L'avenir possible d'Ethereum : The Purge

L'un des défis auxquels Ethereum est confronté est que, par défaut, l'expansion et la complexité de tout protocole de blockchain augmentent avec le temps. Cela se produit à deux endroits :

• Données historiques : Toutes les transactions effectuées à tout moment de l'histoire et tous les comptes créés doivent être stockés de manière permanente par tous les clients et téléchargés par tout nouveau client, afin d'être complètement synchronisés avec le réseau. Cela entraînera une augmentation continue de la charge du client et du temps de synchronisation au fil du temps, même si la capacité de la chaîne reste inchangée.

• Fonctionnalité du protocole : ajouter de nouvelles fonctionnalités est beaucoup plus facile que de supprimer d'anciennes fonctionnalités, ce qui entraîne une complexité du code qui augmente avec le temps.

Pour que l'Ethereum puisse se maintenir à long terme, nous devons exercer une forte pression inverse sur ces deux tendances, réduisant la complexité et l'expansion au fil du temps. Mais en même temps, nous devons conserver l'une des propriétés clés qui rendent la blockchain grande : la durabilité. Vous pouvez placer un NFT, une lettre d'amour dans les données d'appel de transaction, ou un contrat intelligent contenant 1 million de dollars sur la chaîne, entrer dans une grotte pendant dix ans, et en ressortir pour découvrir qu'il est toujours là, attendant que vous le lisiez et interagissiez. Pour que les DApp puissent se décentraliser complètement en toute confiance et supprimer les clés de mise à niveau, elles doivent être convaincues que leurs dépendances ne vont pas être mises à niveau de manière à les détruire - en particulier L1 lui-même.

Si nous nous engageons à trouver un équilibre entre ces deux besoins et à minimiser ou à inverser le fardeau, la complexité et le déclin tout en maintenant la continuité, cela est tout à fait possible. Les organismes vivants peuvent le faire : bien que la plupart des organismes vieillissent avec le temps, quelques chanceux ne le font pas. Même les systèmes sociaux peuvent avoir une durée de vie très longue. Dans certains cas, Ethereum a déjà réussi : la preuve de travail a disparu, l'opcode SELFDESTRUCT a en grande partie disparu, et les nœuds de la chaîne de balises ont stocké jusqu'à six mois de données anciennes. Trouver ce chemin pour Ethereum d'une manière plus générale et se diriger vers un résultat final stable à long terme est le défi ultime pour la scalabilité à long terme d'Ethereum, la durabilité technique et même la sécurité.

The Purge : objectif principal.

• Réduire les exigences de stockage des clients en diminuant ou en éliminant la nécessité pour chaque nœud de stocker de manière permanente tous les historiques, voire l'état final.

• Réduire la complexité du protocole en éliminant les fonctionnalités inutiles.

Table des matières :

• Historique d'expiration
• État d'expiration
• Nettoyage des fonctionnalités

Historique d'expiration

résout quel problème ?

Au moment de la rédaction de cet article, un nœud Ethereum entièrement synchronisé nécessite environ 1,1 To d'espace disque pour exécuter le client, et il faut également plusieurs centaines de Go d'espace disque pour le client de consensus. La grande majorité de cela est historique : des données sur les blocs historiques, les transactions et les reçus, dont la plupart ont plusieurs années. Cela signifie que même si la limite de Gas n'augmente pas du tout, la taille des nœuds continuera d'augmenter de plusieurs centaines de Go chaque année.

Qu'est-ce que c'est et comment ça fonctionne ?

Une caractéristique clé de la simplification des problèmes de stockage historique est que, comme chaque bloc pointe vers le bloc précédent par un lien de hachage (et d'autres structures), il suffit d'atteindre un consensus sur le bloc actuel pour atteindre un consensus sur l'historique. Tant que le réseau parvient à un consensus sur le dernier bloc, n'importe quel bloc, transaction ou état historique (solde de compte, nombre aléatoire, code, stockage) peut être fourni par un participant unique ainsi qu'une preuve Merkle, et cette preuve permet à quiconque d'en vérifier la validité. Le consensus est un modèle de confiance N/2-of-N, tandis que l'historique est un modèle de confiance N-of-N.

Cela nous offre de nombreuses options sur la manière de stocker les historiques. Un choix naturel est un réseau où chaque nœud stocke seulement une petite partie des données. C'est ainsi que fonctionnent les réseaux de semences depuis des décennies : bien que le réseau stocke et distribue des millions de fichiers au total, chaque participant ne stocke et ne distribue que quelques-uns de ces fichiers. Peut-être contre-intuitivement, cette méthode ne réduit même pas nécessairement la robustesse des données. Si nous pouvons établir un réseau de 100 000 nœuds, où chaque nœud stocke aléatoirement 10 % de l'historique, cela signifie que chaque donnée sera copiée 10 000 fois - ce qui est exactement le même facteur de réplication qu'un réseau de 10 000 nœuds, où chaque nœud stocke tout.

Aujourd'hui, Ethereum a commencé à se défaire du modèle selon lequel tous les nœuds stockent de manière permanente toute l'historique. Les blocs de consensus (c'est-à-dire la partie liée au consensus de preuve d'enjeu) ne stockent qu'environ 6 mois. Les blobs ne sont stockés que pendant environ 18 jours. L'EIP-4444 vise à introduire une période de stockage d'un an pour les blocs historiques et les reçus. L'objectif à long terme est d'établir une période unifiée (peut-être d'environ 18 jours), pendant laquelle chaque nœud est responsable du stockage de tout, puis de créer un réseau pair à pair composé de nœuds Ethereum qui stockera les anciennes données de manière distribuée.

Les codes d'effacement peuvent être utilisés pour améliorer la robustesse tout en maintenant le même facteur de réplication. En fait, les blobs ont déjà été codés par effacement pour prendre en charge l'échantillonnage de la disponibilité des données. La solution la plus simple consiste probablement à réutiliser ces codes d'effacement et à placer également les données d'exécution et de consensus du bloc dans le blob.

a quels liens avec les recherches existantes ?

• EIP-4444；
• Torrents et EIP-4444；
• Réseau de porte d'entrée ;
• Réseau de portail et EIP-4444 ;
• Stockage et récupération distribués des objets SSZ dans le portail ;
• Comment augmenter la limite de gas (Paradigm).

Que faut-il encore faire, que faut-il peser ?

Le travail principal restant consiste à construire et à intégrer une solution distribuée concrète pour stocker l'historique ------ au moins l'historique des exécutions, mais finalement aussi le consensus et le blob. La solution la plus simple est d'introduire simplement une bibliothèque torrent existante, ainsi qu'une solution native d'Ethereum appelée réseau Portal. Une fois l'un ou l'autre de ces éléments introduit, nous pouvons ouvrir l'EIP-4444. L'EIP-4444 lui-même ne nécessite pas de hard fork, mais il nécessite une nouvelle version du protocole réseau. Par conséquent, il est utile de l'activer pour tous les clients en même temps, sinon il y a un risque que des clients échouent en se connectant à d'autres nœuds en s'attendant à télécharger l'historique complet mais ne l'obtenant en réalité pas.

Les principaux compromis concernent nos efforts pour fournir des données historiques "anciennes". La solution la plus simple consiste à cesser de stocker des données anciennes demain et à s'appuyer sur les nœuds d'archivage existants et divers fournisseurs centralisés pour la réplication. C'est facile, mais cela affaiblit la position d'Ethereum en tant que lieu d'enregistrement permanent. Une voie plus difficile mais plus sûre est de construire et d'intégrer d'abord un réseau torrent pour stocker l'historique de manière distribuée. Ici, "combien nous nous efforçons" a deux dimensions :

1. Comment faisons-nous pour nous assurer que le plus grand ensemble de nœuds stocke bien toutes les données ?

2. Quelle est la profondeur de l'intégration de l'historique de stockage dans le protocole ?

Une approche extrême et paranoïaque pour (1) impliquerait la preuve de garde : exigeant en fait que chaque validateur de preuve d'enjeu stocke un certain pourcentage d'historique et vérifie régulièrement de manière cryptographique s'il le fait. Une approche plus modérée serait de définir une norme volontaire pour le pourcentage d'historique stocké par chaque client.

Pour (2), la mise en œuvre de base implique uniquement le travail déjà accompli aujourd'hui : le portail a stocké un fichier ERA contenant l'ensemble de l'historique d'Ethereum. Une mise en œuvre plus complète impliquerait de le connecter réellement au processus de synchronisation, de sorte que si quelqu'un souhaite synchroniser un nœud de stockage d'historique complet ou un nœud d'archivage, même si aucun autre nœud d'archivage n'est en ligne, il puisse le faire par synchronisation directe depuis le réseau du portail.

( Comment interagit-il avec les autres parties de la feuille de route ?

Si nous voulons rendre l'exécution ou le démarrage des nœuds extrêmement facile, alors réduire les besoins de stockage historique peut être considéré comme plus important que l'absence d'état : sur les 1,1 To requis par le nœud, environ 300 Go sont des états, et les 800 Go restants sont devenus historiques. Ce n'est qu'en réalisant l'absence d'état et l'EIP-4444 que la vision de faire fonctionner un nœud Ethereum sur une montre intelligente et de le configurer en quelques minutes pourra être réalisée.

La limitation du stockage historique rend également la mise en œuvre des nœuds Ethereum plus viable, ne supportant que la dernière version du protocole, ce qui les rend plus simples. Par exemple, il est maintenant possible de supprimer en toute sécurité de nombreuses lignes de code, car les emplacements de stockage vides créés pendant l'attaque DoS de 2016 ont tous été supprimés. Maintenant que la transition vers la preuve d'enjeu est devenue historique, les clients peuvent supprimer en toute sécurité tout code lié à la preuve de travail.

Expiration de l'état

) résout quel problème ?

Même si nous éliminons le besoin de stockage d'historique par le client, les besoins de stockage du client continueront d'augmenter d'environ 50 Go par an, car l'état continue de croître : les soldes des comptes et les nombres aléatoires, le code des contrats et le stockage des contrats. Les utilisateurs peuvent payer des frais uniques, ce qui imposera un fardeau permanent aux clients Ethereum d'aujourd'hui et de demain.

L'état est plus difficile à "expirer" que l'historique, car l'EVM est fondamentalement conçu autour de l'hypothèse que, une fois qu'un objet d'état est créé, il existe toujours et peut être lu à tout moment par n'importe quelle transaction. Si nous introduisons la non-état, certains pensent que ce problème n'est peut-être pas si mauvais : seuls des types de constructeurs de blocs spécialisés ont besoin de stocker réellement l'état, tandis que tous les autres nœuds (y compris ceux qui génèrent des listes !) peuvent fonctionner sans état. Cependant, il y a un point de vue selon lequel nous ne voulons pas trop dépendre de la non-état, et finalement, nous pourrions vouloir faire expirer l'état pour maintenir la décentralisation d'Ethereum.

Qu'est-ce que c'est, et comment ça fonctionne

Aujourd'hui, lorsque vous créez un nouvel objet d'état (ce qui peut se produire de l'une des trois manières suivantes : (i) envoyer de l'ETH à un nouveau compte, (ii) créer un nouveau compte à l'aide de code, (iii) configurer un emplacement de stockage qui n'a pas été touché auparavant), cet objet d'état reste dans cet état pour toujours. En revanche, ce que nous voulons, c'est que l'objet expire automatiquement avec le temps. Le défi clé est de le faire de manière à atteindre trois objectifs :

1. Efficacité : pas besoin d'un grand nombre de calculs supplémentaires pour exécuter le processus d'expiration.

2. Accessibilité utilisateur : Si quelqu'un entre dans la grotte pendant cinq ans et revient, il ne devrait pas perdre l'accès à l'ETH, aux ERC20, aux NFT, et aux positions CDP...

3. Amabilité pour les développeurs : Les développeurs ne doivent pas passer à un modèle de pensée complètement inconnu. De plus, les applications qui sont actuellement rigides et non mises à jour devraient pouvoir continuer à fonctionner normalement.

Il est facile de résoudre des problèmes si ces objectifs ne sont pas satisfaits. Par exemple, vous pouvez faire en sorte que chaque objet d'état stocke également un compteur de date d'expiration (qui peut être prolongé en brûlant de l'ETH, ce qui peut se produire automatiquement lors de toute lecture ou écriture), et avoir une boucle parcourant l'état pour supprimer les objets d'état avec des dates d'expiration. Cependant, cela introduit des calculs supplémentaires (même des besoins de stockage), et cela ne peut certainement pas satisfaire les exigences de convivialité. Les développeurs ont également du mal à raisonner sur les cas limites où les valeurs de stockage sont parfois réinitialisées à zéro. Si vous configurez un minuteur d'expiration dans la portée du contrat, cela rendra techniquement la vie des développeurs plus facile, mais cela rendra l'économie plus difficile : les développeurs doivent réfléchir à la manière de "transférer" le coût de stockage continu aux utilisateurs.

Ces problèmes sont ceux sur lesquels la communauté des développeurs principaux d'Ethereum a travaillé pendant des années, y compris des propositions comme "la rente blockchain" et "le renouvellement". Finalement, nous avons combiné les meilleures parties des propositions et nous nous sommes concentrés sur deux catégories de "solutions connues comme étant les moins mauvaises" :

• Solutions pour l'expiration de certains états
• Suggestions de date d'expiration de l'état basé sur le cycle d'adresse.

Expiration partielle de l'état

Certaines propositions d'expiration d'état suivent les mêmes principes. Nous divisons l'état en blocs. Chacun stocke définitivement la "carte principale", où les blocs sont vides ou non. Les données dans chaque bloc ne sont stockées que si elles ont été récemment consultées. Il existe un mécanisme de "résurrection" qui se déclenche si elles ne sont plus stockées.