ปัญหาสถานะที่เพิ่มขึ้นของ Ethereum กำลังใกล้ถึงจุดวิกฤต

Ethereum ได้สะสมปัญหาอย่างเงียบๆ ที่ไม่ปรากฏในค่าแก๊สหรือแผนภูมิความเร็วในการทำธุรกรรม แต่คุกคามต่อสุขภาพระยะยาวของเครือข่าย ซึ่งเรียกว่า state bloat นักวิจัย Stateless Consensus ของ Ethereum Foundation กำลังส่งสัญญาณเตือนอย่างชัดเจน: state ที่เติบโตอย่างต่อเนื่องของ Ethereum กำลังกลายเป็นเรื่องยากขึ้นในการจัดเก็บ ยากขึ้นในการให้บริการ และยากขึ้นในการกระจายอำนาจ

ในข้อเสนอล่าสุด ทีมงานได้อธิบายว่าทำไมปัญหานี้จึงสำคัญ การปรับปรุงการขยายขนาดได้ทำให้ปัญหาแย่ลงโดยไม่ตั้งใจอย่างไร และเส้นทางที่เป็นรูปธรรมสามเส้นทางที่อาจป้องกันไม่ให้การดำเนินการโหนดกลายเป็นกิจกรรมสำหรับชนชั้นสูงที่สงวนไว้สำหรับผู้ให้บริการโครงสร้างพื้นฐานรายใหญ่เท่านั้น

"State" ของ Ethereum หมายถึงอะไรจริงๆ

Ethereum State: แหล่งที่มาของภาพ: Ethereum Foundation

State ของ Ethereum คือผลรวมของทุกสิ่งที่เครือข่ายทราบในปัจจุบัน ซึ่งรวมถึงยอดคงเหลือบัญชี การจัดเก็บสัญญาอัจฉริยะ และ bytecode ที่รันแอปพลิเคชันแบบกระจายอำนาจ มันคือหน่วยความจำสดของเชน

State นี้เป็นรากฐานของระบบนิเวศที่ชำระมูลค่าหลายพันล้านดอลลาร์และประสานงานแอปพลิเคชันหลายพันรายการในกรณีการใช้งาน DeFi, NFTs, เกม และองค์กร ปัญหานั้นเรียบง่ายแต่รุนแรง: state เพิ่มขึ้นเท่านั้น ไม่มีสิ่งใดถูกลบออกเลย

เมื่อแอปพลิเคชันเพิ่มเติมปรับใช้สัญญาและผู้ใช้เพิ่มเติมโต้ตอบกับพวกเขา state จะขยายตัวอย่างถาวร ทุกโหนดเต็มต้องจัดเก็บและให้บริการข้อมูลนี้ แม้ว่าส่วนใหญ่จะไม่มีการใช้งานอีก

ทำไม Ethereum State Bloat จึงคุกคามการกระจายอำนาจ

การรันโหนด Ethereum เต็มนั้นมีราคาแพงอยู่แล้ว ความต้องการพื้นที่จัดเก็บเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ เวลาการซิงค์เพิ่มขึ้น และการให้บริการข้อมูลกลายเป็นเรื่องเปราะบางมากขึ้นเมื่อเชนมีอายุมากขึ้น ตาม Foundation หาก state กลายเป็นเรื่องใหญ่เกินไปหรือซับซ้อนเกินไปที่จะให้บริการ สแต็กทั้งหมดจะกลายเป็นแบบรวมศูนย์และเปราะบางมากขึ้น

การอัปเกรดการขยายขนาดล่าสุดได้เร่งแนวโน้มนี้โดยไม่ตั้งใจ การขยายตัวของ Layer 2, EIP-4844 proto-danksharding และขด จำกัดแก๊สที่สูงขึ้น ล้วนเปิดใช้งานกิจกรรมเพิ่มเติมบน Ethereum กิจกรรมที่เพิ่มขึ้นหมายถึงสัญญาเพิ่มเติม การเขียนพื้นที่จัดเก็บเพิ่มเติม และการเติบโตของ state ที่เร็วขึ้น

ความกังวลไม่ใช่เชิงทฤษฎี นักวิจัยกำลังทดสอบสถานการณ์ความเครียดอย่างจริงจังเพื่อทำความเข้าใจว่าเมื่อใดขนาด state กลายเป็นคอขวด เมื่อใดโหนดต่อสู้เพื่อซิงค์กับหัวของเชน และเมื่อใดการใช้งานไคลเอนต์เริ่มล้มเหลวภายใต้แรงกดดันพื้นที่จัดเก็บที่รุนแรง

หากมีเพียงกลุ่มผู้ให้บริการที่ได้รับเงินทุนดีเพียงกลุ่มเล็กๆ เท่านั้นที่สามารถจ่ายได้ในการรันโหนดเต็ม ความต้านทานการเซ็นเซอร์และความเป็นกลางของ Ethereum จะเริ่มอ่อนแอลง

Stateless Validation แก้ปัญหาหนึ่งและสร้างอีกปัญหาหนึ่ง

แผนงานระยะยาวของ Ethereum รวมถึง statelessness ซึ่งตัวตรวจสอบความถูกต้องสามารถตรวจสอบบลอกโดยไม่ต้องจัดเก็บ state เต็ม สิ่งนี้ลดภาระของตัวตรวจสอบความถูกต้องอย่างมากและเปิดประตูสู่ throughput ที่สูงขึ้น

แต่มันก่อให้เกิดคำถามใหม่: หากตัวตรวจสอบความถูกต้องไม่จัดเก็บ state ใครจะเป็นคนทำ?

ในการออกแบบ stateless state ทางประวัติศาสตร์และที่ใช้งานส่วนใหญ่จะถูกเก็บไว้โดยผู้ให้บริการเฉพาะทาง เช่น ผู้สร้างบลอก ผู้ให้บริการ RPC ผู้ค้นหา MEV และ block explorers ความเข้มข้นนั้นแนะนำความเสี่ยงใหม่เกี่ยวกับการเซ็นเซอร์ ความพร้อมใช้งานระหว่างการหยุดทำงาน และความยืดหยุ่นภายใต้แรงกดดันด้านกฎระเบียบหรือภายนอก

ทีม Stateless Consensus ชัดเจนเกี่ยวกับการแลกเปลี่ยน Stateless validation ปรับปรุงความสามารถในการขยายขนาด แต่หากไม่มีการออกแบบที่ระมัดระวัง มันอาจผลักดัน Ethereum ไปสู่การรวมศูนย์โครงสร้างพื้นฐาน

สามเส้นทางที่เสนอเพื่อแก้ไข State Bloat

เพื่อแก้ไขปัญหา นักวิจัย Ethereum Foundation ได้สรุปแนวทางเสริมสามแนวทาง แต่ละแนวทางโจมตีการเติบโตของ state จากมุมต่างกัน

State Expiry

State Expiry มุ่งเน้นไปที่การลบข้อมูลที่ไม่ได้ใช้งานออกจาก state ที่ใช้งาน ทีมประมาณการว่าประมาณ 80 เปอร์เซ็นต์ของ Ethereum state ไม่ได้ถูกใช้งานมานานกว่าหนึ่งปี แต่ทุกโหนดยังคงต้องจัดเก็บมัน

ภายใต้โมเดลนี้ ข้อมูลที่ไม่ได้ใช้งานจะหมดอายุจากชุดที่ใช้งาน แต่สามารถฟื้นคืนชีพได้ในภายหลังโดยใช้การพิสูจน์เข้ารหัสลับ มีการสำรวจสองรูปแบบ หนึ่งทำเครื่องหมายและหมดอายุรายการที่ใช้งานน้อยพร้อมตัวเลือกในการฟื้นคืนชีพในภายหลัง อีกหนึ่งจัดกลุ่ม state เป็นยุค แช่แข็งยุคเก่าในขณะที่รักษาข้อมูลล่าสุดให้ใช้งานได้

เป้าหมายเรียบง่าย: หยุดการบังคับให้ทุกโหนดบรรทุกข้อมูลที่ไม่มีใครใช้

State Archive

State Archive แยก hot state จาก cold state ข้อมูลที่เข้าถึงบ่อยยังคงเร็วและมีขอบเขต ในขณะที่ข้อมูลเก่ากว่าจะถูกเก็บรักษาไว้ในพื้นที่จัดเก็บเอกสารสำหรับการตรวจสอบทางประวัติศาสตร์

แนวทางนี้ช่วยให้ประสิทธิภาพของโหนดยังคงค่อนข้างเสถียรเมื่อเวลาผ่านไปแทนที่จะเสื่อมสภาพเมื่อเชนมีอายุมากขึ้น แม้ว่า state ทั้งหมดจะเติบโตต่อไป ภาระการดำเนินงานบนโหนดส่วนใหญ่จะยังคงสามารถจัดการได้

นอกจากนี้ยังสร้างบทบาทที่ชัดเจนยิ่งขึ้นระหว่างโหนดที่ปรับให้เหมาะสมเพื่อประสิทธิภาพและโหนดที่ปรับให้เหมาะสมเพื่อประวัติศาสตร์และการวิจัย

Partial Statelessness

Partial Statelessness อนุญาตให้โหนดจัดเก็บเฉพาะชุดย่อยของ state แทนที่จะเป็นทุกอย่าง กระเป๋าเงินและ light clients จะแคชข้อมูลที่พวกเขาพึ่งพา ลดการพึ่งพาผู้ให้บริการ RPC แบบรวมศูนย์

โมเดลนี้ลดต้นทุนพื้นที่จัดเก็บ ขยายการมีส่วนร่วม และทำให้ง่ายขึ้นสำหรับบุคคลและผู้ให้บริการขนาดเล็กในการรันโหนดโดยไม่ต้องลงทุนฮาร์ดแวร์จำนวนมาก

ในทุกแนวทางทั้งสาม เป้าหมายที่รวมกันคือการลด state เป็นคอขวดประสิทธิภาพ ลดต้นทุนของการถือครอง และทำให้ง่ายขึ้นในการให้บริการ

สิ่งที่ Ethereum Foundation กำลังทำต่อไป

Foundation กำลังให้ความสำคัญกับโซลูชันที่สามารถมอบผลประโยชน์ที่แท้จริงในวันนี้ในขณะที่ยังคงเข้ากันได้กับการเปลี่ยนแปลงโปรโตคอลที่ทะเยอทะยานมากขึ้นในอนาคต พื้นที่โฟกัสในปัจจุบันรวมถึงการปรับปรุงเครื่องมือโหนดเอกสาร การเสริมสร้างโครงสร้างพื้นฐาน RPC และการทำให้โหนด stateless บางส่วนรันได้ง่ายขึ้น

ความพยายามเหล่านี้มีความจงใจในทางปฏิบัติ ทีมเน้นย้ำว่าพวกเขาถูกเลือกเพราะมีประโยชน์ทันทีและเข้ากันได้ล่วงหน้ากับแผนงานระยะยาวของ Ethereum

นักพัฒนา ผู้ให้บริการโหนด และทีมโครงสร้างพื้นฐานกำลังได้รับเชิญให้เข้าร่วมการทดสอบและการอภิปราย นักวิจัยทำให้ชัดเจนว่านี่ไม่ใช่สิ่งที่ Foundation สามารถแก้ไขได้เพียงลำพัง

ข้อเสนอ ไม่ใช่การตัดสินใจขั้นสุดท้าย

Foundation ระมัดระวังที่จะเน้นว่างานนี้เป็นตัวแทนของข้อเสนอ ไม่ใช่จุดยืนองค์กรที่เป็นหนึ่งเดียว การพัฒนาโปรโตคอลของ Ethereum รวมถึงความคิดเห็นที่หลากหลาย และไม่มีเส้นทางเดียวที่ถูกล็อคไว้

ความเปิดกว้างนั้นสอดคล้องกับการผลักดันล่าสุดของ Foundation ในการสื่อสารอย่างชัดเจนยิ่งขึ้นเกี่ยวกับทิศทางโปรโตคอลระยะยาว ควบคู่ไปกับการวิจัยการจัดการ state, Ethereum ยังทำงานบน Interop Layer เพื่อให้เครือข่าย Layer 2 รู้สึกเหมือนเชนเดียว ขยายการเปลี่ยนแปลงผู้นำและ R&D ปรับกลยุทธ์คลัง และย้ายไปสู่กำหนดการ hard-fork สองครั้งต่อปีด้วย Fusaka

ทำไมสิ่งนี้จึงสำคัญในระยะยาว

Ethereum State bloat ไม่ใช่ปัญหาที่ดึงดูดพาดหัวข่าว แต่มันอยู่ที่ใจกลางของคำมั่นสัญญาการกระจายอำนาจของ Ethereum หากการรันโหนดกลายเป็นเรื่องที่มีค่าใช้จ่ายสูงหรือซับซ้อนเกินไป เครือข่ายมีความเสี่ยงที่จะลอยไปสู่ความเข้มข้นของโครงสร้างพื้นฐาน แม้ว่า throughput และการใช้งานจะดีขึ้นก็ตาม

ข้อความของ Ethereum Foundation นั้นตรงไปตรงมา การขยายเชนโดยไม่ขยายความสามารถในการจัดเก็บและให้บริการข้อมูลอย่างปลอดภัยนั้นไม่เพียงพอ วิธีที่ Ethereum จัดการ state ในอีกไม่กี่ปีข้างหน้าจะกำหนดว่าใครสามารถเข้าร่วมได้ ใครควบคุมโครงสร้างพื้นฐาน และเครือข่ายมีความยืดหยุ่นแค่ไหนภายใต้แรงกดดัน

การอภิปรายเพิ่งเริ่มต้น และการเลือกที่ทำที่นี่จะสะท้อนไปไกลเกินกว่าวงจรการอัปเกรดครั้งต่อไป