MIR:以太坊存储爆炸问题的分析与优化_TOC

编按：本文为QuarkChain创始人兼CEO周期博士撰写的技术文章，并以此文章为基础，在DAppLearning进行了技术分享讲座。

DeFi、GameFi等去中心化应用的蓬勃发展，极大地增加了对低交易费用的高性能区块链的需求。然而，构建高性能区块链的一个关键挑战是存储爆炸。下图是取自Etherscan的图表，它说明了一个以太坊全节点的区块链数据大小。

从图中我们可以看出，节点的链数据规模稳步增长，现在已经达到~9TB。由于去中心化区块链的一个目标是允许普通配置的计算机运行节点，因此在普通配置的计算机上强制要求9TB存储会难以达到。

区块

状态

交易收据

这其中，状态是这8.7TB的主要组成部分。所以有时，我们将存储爆炸称为“状态爆炸”。但是为什状态会如此之大？

数据：以太坊DeFi借贷协议24小时清算量达1.31亿美元 创历史新高:2月23日消息，据DeBank数据显示，近24小时以太坊上借贷协议的清算量达1.31亿美元，超越去年11月9330万美元的纪录，创下历史新高，其中Compound上的清算量达到1亿美元，排名首位，排名第二位的Aave V2为1097万美元，当前以太坊上借贷协议总借款额为95.66亿美元。[2021/2/23 17:44:51]

什么是以太坊状态？

以太坊状态是一个MerklePatrica树，其中

叶子节点是地址(0x...)=>帐户的映射，其中帐户存储与地址关联的余额、nonce等

内部节点维护树结构，以便可以快速计算整个树的哈希根

由于存档节点将保留所有区块的所有历史状态，这意味着MPT中的任何更新都将创建O(log(N))个内部节点，并且不会删除旧的内部节点。

Aave Genesis支持EIP-1559的实施 以改善以太坊网络事务的用户体验:2月17日消息，AAVE表示，Aave Genesis支持EIP-1559的实施，以改善以太坊网络事务的用户体验。

此前消息，一些以太坊矿工组成了一个卡特尔组织，以阻止一项目前存在争议的提案EIP-1559的实施。[2021/2/17 17:24:00]

通过定期存储MPT，状态的存储大小显著减少。据Etherscan数据，目前Geth全节点的区块链数据大小约为1TB。

在不存储历史MPT的情况下，一个Geth节点的存储大小可以进一步减少到447G。通过减去300GB的区块数据，我们推断状态大小约为150GB。

币安智能链。截至2021年12月8日，BSC已有：

V神对Galaxy Digital创始人在早期购买以太坊表示感谢:针对Galaxy Digital创始人Mike Novogratz透露从V神手中购买50万枚以太坊一事，V神在推特表示，这是向以太坊基金会购买，而不是我个人。我感谢Novogratz和其他早期购买ETH的买家。如果没有他们，也许以太坊基金会在经济上不会幸存下来，以太坊的发展也会更加艰难。[2020/11/17 21:06:01]

约984GB链上数据，其中区块约占550GB，状态约占400GB。

20.6623亿笔交易，100TPS

如果我们进一步用交易数量来预测数据大小，我们可以得到：

如果TPS为100，即~3,153MTPY

1年后，总TX~5,219M，区块~1.375TB，状态~1.085TB

Tether向以太坊网络新增发1.5亿枚USDT:据DAppTotal.com稳定币专题页面数据显示：11月04日02时28分 ，USDT发行方Tether向以太坊网络新增发1笔价值1亿5,000万美元的USDT， 块高度为：11185771，交易哈希值为：0xeeeb50a0224a7df31e1118a5411cb254fe824766d5ca9d5927c67f89163d8fa6 。截至目前，Tether在以太坊网络上的ERC20 USDT总发行量已达11,078,669,486枚。[2020/11/4 11:34:58]

3年后，总TX~11,525M，区块~3.025TB，状态~2.387TB

如果TPS为150，即~4,730MTPY

1年后，总TX~6,796M，区块~1.809TB，状态~1.427TB

分析 | 以太坊期货市场数据显示空头倾向增加:此前，大约2500万美元ETH被转到Kraken、币安和火币钱包中。目前尚不清楚是谁将巨额以太坊发送至三大交易所，但存在有人在公开市场进行抛售的可能性。根据Skew数据，以太坊期货主要在火币和OKEx等中国加密货币交易所交易。此外，BitMEX数据显示，虽然未平仓合约有所下降，但自昨天以来，卖出数量一直远高于买入数量。尽管如此，12月23日为负数的比特币融资利率目前为正。OKEx的融资率也为正。OKEx的ETH基差（期货价格和现货价格之间的差额）接近于零，它在11月某个时候从1美元以上的正整数值下降。负基差表明市场出现抛售。大约在11月同一时间，交易所的未平仓合约也出现大幅下降。过去几天，OKEx整体多/空比率有所下降。该交易所排名前100位的交易员非常倾向于空头头寸（57%空头头寸，42%多头头寸)。因此，随着市场担忧的加剧，以太坊的卖空可能会进一步继续。BitMEX上以太坊永续合约的交易量数据显示，交易量支撑在当前水平以下逐渐减弱。在127-130美元的区域，需求可能会再次增加。若低于这些水平，人们担心市场可能会继续蔓延。（CoinGape）[2019/12/26]

3年后，总TX~16,256M，区块~4.327TB，状态~3.414TB

综上所述，对于BSC来说，如果保持目前的速度甚至更高，则很快就会达到以太坊存档节点相同的存储大小，这是普通计算机几乎无法运行的。

具有极高TPS区块链的存储爆炸问题

如果我们对一个极高TPS的区块链做一个更大胆的假设，这个数字会变成多少？我们来考虑一个具有1000TPS的区块链并分析其区块和状态大小，将是：

假设tx大小约为100字节，每年区块所需的存储量为1000(TPS)*100*365*24*3600=2.86TB

假设MPT有100亿账户，我们预计状态大小将为150G/0.18B*10B=8.3TB

将这些数字放在一起，我们很容易得出一个结论，这是大多数普通配置计算机将无法承受的要求！

优化

为了优化存储成本，我们必须将限制放宽为兼容EVM而不是兼容以太坊。即，我们必须构建/运行另一个支持EVM的链，而不是高度优化的以太坊客户端。

~10B*50100GB=600GB，大约是MPT版本的1/10！

虽然使用普通KV会带来巨大的好处，但一个主要问题是我们无法在如此短的区块间隔内计算每个区块的状态后哈希，这意味着我们将失去以太坊的以下好处：

快速同步：下载任何区块的状态并通过重放剩余的区块来快速同步网络

分叉检测：来自对等方新创建的区块是否会导致与本地执行区块的状态不同。

为了启用快速同步，我们有一个周期性的快照区块。一个快照区块包含前状态哈希这一附加信息，即前一个快照区块的后状态哈希：

非快照区块不维护状态哈希，而是具有增量哈希，其中包含该区块的所有交易事务的原始数据库操作的哈希。这使得分叉检测成为可能！

我们使用交易前状态哈希来代替以太坊中区块的交易后状态哈希。原因是节点不能立即计算状交易后的状态哈希，但是通过使用交易前状态哈希，节点可以使用整个epoch间隔来计算哈希。例如，假设状态哈希计算每秒处理10M的状态数据，那么计算600GB的整个状态将需要600GB/10M~16.67小时

计算状态前哈希的流程如下：

1.当一个快照区块被接收并最终确定时，它的KV状态被快照，并创建一个后台线程来迭代所有KV条目并计算哈希。

2.当下一个快照区块被创建时，计算出的状态前哈希值将存储在该区块中。同样，节点将创建KV的另一个快照并在后台计算其哈希。

3.当下一个快照区块被创建时，节点除了存储状态前哈希之外，节点现在可以释放快照区块的KV快照，这意味着来自快照区块以来所有被删除/更新的数据将被自动垃圾回收

其结果意味着，要存储状态，节点只需要最多两个KV快照。

最新的快照区块的交易执行前状态快照，即快照区块的交易执行后状态

快照区块之后的完整区块

我们可以对存储成本进行简单的数学计算：假设epoch持续时间为2周，则区块重放大小为

2*14*24*3600*100*1000=224GB！

而且，这里的数字不会随着时间的推移而增长！

不仅是区块，状态存储消耗了很多的空间

当TPS>1000时，存储空间用量高得令人望而却步

我们提出对区块和状态进行优化：

区块大小从每年2.86TB减少到224GB

状态大小从8.3TB减少到600GB

一台2TB的普通配置计算机应该能满足长时间运行节点的条件

缺点：轻节点无法验证状态中的一个数据

致谢

感谢dapp-learning主办此次活动。

标签：MIRPolygonPROTOCUnited Emirate Decentralized Coinpolygon币未来100美元Wrapped x42 ProtocolRedux Protocol

DOT热门资讯