区块链:以太坊可扩展性挑战：状态数据_区块链专业考研方向

编者按：本文来自以太坊爱好者，作者：Trustnodes，翻译&校对:闵敏&阿剑，Odaily星球日报经授权转载。

虽然以太坊的区块Gas可用量上限提高了，但是区块大小没有多大改变，因为以太坊上交易数量与数据体量之间并不是完全的正相关。不久前，以太坊达到了满负荷，但是它处理的交易量只有历史最高记录的一半。我们可以从中得到很多启示。如上图所见，以太坊上的区块数据量大小和区块Gas上限之间显然有某种关系。如果是折线图，也会呈现出上升趋势。不过，二者的关系有点复杂。以太坊的Gas是衡量执行一项操作需要消耗多少计算资源的抽象单位。由于合约是图灵完备的，你可以在交易中包含无数个循环结构。以太坊为单个区块可用的Gas设置了上限，该上限目前为1200万。

-2020年6月的以太坊交易量-尽管区块Gas上限提高了50%，但是以太坊上的交易量依然低于历史最高纪录。这是因为大部分Gas都被用于token交易或智能合约交易。执行一个简单的代币交易需要消耗80000gas，而一个以太币转账交易需要消耗20000gas。执行一个dapp交易视情况而定，但是其gas消耗量通常高于代币交易。相比之下，比特币则简单得多，一个基本交易只有250字节。以太坊上没有这种协议级交易压缩，因为它采用的是账户系统。为便于管理账户，以太坊网络每新增一个区块，就会更新一次状态。以太坊基金会的GriffinIchibaHotchkiss称：“完整的以太坊‘状态’指的是所有账户和余额的当前状态，以及在EVM中部署并运行的所有智能合约的‘内存’。在以太坊区块链上，每个得到最终确定的区块都有且只有一个全网达成共识的状态。每当有新的区块添加到链上，状态就会更改和更新。”举一个最简单的对照：比特币状态指的是UTXO。无论是以太坊状态，还是比特币状态，都是较难理解的概念。简单来说，就是网络的内存或快照。因此，账户余额和合约中包含的代码函数都是公开可见的。如果从创世块开始同步以太坊，你需要遍历4亿个“节点”，需要1周左右的时间。每生成一个区块，以太坊整个网络10000多个全节点都要在本地同步更新，更新大约3000个状态树“节点”。这就意味着，你的计算机内存每隔15秒，就要同步一个区块，同时磁盘也要一直读写每个区块中对以太坊网络的更改。因此，更改之处越多，计算机的内存和磁盘就越忙碌，等资源达到上限之后，就无法同步上整个网络的进度了。无法保持同步指的不是不能下载历史记录，而是不能跟整个网络同时完成交易处理。此外，去年还有一篇论文指出，对编程人员来说，要构造一个数学模型把“执行成本和所用资源数量”精确地关联起来，并不是个简单的问题。这篇论文还提到：“我们在计量模型中发现了一些差异，例如，指令定价方面的显著不一致。我们设计了一个遗传算法，可以生成比普通合约处理起来慢200倍的合约。之后，我们证明了，所有主要的以太坊客户端实现都很脆弱，如果它们在消费级硬件上运行，一旦遭受攻击，它们将无法与网络保持同步。”同样地，在比特币系统中，如果攻击者生成了一个很难验证的区块，甚至有可能导致你的计算机挖矿系统宕机。然而，如果有人这么做了，很可能会失去6.25BTC的区块奖励；如果是矿池这么做了，很有可能会失去所有矿工。但是在以太坊系统中，攻击者损失的只是发布合约的成本，据研究人员发现，这点损失与攻击所产生的影响根本不成正比。如果又要在当前形式的以太坊网络基础上实现扩容，又让大家还能继续运行以太坊节点，那就是非常复杂而且非常耗时的任务了。当然了，我们可以通过云服务提供商Infura来运行节点。对以太坊网络的绝大多数操作都是由Infura上的节点完成的。据以太坊孵化机构ConsenSys的创始人JosephLubin所言，ConsenSys最近已经与AMD合资创办了W3BCLOUD，旨在打造“下一代去中心化计算、存储和带宽”。然而，目前真正的解决方案是区块链合约级分片。

-以太坊扩容方案-右侧三个扩容方案都有独立的网络环境和区块链，并与以太坊建立了通信。但是，就目前而言，这些网络之间互不通信。如果历史重演，那么第一步可能是将许多独立的世界计算机相互连接起来，让大家都能互通。最开始的时候，如果你有一台手提电脑，你就只能访问这台手提电脑里的数据。后来，随着技术上的突破，不同的手提电脑之间建立起了连接，你可以访问邻居的手提电脑里的数据了。由于这些计算机之间可以建立通信，我们可以允许所有人访问我们的数据，不过不需要每个人都存储我们的数据，除非他们想这么做。只有那些负责分享数据的人才需要存储数据。我们只需要与其他人的计算机建立联系，这样我们就能看到彼此的数据了。也就是说，我们需要在OMG和ZK之间实现通信。我们之所以无法在比特币和以太坊之间建立通信，是因为它们是不同的协议。但还是有项目在尝试连接两者。如果我们让这些数据集群相互通信，那么只要它们都在同一个协议上运行，可扩展性就不再有任何限制。这是需要花费很多时间来实现的。如果从这个角度来看，我们就会发现中本聪和GregoryMaxwell都是对的，因为他们是从不同的时间层面来考虑的。中本聪考虑的可能是比特币技术的总体发展。在他的声明中，他显然认为比特币技术会像互联网那样发展。然而，Maxwell考虑的是当下。他有一句话说得非常对：如果你没有为此付出足够努力，就不可能实现飞跃。也就是说，我们正在发展中，或许最艰巨的任务已经完成了。在当前阶段，我们不妨耐心享受这段升级的过程。这是需要时间来酝酿的。

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