀態，有很多選擇，但一般原則是，除非某個狀態對象被顯式地更新，否則就以某種形式處于失活狀態。因此，任何創建新狀態對象的活動，都只能成為節點在一段時間內的負擔，而不像現在這樣變成永久負擔。

失活狀態，故名思義，就不是“狀態”的一部分；想要處理區塊或創建區塊的節點無需存儲失活狀態。不過，失活狀態不是被完全刪除了！在所有類型的狀態過期提案中，都預設了某種方法可以“復活”已經失活的狀態。

一般原則是，激活狀態的使用與當前相同，而失活狀態則需通過上述無狀態客戶端的機制來使用。復活一個過期狀態對象的事務需要提供一個證據，來證明該對象是失活狀態的一部分。為了能夠生成這樣的證據，用戶自己需要存儲和維護至少一部分失活狀態。

何時過期

決定過期條件的設計也有很多種。最常見的幾種是：

直接租金：逐塊逐塊收取“租金”，直接以每個賬戶的余額來支付；狀態對象的余額降到了零，該賬戶就過期了。

剩余存活時間值：每個狀態對象都存儲一個”剩余存活時間“值，這個值可以通過支付費用來增加

觸達即刷新：每個狀態對象都存儲一個”剩余存活時間“值，并且每逢讀取或寫入該賬戶都會增加該值

所有狀態對象定期過期：也就是ReGenesis提案

我自己越來越喜歡”觸達即刷新“方案，因為它避免了應用需要創造復雜的經濟模型來讓用戶承擔狀態租金；以及它保證了激活狀態的規模有一個清晰的上限。讓大量狀態按照規律的時間間隔過期的方案也有同樣的好處，但也有一些有趣的權衡：關鍵好處是，過期方案更簡單，但關鍵不足是，跨過一個過期時點后，你再激活自己的狀態對象時，需要多少見證數據會跟你觸達狀態對象的時間點有關。

賬戶層面的過期vs.存儲槽層面的過期

狀態過期的邏輯既可以運營到賬戶層面，也可以運用到單個存儲槽層面。當前，我強烈偏向于在存儲槽層面實現狀態過期方案。因為很多合約賬戶的存儲槽數量是不受限制的，任意用戶都能加入合約并增加合約名下的存儲槽的數量。不管使用什么樣的賬戶層過期方案，想要實際限制狀態的規模，租金的數量都必須與合約內存儲槽的數量成比例。結果是，用戶還是能夠僅支付一次性的費用就給合約及其用戶施加永久的持續性成本。

要解決這個問題，合約要么加入復雜的內部邏輯，將存儲操的租金“轉嫁”給用戶，要么重新設計自己合約的模式，轉向使用CREATE2操作碼創建新的合約并使用這些合約來充當存儲槽。不管是哪種辦法，最后都會變成等價于存儲槽層面的過期方案。因此，我個人認為，我們應該僅在合約存儲槽層面實現狀態過期方案。

但是，存儲槽層面的過期方案也有自己的缺點：每個存儲槽都要增加一個元數據，指明它何時過期，這也意味著“復活沖突問題”不僅會影響賬戶，也會影響存儲槽。

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