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 tienden a aumentar con el tiempo. Esto ocurre en dos lugares:

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 provoca 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 lleva a un aumento de la complejidad del código a medida que pasa 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 características clave que hacen que la blockchain sea grandiosa: 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 para descubrir que todavía está allí esperando a que lo leas e interactúes. Para que DApp se descentralice completamente y elimine la clave de actualización, necesitan estar seguros de que sus dependencias no se actualizarán de manera que las destruyan - especialmente L1 mismo.

Si nos decidimos a equilibrar estas dos necesidades y minimizar o revertir la sobrecarga, la complejidad y el deterioro mientras mantenemos la continuidad, es absolutamente posible. Los organismos pueden hacer 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 algunos casos, Ethereum ha tenido éxito: la prueba de trabajo ha desaparecido, el código de operación SELFDESTRUCT ha desaparecido en su mayor parte, y los nodos de la cadena de beacon 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 de estabilidad 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 historiales e incluso el estado final.

Reducir la complejidad del protocolo eliminando funciones innecesarias.

Índice del artículo:

Historial de caducidad

Estado de caducidad（状态到期）

Limpieza de características

Expiración de la historia

¿Qué problema resuelve?

Hasta el momento de escribir 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 mayor parte de esto es histórico: datos sobre bloques históricos, transacciones y recibos, la mayoría de los cuales tienen 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 eso y cómo funciona?

Una característica clave que simplifica el 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 actual para alcanzar un consenso sobre el histórico. Siempre que la red alcance 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 junto con la prueba de Merkle, y esa prueba permite a cualquier otra persona 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 los registros históricos. Una opción natural es una red en la que cada nodo almacena solo una pequeña parte de los datos. Así es como han funcionado 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. Tal vez en contra de la intuición, este enfoque ni siquiera necesariamente reducirá la robustez de los datos. Si podemos construir una red de 100,000 nodos, cada uno de los cuales almacena aleatoriamente el 10% de los registros históricos, entonces cada dato será copiado 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 alrededor de 6 meses. Blob solo se almacena 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 alrededor de 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 almacenen datos antiguos de manera distribuida.

Los códigos de borrado pueden usarse para mejorar 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 del bloque en el blob.

¿cuáles son las conexiones con la investigación existente?

EIP-4444；

Torrents y EIP-4444；

Red de puerta de enlace;

Red de puertas de enlace y EIP-4444;

Almacenamiento y recuperación distribuida de objetos SSZ en Portal;

¿Cómo aumentar el límite de gas (Paradigm)?

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

El trabajo principal que queda incluye la construcción e integración de una solución distribuida específica para almacenar el historial------al menos el historial de ejecuciones, pero que eventualmente también incluirá consenso y blob. La solución más sencilla es (i) simplemente introducir una biblioteca torrent existente, así como (ii) llamada solución nativa de Ethereum denominada Portal Network. Una vez que introduzcamos cualquiera de estos, podremos habilitar EIP-4444. EIP-4444 en sí no requiere un hard fork, pero sí necesita una nueva versión del protocolo de red. Por lo tanto, vale la pena habilitarlo para todos los clientes al mismo tiempo, 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 lo obtienen.

Las principales compensaciones implican cómo nos esforzamos por proporcionar datos históricos "antiguos". La solución más sencilla es dejar de almacenar historia antigua mañana y depender de nodos de archivo existentes y varios proveedores centralizados para la replicación. Es fácil, pero debilita la posición de Ethereum como un lugar de registro permanente. Un camino 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 para asegurar 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 obsesivo para (1) implicaría una prueba de custodia: en esencia, requerir que cada validador de prueba de participación almacene una proporción determinada 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 implica el trabajo que ya se ha completado hoy: Portal ya ha almacenado un archivo ERA que contiene toda la historia de Ethereum. Una implementación más completa implicará realmente conectarlo 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 Portal.

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

Si queremos que ejecutar o iniciar nodos sea extremadamente fácil, entonces reducir los requisitos 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 los restantes aproximadamente 800 GB se han convertido en históricos. Solo al lograr la falta de estado y EIP-4444 se podrá realizar la visión de ejecutar nodos de Ethereum en un reloj inteligente y configurarlos 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 versión más reciente 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 manera 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 por año, debido al crecimiento continuo del estado: saldos de cuentas y números aleatorios, código de contratos y almacenamiento de contratos. Los usuarios pueden pagar una tarifa única, lo que así impondrá una carga a los clientes de Ethereum, tanto ahora como en el futuro.

El estado es más difícil de "expirar" que la historia, porque el EVM está diseñado fundamentalmente en torno a 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 falta de estado, algunos creen que este problema quizás no sea 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, en última instancia, es posible que queramos permitir que el estado expire para mantener la descentralización de Ethereum.

¿Qué es eso y 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 anteriormente), ese objeto de estado permanece en ese estado para siempre. En cambio, lo que queremos es que el objeto expire automáticamente con el tiempo. El desafío clave es hacerlo de una manera que logre tres objetivos:

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

Facilidad de uso: si alguien entra en una cueva durante cinco años y regresa, no debería perder el acceso a sus 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 están actualmente rígidas y no se actualizan deberían poder seguir funcionando normalmente.

No satisfacer 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 de lectura o escritura), y tener un proceso que recorra el estado para eliminar los objetos de estado con fecha de expiración. Sin embargo, esto introduce cálculos adicionales (incluso requisitos 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 establece un temporizador de expiración dentro del alcance del contrato, esto técnicamente facilitaría la vida de los desarrolladores, pero complicaría la economía: los desarrolladores deben considerar cómo "trasladar" el costo de almacenamiento continuo a los usuarios.

Estos son problemas que la comunidad de desarrolladores centrales de Ethereum ha estado tratando de resolver durante años, incluyendo propuestas como "alquiler de blockchain" y "renovación". Al final, combinamos las mejores partes de las propuestas y nos centramos en dos categorías de "soluciones conocidas como las menos malas":

• Solución para el estado de expiración parcial
• Sugerencias de expiración de estado basadas en el ciclo de dirección.

Expiración parcial del estado

Algunas propuestas de estado vencidas siguen los mismos principios. Dividimos el estado en bloques. Cada persona almacena permanentemente el "mapeo superior", donde los bloques pueden estar vacíos o no vacíos. Solo se almacenan los datos en cada bloque si se ha accedido recientemente a esos datos. Hay un mecanismo de "resurrección" que se activa si ya no se almacenan.

La principal diferencia entre estas propuestas es: (i) cómo definimos "