O futuro possível do Ethereum: The Purge

Um dos desafios que o Ethereum enfrenta é que, por padrão, a expansão e a complexidade de qualquer protocolo de blockchain aumentam com o tempo. Isso ocorre em duas frentes: dados históricos e funcionalidades do protocolo. Para que o Ethereum possa se manter a longo prazo, precisamos aplicar uma forte pressão contrária a essas duas tendências, reduzindo a complexidade e a expansão ao longo do tempo. Mas, ao mesmo tempo, precisamos preservar uma das propriedades-chave que torna a blockchain grandiosa: a persistência.

O principal objetivo de The Purge é:

• Reduzir os requisitos de armazenamento do cliente, eliminando ou reduzindo a necessidade de cada nó armazenar permanentemente todos os históricos ou mesmo o estado final.
• Reduzir a complexidade do protocolo eliminando funcionalidades desnecessárias.

Expiração do histórico

Resolve que problema?

Até a data de redação deste artigo, um nó Ethereum totalmente sincronizado requer cerca de 1,1 TB de espaço em disco para executar o cliente, além de centenas de GB de espaço em disco para o cliente de consenso. A maior parte disso é histórica: dados sobre blocos históricos, transações e recibos, a maior parte dos quais tem vários anos. Isso significa que, mesmo que o limite de Gas não aumente, o tamanho do nó continuará a aumentar em centenas de GB a cada ano.

O que é isso, como funciona?

Uma característica chave de simplificação do problema de armazenamento histórico é que, como cada bloco é ligado ao bloco anterior através de um hash ( e outras estruturas ), é suficiente alcançar consenso sobre o atual para alcançar consenso sobre o histórico. Desde que a rede alcance consenso sobre o último bloco, qualquer bloco histórico ou transação ou estado (, como saldos de contas, números aleatórios, códigos, armazenamento ), pode ser fornecido por qualquer participante individual juntamente com a prova de Merkle, e essa prova permite que qualquer outra pessoa verifique sua correção. O consenso é um modelo de confiança N/2-of-N, enquanto o histórico é um modelo de confiança N-of-N.

Isto nos oferece muitas opções sobre como armazenar o histórico. Uma escolha natural é uma rede onde cada nó armazena apenas uma pequena parte dos dados. Esta tem sido a forma como as redes de sementes operam há décadas: embora a rede armazene e distribua milhões de arquivos, cada participante armazena e distribui apenas alguns desses arquivos. Talvez contrariando a intuição, este método pode até mesmo não reduzir a robustez dos dados. Se, ao tornar a operação dos nós mais económica, conseguirmos criar uma rede com 100.000 nós, onde cada nó armazena 10% aleatório do histórico, então cada dado será copiado 10.000 vezes - exatamente o mesmo fator de cópia que uma rede de 10.000 nós, onde cada nó armazena tudo.

Hoje, o Ethereum começou a se desvincular do modelo onde todos os nós armazenam permanentemente todos os históricos. O bloco de consenso ( está relacionado à parte do consenso de prova de participação que armazena apenas cerca de 6 meses. O Blob armazena apenas cerca de 18 dias. O EIP-4444 visa introduzir um período de armazenamento de um ano para blocos históricos e recibos. O objetivo a longo prazo é estabelecer um período unificado ) que pode ser de cerca de 18 dias (, durante o qual cada nó é responsável por armazenar tudo, e depois estabelecer uma rede ponto a ponto composta por nós do Ethereum, armazenando dados antigos de forma distribuída.

Códigos de apagamento podem ser usados para aumentar a robustez, mantendo o fator de replicação o mesmo. De fato, o Blob já implementou códigos de apagamento para suportar a amostragem de disponibilidade de dados. A solução mais simples provavelmente será reutilizar esses Códigos de apagamento e também colocar os dados de execução e consenso em blob.

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) O que mais precisa ser feito, o que precisa ser ponderado?

O trabalho principal restante inclui a construção e integração de uma solução distribuída específica para armazenar o histórico ------ pelo menos o histórico de execução, mas eventualmente também incluirá consenso e blob. A solução mais simples é ###i( simplesmente introduzir uma biblioteca torrent existente, bem como )ii( chamada solução nativa do Ethereum, a rede Portal. Uma vez que qualquer uma delas seja introduzida, podemos abrir o EIP-4444. O EIP-4444 em si não requer um hard fork, mas realmente precisa de uma nova versão do protocolo de rede. Portanto, é valioso ativá-lo para todos os clientes ao mesmo tempo, caso contrário, existe o risco de que clientes falhem ao se conectar a outros nós, esperando baixar o histórico completo, mas na verdade não o obtêm.

As principais considerações envolvem como nos esforçamos para fornecer dados históricos "antigos". A solução mais simples é parar de armazenar dados históricos antigos amanhã e depender de nós existentes nós de arquivamento e vários provedores centralizados para replicação. Isso é fácil, mas enfraquece a posição do Ethereum como um local de registro permanente. Uma abordagem mais difícil, mas mais segura, é primeiro construir e integrar uma rede torrent para armazenar registros de forma distribuída. Aqui, "quão duro nós estamos nos esforçando" tem duas dimensões:

• Como nos esforçamos para garantir que o maior conjunto de nós realmente armazene todos os dados?
• Quão profundo é a integração do armazenamento histórico no protocolo?

Um método extremamente obsessivo para ) envolveria a prova de custódia: na prática, exigindo que cada validador de prova de participação armazenasse uma certa proporção do histórico e verificasse periodicamente de forma criptográfica se assim o faz. Um método mais brando seria estabelecer um padrão voluntário para a porcentagem do histórico armazenado por cada cliente.

Para (2), a implementação básica envolve apenas o trabalho já concluído hoje: o Portal já armazenou o arquivo ERA que contém toda a história do Ethereum. Uma implementação mais completa envolverá conectá-lo ao processo de sincronização, de modo que, se alguém quiser sincronizar um nó de armazenamento de histórico completo ou um nó de arquivo, mesmo que não haja outros nós de arquivo online, eles possam alcançá-lo através da sincronização direta da rede do portal.

( Como interage com as outras partes do roteiro?

Se quisermos que a execução ou o início de um nó seja extremamente fácil, então reduzir a necessidade de armazenamento histórico pode ser considerado mais importante do que a ausência de estado: dos 1,1 TB necessários para o nó, cerca de 300 GB são estado, e os restantes cerca de 800 GB tornaram-se históricos. Apenas alcançando a ausência de estado e o EIP-4444, a visão de executar um nó Ethereum em um smartwatch e configurá-lo em apenas alguns minutos poderá ser realizada.

A limitação do armazenamento histórico também torna a implementação de nós Ethereum mais viável, suportando apenas a versão mais recente do protocolo, o que os torna mais simples. Por exemplo, agora é possível remover com segurança muitas linhas de código, uma vez que os slots de armazenamento vazios criados durante o ataque DoS de 2016 foram todos eliminados. Agora que a transição para a prova de participação se tornou história, os clientes podem remover com segurança todo o código relacionado à prova de trabalho.

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Expiração do estado

( Resolve que problema?

Mesmo que eliminemos a necessidade de os clientes armazenarem o histórico, a demanda de armazenamento dos clientes continuará a crescer, cerca de 50 GB por ano, pois o estado continua a crescer: saldos de contas e números aleatórios, código de contratos e armazenamento de contratos. Os usuários podem pagar uma taxa única, transferindo assim o fardo para os clientes Ethereum atuais e futuros.

O estado é mais difícil de "expirar" do que o histórico, porque a EVM é fundamentalmente projetada em torno da suposição de que, uma vez criado um objeto de estado, ele sempre existirá e poderá ser lido a qualquer momento por qualquer transação. Se introduzirmos a ausência de estado, alguns acreditam que esse problema pode não ser tão ruim assim: apenas classes de construtores de bloco especializados precisam realmente armazenar estado, enquanto todos os outros nós ), até mesmo aqueles que geram listas! ### podem operar sem estado. No entanto, há um ponto de vista que acredita que não devemos depender demais da ausência de estado; afinal, podemos querer tornar o estado obsoleto para manter a descentralização do Ethereum.

( O que é isso, como funciona?

Hoje, quando você cria um novo objeto de estado, ) pode ocorrer de uma das seguintes três maneiras: ### i ( enviando ETH para uma nova conta, ( ii ) criando uma nova conta usando código, ( iii ) configurando um slot de armazenamento que nunca foi tocado antes (, e esse objeto de estado permanece nesse estado para sempre. Em vez disso, o que queremos é que o objeto expire automaticamente ao longo do tempo. O desafio chave é fazer isso de uma maneira que atinja os três objetivos:

• Eficiência: não é necessária uma grande quantidade de cálculos adicionais para executar o processo de vencimento.
• Facilidade de uso: se alguém entrar na caverna por cinco anos e voltar, não deve perder o acesso às posições de ETH, ERC20, NFT, CDP...
• Amigável para desenvolvedores: os desenvolvedores não precisam mudar para um modelo de pensamento totalmente desconhecido. Além disso, aplicações que estão atualmente rígidas e não atualizadas devem continuar a funcionar normalmente.

Não satisfazer esses objetivos torna fácil resolver problemas. Por exemplo, você pode fazer com que cada objeto de estado também armazene um contador de data de expiração. ) pode ser estendido queimando ETH, o que pode ocorrer automaticamente a qualquer momento durante a leitura ou gravação. ), e há um processo de iteração sobre os estados para remover os objetos de estado com data de expiração. No entanto, isso introduz necessidade de computação adicional ( e até mesmo requisitos de armazenamento ), e certamente não pode atender aos requisitos de usabilidade. Os desenvolvedores também têm dificuldade em raciocinar sobre as situações de borda em que os valores de armazenamento às vezes são redefinidos para zero. Se você configurar um timer de expiração dentro do escopo do contrato, isso tecnicamente tornaria a vida dos desenvolvedores mais fácil, mas tornaria a economia mais difícil: os desenvolvedores devem considerar como "transferir" os custos de armazenamento contínuo para os usuários.

Estes são problemas que a comunidade de desenvolvedores principais do Ethereum tem trabalhado arduamente para resolver ao longo dos anos, incluindo propostas como "aluguel de blockchain" e "renovação". No final, combinamos as melhores partes das propostas e nos concentramos em duas categorias de "soluções conhecidas como as menos ruins":

• Solução para alguns estados expirados
• Sugestão de expiração de estado baseada no ciclo de endereços.

(# Expiração parcial do estado

Algumas propostas de estado expiram seguindo os mesmos princípios. Dividimos o estado em blocos. Cada um armazena permanentemente o "mapeamento de topo", onde os blocos podem estar vazios ou não. Os dados em cada bloco só são armazenados se foram acessados recentemente. Existe um mecanismo de "ressurreição" que é acionado se não forem mais armazenados.

A principal diferença entre essas propostas é: )i### como definimos "recente", e (ii) como definimos "bloco"? Uma proposta concreta é a EIP-7736, que se baseia no design "folha" introduzido para a árvore Verkle (, embora seja compatível com qualquer forma de estado sem estado, como a árvore binária ). Nesse design, cabeçalhos, código e slots de armazenamento adjacentes são armazenados sob o mesmo "tronco". Os dados armazenados sob um tronco podem ter no máximo 256 * 31 = 7.936 bytes. Em muitos casos, todo o cabeçalho e código da conta, bem como muitos slots de armazenamento de chaves, serão armazenados sob o mesmo tronco. Se os dados sob o tronco não forem lidos ou escritos em um período de 6 meses, os dados não serão mais armazenados, mas apenas um compromisso de 32 bytes desses dados, "tronco" (. Transações futuras que acessarem esses dados precisarão "reviver" os dados e fornecer uma prova de verificação com base no tronco.

Há outras maneiras de implementar ideias semelhantes. Por exemplo, se o nível de granularidade da conta não for suficiente, podemos elaborar um esquema em que cada 1/232 parte da árvore seja controlada por um mecanismo de caule e folha semelhante.

Devido a fatores de incentivo, isso se torna mais complicado: os atacantes podem "atualizar a árvore" inserindo uma grande quantidade de dados em uma única subárvore e enviando uma única transação por ano, forçando o cliente a armazenar permanentemente uma grande quantidade de estado. Se você tornar o custo de renovação proporcional ao tamanho da árvore ) ou inversamente proporcional à duração da renovação (, então alguém pode prejudicar outros usuários ao inserir uma grande quantidade de dados na mesma subárvore que eles. As pessoas podem tentar limitar esses dois problemas dinamizando a granularidade com base no tamanho da subárvore: por exemplo, cada 216= 65536 objetos de estado consecutivos podem ser considerados como um "grupo". No entanto, essas ideias são mais complexas; a abordagem baseada em caule é simples e pode ajustar os incentivos, uma vez que geralmente está sob o caule.