Futuro posible de Ethereum: The Purge

Autor: Vitalik Buterin

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 en cualquier momento de la historia y cualquier cuenta creada debe ser almacenada permanentemente por todos los clientes y descargada por cualquier nuevo cliente, de modo que se sincronice completamente con la red. Esto provocará que la carga del cliente y el tiempo de sincronización aumenten continuamente 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 las 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 conservar una de las propiedades 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 1 millón de dólares en la cadena, entrar en una cueva durante diez años y salir para descubrir que todavía está allí esperando que lo leas e interactúes con él. Para que las DApps puedan descentralizarse completamente y eliminar la clave de actualización, necesitan estar seguras de que sus dependencias no se actualizarán de una manera que las perjudique - especialmente L1 en sí mismo.

Si nos decidimos a equilibrar estas dos demandas y a minimizar o revertir la obsolescencia, la complejidad y el deterioro mientras mantenemos la continuidad, esto 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 ciertos casos, Ethereum ha tenido éxito: la prueba de trabajo ha desaparecido, el opcode SELFDESTRUCT ha desaparecido en gran medida, 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 de estabilidad a largo plazo es el desafío definitivo para la escalabilidad a largo plazo de Ethereum, la sostenibilidad técnica e incluso la seguridad.

La Purga: 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:

Historial de caducidad

State expiry（状态到期）

Limpieza de características

Historial de expiración

¿Qué problema se soluciona?

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 gran mayoría de esto es histórico: datos sobre bloques históricos, transacciones y recibos, la mayor parte de los cuales tiene varios años. Esto significa que incluso si el límite de Gas no aumenta en absoluto, el tamaño del nodo seguirá aumentando varios 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 actual para alcanzar un consenso sobre el histórico. 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 y una prueba Merkle, y esa prueba permite a cualquier otra persona verificar su corrección. El consenso es un modelo de confianza de N/2 de N, mientras que la historia es un modelo de confianza de N de 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 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, contra la intuición, este enfoque ni siquiera tiene que reducir la robustez de los datos. Si podemos construir una red de 100,000 nodos, donde cada nodo almacene 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 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 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 simple probablemente sea reutilizar estos códigos de borrado y colocar también los datos de ejecución y consenso del bloque en blob.

¿Qué conexiones existen con la investigación actual?

EIP-4444；

Torrents y EIP-4444；

Portal red;

Portal red 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 restante incluye construir e integrar una solución distribuida concreta para almacenar el historial------al menos el historial de ejecución, pero en última instancia también incluye consenso y blob. La solución más simple es (i) simplemente introducir bibliotecas de torrent existentes, así como (ii) llamada solución nativa de Ethereum de la red Portal. Una vez que introduzcamos cualquiera de estos, 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 un cliente falle al conectarse a otros nodos esperando descargar el historial completo, pero en realidad no lo obtiene.

Las principales consideraciones implican cómo nos esforzamos por proporcionar datos históricos "antiguos". La solución más simple es dejar de almacenar historia antigua mañana y depender de nodos de archivo existentes y 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 forma distribuida. Aquí, "cuánto nos esforzamos" tiene dos dimensiones:

¿Cómo nos esforzamos por garantizar que el conjunto de nodos más grande realmente almacene todos los datos?

¿Qué tan profunda es nuestra integración de almacenamiento histórico en el protocolo?

Un enfoque extremadamente obsesivo para (1) implicaría la prueba de custodia: en realidad, requerir que cada validador de prueba de participación almacene un cierto porcentaje 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: Portal ya ha almacenado un archivo ERA que contiene toda la historia de Ethereum. Una implementación más completa implicará conectarlo realmente al proceso de sincronización, de modo que, si alguien quiere sincronizar un nodo de almacenamiento de historial completo o un nodo de archivo, incluso si no hay otros nodos de archivo en línea, puedan 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 un nodo sea extremadamente fácil, 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 el resto, alrededor de 800 GB, se ha convertido en histórico. Solo al lograr la falta de estado y EIP-4444 se puede hacer realidad la visión de ejecutar un nodo de Ethereum en un reloj inteligente y configurarlo en solo unos minutos.

Limitar el almacenamiento histórico también hace que los nodos de Ethereum más nuevos sean más viables, ya que solo soportan 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 resuelve?

Incluso si eliminamos la necesidad de que el cliente almacene el historial, la demanda de almacenamiento del cliente seguirá creciendo, aproximadamente 50 GB al año, debido al crecimiento continuo del estado: saldos de cuentas y números aleatorios, código de contrato y almacenamiento de contratos. Los usuarios pueden pagar una tarifa única, lo que a su vez impondrá una carga a los clientes de Ethereum, tanto actuales como futuros.

"El estado es más difícil de 'expirar' que la historia, porque la EVM está diseñada fundamentalmente en torno a la suposición de que una vez que se crea un objeto de estado, siempre existirá y podrá ser leído en cualquier momento por cualquier transacción. Si introducimos la falta de estado, algunos creen que el 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 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 al final podríamos querer hacer que el estado expire para mantener la descentralización de Ethereum."

¿Qué es y cómo funciona?

Hoy, cuando 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. En cambio, lo que queremos es que el objeto expire automáticamente con el tiempo. El desafío clave es lograr esto de una manera que cumpla con 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 desarrolladores: los desarrolladores no necesitan 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 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 caducidad (que se puede extender quemando ETH, lo que puede ocurrir automáticamente al leer o escribir en cualquier momento), y tener un proceso que recorra el estado para eliminar los objetos de estado con fechas de caducidad. 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 de almacenamiento a veces se restablecen a cero. Si establece un temporizador de caducidad dentro del alcance del contrato, técnicamente facilitará la vida de los desarrolladores, pero hará que la economía sea más difícil: 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 muchos años, incluyendo propuestas como "renta de blockchain" y "regeneración". Al final, combinamos las mejores partes de las propuestas y nos centramos en dos categorías de "las soluciones que se conocen como las menos malas":

• Soluciones para el estado de expiración parcial
• Sugerencia de expiración de estado basada en el ciclo de direcciones.

Expiración parcial del estado

Algunas propuestas de estado de expiración siguen los mismos principios. Dividimos el estado en bloques. Cada persona almacena permanentemente un "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 esa información. Hay un mecanismo de "resurrección" que se activa si ya no se almacenan.

La principal diferencia entre estas propuestas es: (i) nosotros como