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区块链的状态爆炸困境 |硬核系列

  Ethereum中所有的开销管理都被统一到gas计费模型之下,交易的大小需要消耗对应的gas ,而每一条EVM指令消耗的gas,不仅考虑了计算开销,也将存储开销考虑在内。通过每个区块的gaslimit,间接限制了历史和状态的增长速度。

  ps. 常见的一个误解是,Ethereum的「区块链大小」已经超过1T了。从上面的分析我们可以看到,「区块链大小」是一个非常模糊的定义,如果把历史状态算进去,确实超过了,但对于全节点来说,把历史状态删掉没有任何问题,因为只要有Genesis和交易历史,任意时刻的历史状态都可以重新被计算出来(不考虑计算需要的时间)。

  真正有意义的数据,是全节点必须的数据的大小,Bitcoin是200G,Ethereum是170G,两者是基本相同的,而且在平均配置的云主机都能装下,因此人们观察到的Ethereum全节点减少并不是由于存储增加导致的(根本原因是同步时的计算开销)。

  考虑到Ethereum的历史长度(当前区块的timestamp减去genesis的timestamp)不到Bitcoin的一半,可以看出Ethereum的历史和状态大小增长更快。

  05

  The Tragedy of (Storage) Commons:区块链版本的公地悲剧

  公地悲剧所指指的是这样一种情况,有限的共享资源在不受任何限制的使用下被人们过度消耗。区块链节点为保存历史和状态付出的存储,正是这样一种共享资源。

  区块链节点为处理交易所花费的资源有三种,CPU,存储和网络带宽。CPU和带宽都是每个区块会刷新的资源,我们可以认为每个区块间隔内都用同样多的CPU和带宽可供使用,上个区块消耗掉的CPU和带宽不会让下个区块可用的CPU和带宽变少。对于可刷新的资源,我们可以通过一次性支付的交易手续费来补偿节点(手续费与计算复杂度和交易大小的相关性可参考RFC0015Appendix)。

  与CPU和带宽不同,存储是一种占用资源,在一个区块中被占用了的存储,除非使用者主动释放,否则无法在后面的区块中被其它使用者使用。节点需要为存储持续的付出成本,而使用者却不需要为存储持续的支付手续费(记住交易手续费只需要支付一次)。

  使用者只需要在往区块链写数据的时候支付一点点手续费,就可以永久使用一个可用性超过Amazon S3的存储,其无限大的永久存储成本需要区块链网络中的所有全节点来承担。

  Ethereum上由于各种DApp的存在,The Tragedy of (Storage) Commons相对更加严重。例如,在区块5700001(May 30, 2018)的时候,使用状态最多的5个合约是:

  EtherDelta, 5.09%

  IDEX, 4.17%

  CryptoKitties, 3.05%

  ENS, 1.92%

  EOS Sale, 1.73%

  比较有趣的是最后一个,EOS Sale。虽然EOS的众筹已经完成,EOS代币已经在EOS链上流转,EOS众筹的记录却永远留在了Ethereum的节点上,消耗Ethereum全节点的存储资源。

  可以看到,在缺乏管理的情况下,区块链的存储资源会被有意或者无意的滥用。

  在一个设计合理的经济模型中,使用者必须承担存储占用的成本,这个成本不仅仅与占用存储空间的大小成正比,还与占用时间的长度成正比。

  06

  状态爆炸

  公地悲剧所指的无论是历史还是状态数据都会占用存储资源。通过上面对Bitcoin和Ethereum的分析(其他区块链的状态模型基本都可以归纳为二者之一)可以看到,虽然它们对历史和状态的增长进行了管理,但是对历史和状态的总大小却没有任何控制,这些数据会持续的无休止的累积下去,使得运行全节点需要的存储资源越来越大,提高全节点的运行门槛,使网络的去中心化程度越来越低,这是我们不愿意看到的。

  你也许会说,有没有可能硬件平均水平的提高会超过历史和状态的积累速度?我的回答是可能性很低:

从这张图中我们可以看到,随着Ethereum网络的发展,状态数据累积的数量呈指数式的增长。Bitcoin的状态数据从0积累到3G,用了10年;Ethereum的状态数据从0积累到10G,用了4年;而这是在我们还没有解决Scalability问题,区块链仍然是小众技术的情况下的增长速度。  从这张图中我们可以看到,随着Ethereum网络的发展,状态数据累积的数量呈指数式的增长。Bitcoin的状态数据从0积累到3G,用了10年;Ethereum的状态数据从0积累到10G,用了4年;而这是在我们还没有解决Scalability问题,区块链仍然是小众技术的情况下的增长速度。

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