Khoa học phổ biến: Giới thiệu về ETH 1.x và các nút không trạng thái

Lưu ý của biên tập viên: Bài viết này đến từNhững người đam mê Ethereum (ID: ethfans)Lưu ý của biên tập viên: Bài viết này đến từ

Những người đam mê Ethereum (ID: ethfans)

, Tác giả: Lai Jack Lai Yanting, được Odaily in lại với sự ủy quyền.

Bài viết này sẽ phân tích các vấn đề khác nhau tồn tại trong eth 1.0 và giới thiệu cách các thay đổi liên quan đến nâng cấp eth 1.x do Ethereum Foundation đề xuất có thể cải thiện hoàn cảnh hiện tại của Ethereum.

ETH 1.x là gì

Quá trình nghiên cứu về Ethereum 2.0 đã diễn ra trong một thời gian dài, tính đến thời điểm hiện tại (2020/06) vẫn còn 2–3 năm nữa mới có thể ra mắt hoàn chỉnh và eth 2.0 sẽ được triển khai dưới dạng kết hợp giữa Beacon Chain (Chuỗi báo hiệu) và nhiều shard chain (Chuỗi phân đoạn), trong khi eth 1.0 cần được sửa đổi và nâng cấp để trở thành một trong những chuỗi phân đoạn trong eth 2.0. Điều này có nghĩa là chuỗi khối Ethereum 1.0 hiện tại cần được thay đổi và nó sẽ tiếp tục hoạt động và phát triển trong 5-10 năm tới. Còn eth 1.x là tên phiên bản nâng cấp của Ethereum 1.0.

tiêu đề cấp đầu tiên

Những nhược điểm và vấn đề của Ethereum 1.0

Trước khi bắt đầu giới thiệu Ethereum 1.x, trước tiên bạn phải nhận ra các vấn đề hiện tại (2020/06) trong Ethereum, để bạn có thể hiểu đầy đủ về nền tảng của eth 1.x và những điểm khó giải quyết mà nó muốn giải quyết.

tiêu đề phụ

Kể từ năm 2020/05, Giá gas tăng đã khiến các nhà phát triển và người dùng tần suất cao phàn nàn. Lý do đằng sau điều này không chỉ là sự gia tăng số lượng người dùng Ethereum mà còn là sự gia tăng tỷ lệ tương tác hợp đồng thông minh tiêu tốn rất nhiều Gas (chuyển đơn giản tỷ lệ ETH bị pha loãng) khiến mạng lưới Ethereum tiếp tục tắc nghẽn.

- etherscan.io -

Đối mặt với tình huống như vậy, cộng đồng thợ mỏ đã bỏ phiếu vào ngày 19/6/2020 UTC để tăng Gas Limit của mỗi khối từ 10.000.000 lên 12.000.000.

Mô tả hình ảnh

Một số người có thể nghĩ rằng vì Giới hạn Gas 12.000.000 vẫn còn tắc nghẽn, tại sao không tăng nó? Lý do là việc tăng Gas Limit sẽ dẫn đến thời gian xử lý mỗi khối lâu hơn, do đó sẽ làm tăng số lượng Uncle Block, khiến cơ chế đồng thuận của mạng không lành mạnh và các thợ đào phải tốn nhiều công sức tính toán. để xử lý.

Ngoài ra, do các nút độc lập và nhóm khai thác nhỏ dễ dàng khai thác Uncle Blocks hơn, kỳ vọng thấp hơn về phần thưởng cho việc tạo khối trong thời gian dài sẽ khiến một số nút kiếm đủ sống và rời khỏi mạng. Điều này sẽ làm cho mạng Ethereum tập trung hơn và tập trung hơn vào các nhóm khai thác lớn, gây nguy hiểm cho sức khỏe và an ninh lâu dài của mạng.

tiêu đề phụ

Vấn đề (B): Trạng thái bùng nổ

Khi ngày càng có nhiều hợp đồng thông minh được triển khai, cũng như một số lượng lớn các tương tác hợp đồng, kích thước của "trạng thái" mà mạng Ethereum cần lưu trữ đang tăng lên theo "chuỗi tỷ lệ thuận". Sự phát triển của trạng thái được phản ánh trong không gian lưu trữ của nút.

Ngoài ra, độ khó xác minh khối sẽ tăng lên tương ứng, dẫn đến độ trễ tổng thể của mạng và giảm hơn nữa TPS.

- Roadmap of Ethereum tweeted by Vitalik on 2020/3/19 -

Mặc dù quá trình này giống như luộc ếch trong nước ấm, nhưng nó sẽ dẫn đến các vấn đề bảo mật lớn trong mạng Ethereum sau một vài năm, tuy nhiên, để tránh đi đến điểm đó, quá trình nghiên cứu và phát triển Ethereum 2.0 đã bắt đầu trong vài năm trước kia.

Mô tả hình ảnh

• eth 1.x other

• tiêu đề cấp đầu tiên

• Tương lai của Ethereum

• eth 2 phase 2 and beyond

Vào ngày 19 tháng 3 năm 2020, Vitalik đã chia sẻ lộ trình phát triển Ethereum trong 5 đến 10 năm tới trên Twitter, chủ yếu bao gồm bốn phần sau:

• eth 2 phase 1

• eth 1.x không trạng thái

• chuẩn bị eth 2 giai đoạn 0 (đường dẫn cốt lõi, tập trung vào hợp nhất eth 1 ➔ eth 2, loại bỏ PoW)

Đặc tả và triển khai hợp nhất eth1 ➔ eth2

eth 1.x không trạng thái

Trong số đó, "eth 1.x không quốc tịch" có thể nói là điều kiện quan trọng nhất để hợp nhất eth1➔eth2, bài viết này sẽ tập trung vào "không quốc tịch" làm trục chính để đưa ra những giới thiệu liên quan.

tiêu đề cấp đầu tiên

Vì bản chất của chuỗi khối Ethereum là một "máy trạng thái" quy mô lớn phi tập trung được duy trì bởi những người khai thác, nên nó thay đổi trạng thái khi số lượng khối tăng lên và tiếp tục phát triển. "Trạng thái" hoàn chỉnh của Ethereum chứa trạng thái hiện tại của tất cả các tài khoản và số dư riêng lẻ, cũng như bộ nhớ tổng thể của tất cả các hợp đồng thông minh được triển khai và chạy trong EVM.

Mạng Ethereum chỉ có một "trạng thái" ở mỗi chiều cao khối đã nhận được sự đồng thuận của tất cả các nút trong toàn mạng. "Trạng thái" này sẽ thay đổi trong mỗi khối mới và được kết nối với chuỗi khối cùng với khối.

Mô tả hình ảnh

- Nguồn hình ảnh: https://blog.ethereum.org/ -

tiêu đề phụ

Phải mất nhiều thời gian hơn để nút đọc trạng thái và tốc độ xử lý giao dịch trở nên chậm hơn

Mất nhiều thời gian hơn để xây dựng cây trạng thái mới và làm chậm quá trình xác minh khối

bản tóm tắt

Khi những người khai thác hoàn tất quá trình xử lý giao dịch, họ phải xây dựng cây trạng thái cấu trúc Trie bao gồm các trạng thái mới, liên quan đến một số lượng lớn các phép tính giá trị băm. Sau khi tính toán Băm gốc, một Tiêu đề khối mới có thể được tạo và một khối mới có thể được đóng gói.

bản tóm tắt

Nói chung, "trạng thái" và "kích thước nút" liên tục tăng sẽ dẫn đến sự gia tăng đáng kể chi phí khởi động của các nút đầy đủ mới: sự gia tăng nhu cầu về "không gian lưu trữ" và "thời gian đồng bộ hóa" có thể làm tăng thêm số lượng các nút đầy đủ trong mạng.giảm.

Ngoài ra, sự suy giảm hiệu suất tổng thể của mạng Ethereum là không thể tránh khỏi. Với sự gia tăng trong truy vấn và tính toán cây trạng thái tốn thời gian và ngày càng có nhiều giao dịch hợp đồng trong Ethereum, TPS có thể tiếp tục giảm, khiến mạng trở nên tắc nghẽn hơn và dẫn đến sự cạnh tranh về Giá Gas cao hơn.

Đề xuất của eth 1.x

Do sự tăng trưởng liên tục của trạng thái có tác động đáng kể đến sức khỏe của mạng Ethereum, nên một trong những giải pháp là "loại bỏ nhu cầu về trạng thái trên mạng Ethereum". Hãy xem kỹ hơn lộ trình tương lai của Ethereum do Vitalik phát hành vào ngày 19/3/2020 để thấy một loạt giải pháp:

chữ

Mô tả hình ảnh

The 1.x Files: The Updated Stateless Tech Tree （April 2, 2020）

The 1.x Files: A Primer for the Witness Specification （May 4, 2020）

The 1.x Files: EIP 1559 and the Ethereum Improvement Horizon （June 16, 2020）（Up to date）

-2020/4/2 cập nhật cây công nghệ eth 1.x-

tiêu đề cấp đầu tiên

Mục đích của eth 1.x

tiêu đề phụ

(A) Kéo dài tuổi thọ của eth 1.0

Duy trì tính bảo mật, tính ổn định và khả năng phục hồi của chuỗi khối eth 1.0 khi các khối tiếp tục phát triển, cho phép mọi người chọn chỉ tải xuống một phần trạng thái và chạy các nút trên phần cứng ít tốn kém hơn.

tiêu đề phụ

(B) Giao diện với eth 2.0

Vì các phân đoạn trong eth 2.0 sẽ không trạng thái, nên "không trạng thái" sẽ là điều kiện tiên quyết để tham gia xác minh khối eth 2.0. Nếu eth 1.0 tương thích với eth 2.0, thì nó phải hỗ trợ hoạt động không trạng thái để chuyển đổi suôn sẻ và giao diện với eth 2.0.

Để đạt được hai mục tiêu này, chúng ta có thể thấy "Ethereum không trạng thái" ở cuối cây kỹ năng ở ngoài cùng bên phải. Tuy nhiên, thuật ngữ Ethereum "không trạng thái" có thể hơi không chính xác, bởi vì toàn bộ mạng Ethereum tồn tại dựa trên trạng thái.

Cụ thể, đó là tìm cách để một số nút trong mạng Ethereum biến việc "giữ một bản sao của toàn bộ trạng thái Ethereum" thành một tùy chọn chứ không phải là một yêu cầu. Do đó, mạng Ethereum hiện tại cần hỗ trợ các nút nhẹ không duy trì trạng thái hoàn chỉnh của toàn bộ mạng: "các nút không trạng thái" tham gia xác minh các khối mới trong mạng.

(1) Cơ chế nhân chứng khối

(3) Chuyển đổi cấu trúc dữ liệu sang hệ nhị phân (Binary)

(1) Cơ chế nhân chứng khối

Cách các nút không trạng thái tham gia xác thực

Nói một cách đơn giản, phương pháp là: "Nút trạng thái đầy đủ" có thông tin trạng thái của toàn bộ mạng sẽ tạo ra "Block Witness" khi đóng gói một khối mới, do đó "các nút không trạng thái" không lưu trạng thái của toàn bộ mạng Khối mới có thể được xác minh bằng thông tin được cung cấp bởi nhân chứng khối.

"Block Witness" là gì

Như đã đề cập trước đó, cấu trúc dữ liệu của Ethereum là Merkle-Patricia Trie bao gồm khoảng 500 triệu giá trị trạng thái. Tuy nhiên, chỉ khoảng 0,1% giá trị trạng thái (khoảng 500.000) sẽ thay đổi theo chiều cao của khối, chẳng hạn như: số dư ETH của tài khoản cá nhân và số lượng Token được nắm giữ bởi mỗi địa chỉ được ghi trong hợp đồng. 99,9% giá trị trạng thái, chẳng hạn như mã của hợp đồng thông minh, các thông số về phí Uniswap là 0,3% và các thông tin khác sẽ không bị thay đổi sau khi hợp đồng thông minh được triển khai.

Vì một khối mới (hiện tại là 12 triệu Gas Limit) chỉ có thể chứa tối đa 571 giao dịch, nên những thay đổi về giá trị trạng thái có liên quan là rất hạn chế. Sau đó, một nút không trạng thái không lưu trữ tất cả các giá trị trạng thái thực sự có thể tính toán Merkle Root để xác minh miễn là nó yêu cầu các giá trị trạng thái có liên quan tham gia vào giao dịch và các giá trị băm không liên quan từ nút có trạng thái hoàn chỉnh .

chữhttps://blog.ethereum.org/-

Như thể hiện trong hình bên dưới, giả sử rằng 14 viên kim cương ở dưới cùng đại diện cho tất cả các giá trị trạng thái trong mạng Ethereum và chỉ có một giao dịch trong khối mới thay đổi giá trị trạng thái xanh, thì nút không trạng thái thực sự mà thôi. cần một bản gốc màu xanh lá cây Giá trị trạng thái, giá trị Hash màu tím và 6 thông tin giá trị Hash khác không thay đổi có thể tính toán Root Hash mới (Merkle Root) thông qua 4 phép tính giá trị Hash, mà không cần có tất cả 14 giá trị trạng thái cho 9 giá trị Hash phép tính.

Mô tả hình ảnh

-Nguồn ảnh:

Để cho phép các nút không trạng thái tham gia xác minh, hướng nghiên cứu mới nhất là "nhân chứng khối" có thể trở thành một phần của "tiêu đề khối Tiêu đề khối" và phát tới toàn bộ các nút mạng cùng với các khối mới được khai thác. các nút không trạng thái để xác minh các khối mà không bắt đầu "yêu cầu nhân chứng khối" bổ sung.

Bằng cách này, các nút không trạng thái có thể tham gia xác minh các khối mới trong mạng Ethereum.

tiêu đề cấp đầu tiên

(2) Thay đổi EVM

Việc thay đổi và vận hành giá trị trạng thái đều được thực hiện trong EVM, tương tự như vậy, nhân chứng khối cũng phải được tạo thông qua hoạt động của EVM của nút đầy đủ. Mục tiêu thay đổi của EVM có liên quan chặt chẽ đến chi phí và cơ chế khuyến khích, chủ yếu bao gồm ước tính mức tiêu thụ gas và cách giảm tác động đến độ trễ phát giữa các nút.

Khối chứng tính Khí (Witness Gas Accounting)

Vì nhân chứng khối phải được tạo bởi nút đầy đủ để sử dụng tài nguyên máy tính bổ sung, nên sẽ có chi phí Gas tương ứng và chi phí này hiện khả thi hơn do người khởi xướng giao dịch chịu. Về cách cho phép người khởi tạo giao dịch ước tính chính xác lượng Gas bổ sung khi gửi giao dịch để đặt Giới hạn Gas chính xác, nó vẫn đang được nghiên cứu và chưa được hoàn thiện.

Ngoài ra, xét đến việc một giá trị trạng thái có thể bị thay đổi bởi nhiều giao dịch trong cùng một khối, dẫn đến việc thanh toán Gas gấp đôi, phần này có thể trở thành một khoản phí phần thưởng bổ sung cho những người khai thác.

tiêu đề phụ

Khối mã hợp đồng thông minh (Mã Merkleization)

Tại thời điểm này, sẽ có một vấn đề khác, chỉ một đoạn nhỏ mã dồi dào của hợp đồng thông minh có thể được liên kết với hoạt động giao dịch, vì vậy khái niệm "khối mã chương trình" đã được đề xuất.

"Khối mã" là một cách để phân chia Bytecode của hợp đồng thông minh. Mã liên quan đến giao dịch trong hợp đồng thông minh được phân tách và cung cấp như một phần của nhân chứng khối. Nút trạng thái được sử dụng để xác minh hoạt động.

Mục đích là để tránh gọi các mã không cần thiết, tránh tăng thời gian tính toán và trì hoãn giao tiếp giữa các nút do tạo ra các nhân chứng blockchain khổng lồ.

(3) Chuyển đổi cấu trúc dữ liệu sang hệ nhị phân (Binary)

Theo thí nghiệm (Binary Tries Experiment) được thực hiện bởi nhà nghiên cứu Ethereum Igor Mandrigen, nếu cấu trúc dữ liệu Ethereum được thay đổi từ thập lục phân (Hex) hiện tại sang nhị phân (Binary), kích thước nhân chứng khối của mỗi khối sẽ có thể giảm từ 800~3.400 kB đến 300~1.400 kB, điều này sẽ giúp giảm đáng kể thời gian trễ của việc truyền nhân chứng khối trong mạng, để cơ chế nhân chứng khối có thể chạy lý tưởng hơn.

Tuy nhiên, phương thức triển khai cụ thể và chiến lược chuyển đổi từ Hex sang Binary vẫn chưa được kết luận hoàn toàn, các bạn quan tâm có thể tiếp tục chú ý đến các tin tức liên quan do Ethereum Foundation công bố.

Ethereum không trạng thái Ethereum không trạng thái

Cho đến nay, bằng cách giới thiệu "cơ chế nhân chứng khối", thực hiện các thay đổi cần thiết đối với "EVM" và chuyển đổi cấu trúc dữ liệu thành "hệ thống nhị phân", diện mạo chung của eth 1.x đã được vạch ra.

Mạng 1.x hỗ trợ các nút không trạng thái sẽ có những tác động chính sau đây đối với mạng chuỗi khối Ethereum 1.0:

i. Thân thiện hơn với các nút mới tham gia

Với việc mở rộng trạng thái của toàn mạng và tăng chiều cao khối, thời gian đồng bộ hóa để bắt đầu một nút mới sẽ ngày càng dài hơn (kể từ ngày 2020/06, việc bắt đầu một nút đầy đủ mới cần được đồng bộ hóa ít nhất một tuần), cực kỳ dài Lý do là quá trình đồng bộ hóa nút đầy đủ phải bắt đầu từ khối gốc để xác minh và đồng bộ hóa từng khối và khối xác minh phải có toàn bộ trạng thái mạng của chiều cao khối, vì vậy trong mỗi khối Trạng thái đồng bộ hóa hiện là nút cổ chai lớn đối với các nút đồng bộ hóa.

Sự xuất hiện của kỷ nguyên nút không trạng thái sẽ cải thiện đáng kể quá trình đồng bộ hóa khối khó khăn. Trong tương lai, chỉ có "tiêu đề khối" và "nhân chứng khối" mới có thể được sử dụng để hoàn tất xác minh khối. Việc cải thiện trải nghiệm nút đồng bộ hóa sẽ cho phép nhiều hơn Nhiều người sẵn sàng và có khả năng chi trả chi phí (thời gian và tài nguyên phần cứng) để chạy một nút.

ii. Các nút nhẹ trở nên tự lực

Trong mạng Ethereum hiện tại, các nút nhẹ không có khả năng xác minh độc lập các khối mới và xác minh giao dịch, vì các nút nhẹ không lưu thông tin bằng chứng merkle cần thiết để xác minh giao dịch, vì vậy chúng phải gửi yêu cầu p2p tới các nút đầy đủ liền kề để yêu cầu, nhưng nút ánh sáng Giờ đây, ngày càng có ít nút đầy đủ Trái tim Phật sẵn sàng cung cấp hỗ trợ.

Cơ chế không trạng thái sẽ giúp các nút nhẹ dựa vào phần trạng thái do chính chúng duy trì (thông tin như số dư tài khoản và hợp đồng của chính chúng) và xác minh độc lập bằng các tiêu đề khối và nhân chứng khối mà không cần hỏi người khác.

iii. Cải thiện an ninh mạng nút

Do tính bảo mật của mạng chuỗi khối phụ thuộc vào tổng số nút có thể tham gia xác minh các khối mới, nên chi phí tấn công mạng sẽ tăng lên cùng với sự gia tăng của tổng số nút, điều này có thể giảm thiểu rủi ro một cách hiệu quả. hệ thống bị đánh bại.

Với việc giảm chi phí khởi tạo các nút mới và một số lượng lớn các nút nhẹ đầu tư vào việc xác minh các khối mới, tính bảo mật tổng thể của mạng sẽ được cải thiện rất nhiều.

Điểm cuối cùng cũng là điểm cốt lõi, như đã đề cập trước đó, eth 2.0 sẽ bao gồm chuỗi đèn hiệu lõi và nhiều chuỗi phân đoạn, và trạng thái của toàn bộ mạng sẽ được lưu trữ riêng biệt bởi nhiều phân đoạn. Vì mỗi phân đoạn có một trạng thái khác nhau và không lưu thông tin trạng thái của các phân đoạn khác. Vì vậy, đối với mỗi phân đoạn, các phân đoạn khác giống như "các nút không trạng thái".

Tóm lại là

Để có thể xác minh và đồng bộ hóa hiệu quả giữa nhiều chuỗi phân đoạn, cần phải dựa vào "cơ chế xác minh không trạng thái". Do đó, nếu eth 1.0 hiện tại có thể thành công trở thành một trong những chuỗi phân đoạn của eth 2.0 trong tương lai, thì việc nâng cấp lên eth 1.x không trạng thái là một bước quan trọng.

tiêu đề cấp đầu tiên

Tóm lại là

Qua phần giới thiệu trên, tôi tin rằng bạn đọc đã hiểu rõ hơn về những thay đổi cần thiết để nâng cấp từ eth 1.0 hiện tại lên eth 1.x và tương lai sau khi những thay đổi được hoàn thành.

Sau khi quá trình nâng cấp eth 1.x hoàn tất, mọi người sẽ có thể chạy các nút không trạng thái (nút nhẹ) của riêng họ bằng phần cứng giá rẻ và nhiều nút nhẹ hơn có thể tham gia xác minh có thể tiếp tục duy trì tính bảo mật của toàn bộ mạng.

Chỉ eth 1.x với cơ chế xác minh không trạng thái mới có thể giao tiếp mượt mà với chuỗi đèn hiệu của eth 2.0 và các chuỗi phân đoạn khác, chính thức cho phép mạng Ethereum tham gia vào eth 2.0 nhẹ được xây dựng với cơ chế xác minh không trạng thái và tương lai công nghệ sharding.

• trên, nếu có

• A. Viết chưa rõ ràng chỗ nào B. Góp ý cải thiện bài viết C. Hi vọng có thể viết nội dung kiến ​​thức về công nghệ blockchain để chia sẻ

Bạn rất hoan nghênh để lại một bình luận dưới đây. Tôi hy vọng bài viết của tôi có thể giúp được nhiều bạn bè như tôi, những người muốn tìm hiểu kiến ​​thức và công nghệ blockchain. Nếu bạn cảm thấy rằng bạn đã đạt được điều gì đó sau khi đọc nó, bạn cũng hy vọng rằng bạn có thể

cho tôi 50 cái vỗ tayhttps://medium.com/