Futuro posible 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 aspectos:

Datos históricos: Cualquier transacción realizada y cualquier cuenta creada en cualquier momento de la historia debe ser almacenada permanentemente por todos los clientes y descargada por cualquier nuevo cliente, de modo que se sincronice completamente con la red. Esto llevará a que la carga del cliente y el tiempo de sincronización aumenten 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 provoca que la complejidad del código aumente con el tiempo.

Para que Ethereum pueda mantenerse a largo plazo, necesitamos ejercer una fuerte presión contraria sobre 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 grande a la blockchain: la persistencia. Puedes poner un NFT, una carta de amor en los datos de una llamada de transacción, o un contrato inteligente que contenga un millón de dólares en la cadena, entrar en una cueva durante diez años y salir y encontrarlo aún allí esperando que lo leas e interactúes. Para que las DApp se descentralicen completamente y eliminen la clave de actualización, necesitan estar seguros de que sus dependencias no se actualizarán de manera que las destruyan, especialmente la propia L1.

Si nos proponemos equilibrar estas dos demandas y minimizar o revertir la hinchazón, la complejidad y el deterioro mientras mantenemos la continuidad, 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 opcode SELFDESTRUCT ha desaparecido en su mayoría, y los nodos de la cadena de balizas han almacenado datos antiguos durante un máximo de 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 e incluso el estado final.

Reducir la complejidad del protocolo eliminando funciones innecesarias.

Índice del artículo:

History expiry（历史记录到期）

Estado de caducidad（状态到期）

Limpieza de características

Historia de expiración

¿Qué problema se resuelve?

A partir de la redacción de este artículo, un nodo de Ethereum completamente sincronizado necesita 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 gran mayoría 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 seguirá aumentando cientos de GB cada año.

¿Qué es 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 enlaces hash (y otras estructuras), es suficiente alcanzar un consenso sobre el presente para alcanzar un consenso sobre el pasado. Siempre que la red alcance un consenso sobre el bloque más reciente, cualquier bloque histórico, transacción o estado (saldo de cuenta, número aleatorio, código, almacenamiento) puede ser proporcionado por cualquier participante individual así como por pruebas de Merkle, y dicha prueba permite a cualquier otro verificar su corrección. El consenso es un modelo de confianza N/2-of-N, mientras que la historia es un modelo de confianza N-of-N.

Esto nos ofrece muchas opciones sobre cómo almacenar el historial. Una elección natural es una red en la que cada nodo almacena solo una pequeña parte de los datos. Esta es la forma en que han operado las redes de semillas durante décadas: aunque la red almacena y distribuye millones de archivos en total, cada participante solo almacena y distribuye unos pocos de esos archivos. Quizás en contra de la intuición, este enfoque ni siquiera tiene que reducir la robustez de los datos. Si al hacer que los nodos sean más económicos podemos construir una red con 100,000 nodos, donde cada nodo almacena aleatoriamente el 10% del historial, entonces cada dato se copiará 10,000 veces - exactamente el mismo factor de copia 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 aproximadamente 6 meses. Blob solo almacena 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 almacene 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 sencilla probablemente sea reutilizar estos códigos de borrado y también colocar los datos de ejecución y consenso en el blob.

¿Qué conexiones hay con la investigación existente?

EIP-4444；

Torrents y EIP-4444；

Red de puertas;

Red de puertas y EIP-4444;

Almacenamiento y recuperación distribuida de objetos SSZ en Portal;

¿Cómo aumentar el límite de gas (Paradigm)?

¿Qué más se necesita hacer y qué se debe sopesar?

El trabajo principal restante incluye la construcción e integración de una solución distribuida específica para almacenar registros históricos------al menos el historial de ejecución, pero eventualmente también incluirá el consenso y los blobs. La solución más simple es (i) simplemente introducir bibliotecas torrent existentes, 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 simultáneamente para todos los clientes, de lo contrario, existe el riesgo de que los clientes fallen al conectarse a otros nodos con la expectativa de descargar el historial completo, pero en realidad no obtienen nada.

Las principales consideraciones implican cómo nos esforzamos por proporcionar datos históricos "antiguos". La solución más sencilla es dejar de almacenar datos históricos antiguos mañana y depender de los nodos archivados existentes y de 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 los registros de manera distribuida. Aquí, "cuánto nos esforzamos" tiene dos dimensiones:

¿Cómo nos esforzamos para 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: de hecho, requeriría que cada validador de prueba de participación almacene una cierta proporción de registros históricos y verifique periódicamente de manera criptográfica si lo están haciendo. Un enfoque más moderado 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 archivos ERA que contienen toda la historia de Ethereum. Una implementación más exhaustiva implicará 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, pueden lograrlo mediante la sincronización directa desde la red del portal.

¿Cómo interactúa con otras partes de la hoja de ruta?

Si queremos que la ejecución o el inicio de nodos sea extremadamente fácil, entonces reducir la necesidad de almacenamiento histórico puede considerarse más importante que la falta de estado: de los 1.1 TB requeridos por el nodo, aproximadamente 300 GB son estado, y el resto, alrededor de 800 GB, se ha convertido en histórico. Solo al lograr la falta de estado y el EIP-4444 se podrá realizar la visión de ejecutar un nodo de Ethereum en un reloj inteligente y configurarlo en solo unos minutos.

La limitación del almacenamiento histórico también hace que los nodos de Ethereum más recientes 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 forma 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.

Estado de expiración

¿Qué problema se resuelve?

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

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

¿Qué es y cómo funciona?

Hoy, cuando usted crea un nuevo objeto de estado (lo cual 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 anteriormente), ese objeto de estado permanece en ese estado para siempre. Por el contrario, lo que queremos es que el objeto caduque automáticamente con el tiempo. El desafío clave es lograr esto de una manera que cumpla con tres objetivos:

Eficiencia: no se requieren grandes cálculos adicionales para ejecutar el proceso de vencimiento.

Facilidad de uso: Si alguien entra en una cueva durante cinco años y vuelve, no debería perder el acceso a sus posiciones de ETH, ERC20, NFT y 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, puede hacer que cada objeto de estado también almacene un contador de fecha de expiración (que se puede extender quemando ETH, lo que puede ocurrir automáticamente en cualquier momento al leer o escribir), 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 requisitos de almacenamiento), y definitivamente no puede cumplir con los requisitos de facilidad de uso. A los desarrolladores también les resulta difícil razonar sobre los casos límite en los que los valores almacenados a veces se restablecen a cero. Si establece un temporizador de expiración dentro del alcance del contrato, esto tecnológicamente facilitaría la vida a los desarrolladores, pero complicaría la economía: los desarrolladores deben considerar cómo "trasladar" el costo de almacenamiento continuo a los usuarios.

Estos son problemas en los que la comunidad de desarrollo central de Ethereum ha estado trabajando durante años, incluidos los conceptos de "renta de blockchain" y "renovación". Al final, combinamos las mejores partes de las propuestas y nos centramos en dos categorías de "las soluciones conocidas menos malas":

• Solución para el estado de parte caducado
• Sugerencia de expiración del estado basada en el ciclo de dirección.

Expiración parcial del estado

Algunas propuestas de estado que han vencido siguen los mismos principios. Dividimos el estado en bloques. Todos almacenan permanentemente el "mapa superior", donde los bloques están vacíos.