V神发布以太坊状态到期和无状态路线图，同步实施以解决状态暴增问题

原作者：VitalikButerin，《状态到期和无状态路线图》

以太坊的状态规模正在迅速增长。目前仅状态大小大约有35GB，如果包括所有Merkle证明在内，则超过100GB，并且每年大约增加一半。状态存储也是以太坊经济学的一个弱点：它也是唯一一种机制，使得参与者支付一次就可变成节点永远的负担。为了保持以太坊的可扩展性和可持续性，我们需要一些解决方案。

有两种途径的解决方案，并且已经存在很长时间：弱无状态和状态到期：

状态到期：从状态中移除最近没有被访问过的状态，并需要见证人才能恢复过期状态。这会将每个人需要存储的状态减少到大约20-50GB。

弱无状态：只需要区块提议者存储状态，并允许所有其他节点无状态地验证区块。在实践中实现这一点需要切换到Verkle树以减少见证人的规模。

以太坊创始人V神发布关于“单槽终结路径”的研究文章:金色财经报道，1月25日，以太坊创始人Vitalik发布了关于“单槽终结路径”的研究文章，文章表示，由很多论据推论，尽管以太坊现在有超过28w个验证者，但仍可以将以太坊最终确认时间减小至单个Slot时间。

实现“单槽终结”可以提升用户体验，减少以MEV为目的的重组链并减少协议复杂性和错误几率。但这是一个是长远的计划，其顺序会排在PoS、分片、Verkle树之后。目前，实现这一目标主要思路有：

1.通过超级委员会实现，即通过至少数百名的超级委员会验证者完成共识中单个slot内的验证工作。

2.让如今的巨量的验证者更快更高效的发挥作用，即让聚合签名过程更高效。

此外，对于“单槽终结”实施有具体如下4点要求。

1.加紧优化签名聚合工作；2.确定超级委员会规模；3.研究、达成一致并指定一个理想的共识和分叉机制选择；4.同意并在实施路径上执行这些。[2022/1/25 9:11:04]

本文档描述了同时实施这两个想法的多阶段提案。事实证明，这比先后连续执行这两个解决方案要容易得多。没有Verkle树的状态到期需要非常大的见证大小来证明旧状态，而切换到没有状态到期的Verkle树需要就地转换程序，这几乎与仅实现状态到期一样复杂。然而，如果同时进行，这两项改革解决了彼此面对的挑战：状态到期涉及每年创建一个新的状态树，允许Verkle树随着时间的推移逐步引入而无需就地转换，而Verkle树解决了见证人规模的问题。

V神发布伦敦升级后链容量增加约9%的三个原因:V神（Vitalik Buterin）发文《链容量为什么在伦敦升级之后增加了约9%？》。V神表示有3个原因：

1. 冰河时代延迟

当伦敦分叉开始时，冰河时代才刚刚开始生效。伦敦之前的平均区块时间约为13.5秒，伦敦之后的平均区块时间回落到其长期正常水平约13.1秒。这是区块速度约3%的差异，这解释了链上gas使用量增加9%中的3%。

2. 目标值1500万与最大1500万

在伦敦升级之前，区块最低gas使用量为1500万，并非所有区块都使用了整个1500万，即使是功能最完善的区块生产者也会留下0-20999未使用的gas，因为剩余空间太少，无法容纳单笔交易，除此之外，总会有偶尔的区块生产者制造空块。4月份的一项分析表明，大约2%的区块是空的。假设在伦敦之前有大约2-3%的未使用空间。然而，在伦敦之后，1500万不是最大值，而是目标值。这意味着，如果使用的平均gas（包括空块）低于1500万，则基本费用将减少，直到平均值回到1500万。所以这又占了大约2-3%。

3. basefee调整中的数学缺陷

EIP1559公式在目标为50%时并不完美。从最近观察到的时间跨度中获取数据，51.5%是完整区块（full block）（因此，比预期的50%高约3%）。[2021/8/15 22:15:37]

相关链接：状态到期和无状态思想的发展历史

V神发布针对信标链的终结性模型替代设计构想:金色财经报道，以太坊联合创始人V神在Ethresearch论坛中发表针对信标链的替代设计方案《一个基于累积委员会的终局性模型》，他认为信标链从长期来看可以切换到这个方案，以取代此前计划切换的CasperCBC方案。他表示该方案的核心属性包括：可以在通常情况下提供单时隙（slot）的经济终局性；即使发生了单时隙（slot）的重组（reorg），对于串通的多数人来说，执行也要昂贵的多，从而减少共识可提取价值CEV（consensus-extractablevalue）；摆脱对LMDGHOST分叉选择的严重依赖，避免已知的缺陷，并引入复杂的混合分叉选择规则来修复这些缺陷；有可能允许较低的存款规模和较高的验证人数量；保留了经济终局性可以接近一个非常大的数字（数百万ETH）。[2021/8/5 1:36:30]

无状态客户端概念，最初的ethresear.ch帖子：https://ethresear.ch/t/the-stateless-client-concept/172?

V神发布“Verkle树和状态到期”详细计划，状态到期用状态树列表替换单个状态树:V神（Vitalik Buterin）表示，为Verkle树和状态到期写了一些更详细的计划（包括原始EIPs）。Verkle树：在现有的hexary Patricia树旁引入一个新的Verkle状态树。在硬分叉之后，Verkle树存储对状态的所有编辑以及所有访问状态的副本，并且hexary Patricia树不能再修改。这是向以太坊完全依赖Verkle树来存储执行状态多阶段过渡的第一步。状态到期：用状态树列表替换单个状态树，大约每一年一棵树。状态编辑存储在与当前期间相对应的树中，并且客户端不再存储超过最近两个期间的树。使用旧状态的交易，在最近两个期间没有修改，需要提供见证人。[2021/6/18 23:46:59]

状态租金，2015年原始提案：https://github.com/ethereum/EIPs/issues/35?

动态 | V神发表区块链方向开发应该集中在第一层还是第二层功能的看法:据AMBCrypto消息，对于区块链的开发应该集中在第一层还是第二层功能上的争议，V神发表了自己折中的意见。考虑到区块链的发展对未来的影响，V神说道：“我真的认为区块链将变得越来越成熟。第一层将变得更稳定，第二层将承担越来越多不断出现的发明和改变的重担。”[2018/8/29]

ReGenesis：https://medium.com//img/20230515195630550034/0.jpg "/>

请注意，这些大约一年的状态到期时间在历史上有时被称为“时期”，但我正在切换到“周期”一词以避免与信标链时期混淆。

保持两个关键原则：

只能修改最近的树。所有旧树都不再可修改；旧树中的对象只能通过在新树中创建它们的副本来修改，并且这些副本取代了旧副本。

全节点预计只持有最新的两个树，因此只有最新的两个树中的对象才能在没有见证人的情况下被读取。阅读较旧的树则需要提供见证人。

“见证”是一个简短的证明，它证明一个值或一组值位于树中的某个位置，可以由只有树根的人进行验证。例如，可以做一个见证，证明账户0x124f...89ab的存储槽123在某个状态下包含值50，任何拥有该状态树根的人都可以验证该证明。

状态到期建立了一种混合状态机制：共识节点需要存储最近访问或修改的状态，但可以使用基于见证的无状态客户端方法来验证较旧的状态。也就是说，可以维护一个“归档节点”，它甚至可以存储历史状态树，或者是一个完全无状态的节点，它使用见证人来验证甚至最近的状态。然而，gas成本结构和默认网络格式是围绕节点存储最新的两个状态树的假设构建的。

路线图

这种转换路线图分阶段实施。这些阶段包括：

周期1硬分叉：我们从周期1开始实施一个硬分叉。在此分叉之后，将有两个状态树：十六进制Patricia树和一个新的Verkle树

原始EIP：https://notes.ethereum.org/@vbuterin/verkle_tree_eip

地址周期扩展：地址从20字节扩展到32字节，新的地址格式包括“地址周期”的概念。这允许新合约在不需要提供见证人的情况下填充新的存储槽。这可以在最终状态到期转换之前、周期1硬分叉之前或之后的任何时候完成。

VB的提议：https://ethereum-magicians.org/t/increasing-address-size-from-20-to-32-bytes/5485

Ipsilon团队提案：https://notes.ethereum.org/@ipsilon/address-space-extension-exploration

周期2硬分叉：我们实施了开始周期2的硬分叉，并安排了未来阶段的开始。周期0十六进制Patricia树被替换为Verkle树，并且客户端只存储根，因此周期0树中的状态现在需要见证人来证明。在此之后，状态到期计划已全面实施。

原始EIP：https://notes.ethereum.org/@vbuterin/state_expiry_eip

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