作者：Wei Han Ng，Carlos Pérez，無狀態(tài)共識研究團(tuán)隊(duì)；翻譯：@喜來順財(cái)經(jīng)xiaozou

以太坊已從一個(gè)實(shí)驗(yàn)性的小型網(wǎng)絡(luò)成長為全球基礎(chǔ)設(shè)施的關(guān)鍵組成部分。它每日結(jié)算價(jià)值達(dá)數(shù)十億美元，協(xié)調(diào)成千上萬的應(yīng)用程序，并支撐著整個(gè)二層網(wǎng)絡(luò)（L2）生態(tài)。

這一切最終都依賴于一個(gè)核心底層組件：狀態(tài)（state）。

1、什么是“狀態(tài)”及其重要性

用戶的余額并非存儲在其錢包中，而是存在于以太坊的狀態(tài)里。狀態(tài)可以粗略理解為“以太坊當(dāng)前所知的一切”：賬戶、合約存儲（合約寫入的所有數(shù)據(jù)）、字節(jié)碼（使用智能合約時(shí)運(yùn)行的邏輯）。

狀態(tài)幾乎是所有功能的基礎(chǔ)：

錢包依賴它來顯示余額和過往操作記錄；

去中心化應(yīng)用（Dapps）通過查詢它來了解現(xiàn)有的持倉、訂單或消息；

基礎(chǔ)設(shè)施（區(qū)塊瀏覽器、跨鏈橋、索引器等）持續(xù)讀取狀態(tài)，以在其之上提供服務(wù)。

如果狀態(tài)變得過于龐大、過于中心化，或難以提供服務(wù)，所有上述層級都會變得更加脆弱、成本更高，且更難以去中心化。

2、L1擴(kuò)展會帶來相應(yīng)后果

以太坊多年來持續(xù)致力于網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展：通過二層網(wǎng)絡(luò)、EIP-4844、提高Gas上限、Gas費(fèi)重定價(jià)，以及內(nèi)置的提議者-構(gòu)建者分離機(jī)制。每一步都提升了網(wǎng)絡(luò)處理能力，但也帶來了新的挑戰(zhàn)。

挑戰(zhàn)一：狀態(tài)持續(xù)膨脹

以太坊的狀態(tài)規(guī)模只增不減。每個(gè)新增賬戶、存儲操作和字節(jié)碼寫入都會永久增加網(wǎng)絡(luò)必須保存的數(shù)據(jù)。

這產(chǎn)生了具體成本：

驗(yàn)證者和全節(jié)點(diǎn)必須存儲更多數(shù)據(jù)。隨著狀態(tài)規(guī)模擴(kuò)大，數(shù)據(jù)庫需要處理額外工作負(fù)荷，效率隨之降低。

RPC服務(wù)提供商需保持完整狀態(tài)可訪問，確保任意賬戶或存儲數(shù)據(jù)可隨時(shí)查詢。

狀態(tài)增長導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)同步速度變慢、穩(wěn)定性下降。

提高Gas上限會加劇狀態(tài)膨脹，因?yàn)槊總€(gè)區(qū)塊可容納更多寫入操作。其他公鏈已出現(xiàn)此問題。隨著狀態(tài)規(guī)模擴(kuò)大，普通用戶難以運(yùn)行全節(jié)點(diǎn)，導(dǎo)致狀態(tài)數(shù)據(jù)集中于少數(shù)大型服務(wù)商手中。

在以太坊，多數(shù)區(qū)塊已由專業(yè)構(gòu)建者生產(chǎn)。核心關(guān)切在于關(guān)鍵時(shí)刻仍有多少獨(dú)立主體能完成端到端的區(qū)塊構(gòu)建。如果只有極少數(shù)參與者能存儲并提供完整狀態(tài)，抗審查能力和可信中立性將受損——因?yàn)槟軜?gòu)建包含被審查交易的區(qū)塊的主體將更少。

部分積極因素是，F(xiàn)OCIL和VOPS等機(jī)制旨在保障專業(yè)化構(gòu)建者生態(tài)下的抗審查性。但其有效性仍依賴于健康的節(jié)點(diǎn)生態(tài)，這些節(jié)點(diǎn)需能以可承受成本訪問、存儲和提供狀態(tài)數(shù)據(jù)。因此控制狀態(tài)增長是必要前提，而非可選優(yōu)化。

為確定問題臨界點(diǎn)，我們正積極進(jìn)行壓力測試：

狀態(tài)增長何時(shí)成為擴(kuò)展瓶頸；

狀態(tài)規(guī)模何時(shí)使節(jié)點(diǎn)難以跟隨鏈頭；

客戶端實(shí)現(xiàn)何時(shí)在極端狀態(tài)規(guī)模下失效。

挑戰(zhàn)二：在無狀態(tài)架構(gòu)中，誰負(fù)責(zé)存儲并提供狀態(tài)？

即使以太坊永久維持當(dāng)前的Gas上限，我們最終仍會遭遇狀態(tài)膨脹問題。與此同時(shí)，社區(qū)顯然期待更高的吞吐量。

無狀態(tài)方案消除了一個(gè)重大限制：驗(yàn)證者無需持有完整狀態(tài)即可驗(yàn)證區(qū)塊，僅需驗(yàn)證證明。這是重要的可擴(kuò)展性突破，既能滿足社區(qū)對更高吞吐量的需求，也揭示了一個(gè)曾經(jīng)隱含的事實(shí)——狀態(tài)存儲可演變?yōu)楠?dú)立且更專業(yè)化的職能，而非與每個(gè)驗(yàn)證者綁定。

屆時(shí)，大部分狀態(tài)可能僅由以下主體存儲：

區(qū)塊構(gòu)建者；

RPC服務(wù)提供商；

其他專業(yè)運(yùn)營商（如MEV搜索者和區(qū)塊瀏覽器）。

換言之，狀態(tài)將變得更加中心化。

這會引發(fā)多重后果：

同步難度增加：中心化服務(wù)商可能開始限制對狀態(tài)的訪問，導(dǎo)致新服務(wù)商難以啟動；

抗審查性削弱：若被審查的狀態(tài)數(shù)據(jù)無法獲取，F(xiàn)OCIL等抗審查機(jī)制可能失效；

系統(tǒng)韌性風(fēng)險(xiǎn)：若僅少數(shù)主體存儲并提供完整狀態(tài)，其服務(wù)中斷或遭受外部壓力將迅速切斷生態(tài)大部分組件的訪問。

即使許多實(shí)體存儲狀態(tài)，也缺乏有效方式驗(yàn)證其實(shí)際提供服務(wù)，且現(xiàn)有激勵(lì)不足。快照同步默認(rèn)被廣泛支持，但RPC服務(wù)則不然。若不降低狀態(tài)服務(wù)成本并提升其普遍吸引力，網(wǎng)絡(luò)訪問自身狀態(tài)的能力將受制于少數(shù)服務(wù)商。

這一問題同樣波及第二層網(wǎng)絡(luò)。用戶強(qiáng)制打包交易的能力依賴于對L1上Rollup合約狀態(tài)的可靠訪問。若L1狀態(tài)訪問變得脆弱或高度中心化，這些安全閥機(jī)制在實(shí)際應(yīng)用中將難以運(yùn)作。

3、我們看到的三大方向

（1）狀態(tài)有效期

并非所有狀態(tài)數(shù)據(jù)都具有同等的永久重要性。我們近期的分析表明，約80%的狀態(tài)數(shù)據(jù)超過一年未被訪問。然而，節(jié)點(diǎn)仍需永久承擔(dān)存儲這些狀態(tài)的成本。

狀態(tài)有效期機(jī)制的核心思想，是將非活躍狀態(tài)從"活躍集合"中暫時(shí)移除，待需要時(shí)再通過某種形式的證明恢復(fù)。概括而言，可將其分為兩大類：

第一類：標(biāo)記、失效、復(fù)活

協(xié)議不再將所有狀態(tài)視為永久活躍，而是將極少使用的狀態(tài)標(biāo)記為非活躍狀態(tài)，使其不再存留于每個(gè)節(jié)點(diǎn)維護(hù)的活躍集合中，同時(shí)允許通過歷史存在證明在未來將其恢復(fù)。其實(shí)際效果是：常用合約和余額保持活躍狀態(tài)且訪問成本低廉，而被長期遺忘的狀態(tài)則無需每個(gè)節(jié)點(diǎn)持續(xù)承載，當(dāng)有人再次需要時(shí)仍可被召回。

第二類：多周期失效機(jī)制

在多周期設(shè)計(jì)中，我們不對單個(gè)條目設(shè)置失效，而是周期性地將狀態(tài)按周期劃分（例如，一個(gè)周期=一年）。當(dāng)前周期規(guī)模較小且完全活躍，舊周期從實(shí)時(shí)執(zhí)行的角度看已被凍結(jié)，而新狀態(tài)會寫入當(dāng)前周期。舊狀態(tài)僅能通過證明其在先前周期中存在的方式恢復(fù)。

標(biāo)記-失效-復(fù)活機(jī)制通常更精細(xì)，復(fù)活流程更直接，但標(biāo)記過程需存儲額外元數(shù)據(jù)。多周期失效在概念上更簡單，更自然地與歸檔機(jī)制結(jié)合，但復(fù)活證明往往更復(fù)雜、體量更大。

歸根結(jié)底，這兩類方案目標(biāo)一致——通過暫時(shí)移除非活躍部分保持活躍狀態(tài)精簡，同時(shí)提供復(fù)活途徑——但它們在復(fù)雜性、用戶體驗(yàn)以及對客戶端和基礎(chǔ)設(shè)施的工作分配上做出了不同取舍。

（2）狀態(tài)歸檔

狀態(tài)歸檔將狀態(tài)區(qū)分為冷、熱狀態(tài)。

熱狀態(tài)是網(wǎng)絡(luò)需要頻繁訪問的部分；

冷狀態(tài)是對歷史記錄和可驗(yàn)證性仍然重要但極少被觸動的部分。

在狀態(tài)歸檔設(shè)計(jì)中，節(jié)點(diǎn)會明確將近期頻繁使用的熱狀態(tài)與歷史數(shù)據(jù)分開存儲。即使整體狀態(tài)持續(xù)增長，需要快速訪問的部分（熱數(shù)據(jù)集）仍可保持有限規(guī)模。實(shí)際上這意味著節(jié)點(diǎn)的執(zhí)行性能——特別是訪問狀態(tài)的I/O成本——可隨時(shí)間保持基本穩(wěn)定，而不會隨鏈齡增長而下降。

（3）降低狀態(tài)存儲與服務(wù)的門檻

一個(gè)明顯的問題是：我們能否在持有更少數(shù)據(jù)的情況下實(shí)現(xiàn)目標(biāo)？換言之，能否設(shè)計(jì)無需永久存儲完整狀態(tài)、仍能作為有效參與者的節(jié)點(diǎn)和錢包？

一個(gè)前景廣闊的方向是部分無狀態(tài)方案：

節(jié)點(diǎn)僅存儲并提供部分狀態(tài)（例如與特定用戶或應(yīng)用相關(guān)的數(shù)據(jù)）；

錢包和輕客戶端在存儲與緩存所需狀態(tài)片段方面承擔(dān)更主動的角色，而非完全依賴少數(shù)大型RPC服務(wù)商。若能安全地將存儲分散至錢包和"利基"節(jié)點(diǎn)，單個(gè)運(yùn)營者的負(fù)擔(dān)將減輕，狀態(tài)持有者群體也將更趨多元。

另一方向是降低運(yùn)行有用基礎(chǔ)設(shè)施的門檻：

簡化部署僅服務(wù)部分狀態(tài)的RPC節(jié)點(diǎn)的流程；

設(shè)計(jì)協(xié)議與工具，使錢包和應(yīng)用能發(fā)現(xiàn)并整合多個(gè)局部數(shù)據(jù)源，而非依賴單一完整RPC端點(diǎn)。

4、未來方向

以太坊的狀態(tài)正悄然成為該協(xié)議未來若干核心問題的關(guān)鍵：

狀態(tài)規(guī)模增長到何種程度會成為參與壁壘？

當(dāng)驗(yàn)證者無需狀態(tài)即可安全驗(yàn)證區(qū)塊時(shí)，誰來存儲狀態(tài)？

誰將向用戶提供狀態(tài)服務(wù)？其激勵(lì)何在？

部分問題尚無定論，但方向已明確：降低狀態(tài)對性能的制約、減少存儲成本、提升服務(wù)可及性。

我們當(dāng)前的重點(diǎn)是推進(jìn)低風(fēng)險(xiǎn)、高回報(bào)的工作：

歸檔方案

我們正嘗試協(xié)議外解決方案，在依賴歸檔方案存儲歷史數(shù)據(jù)的同時(shí)控制活躍狀態(tài)規(guī)模。這將提供關(guān)于性能、用戶體驗(yàn)和運(yùn)維復(fù)雜性的真實(shí)數(shù)據(jù)。若驗(yàn)證有效，必要時(shí)可將其推進(jìn)為協(xié)議內(nèi)升級。

部分無狀態(tài)節(jié)點(diǎn)與RPC增強(qiáng)

大多數(shù)用戶和應(yīng)用通過中心化的RPC服務(wù)商與以太坊交互。我們正在推進(jìn)以下改進(jìn)：

降低運(yùn)行節(jié)點(diǎn)的難度與成本，即使節(jié)點(diǎn)不存儲全部狀態(tài)；

允許多個(gè)節(jié)點(diǎn)協(xié)同提供完整狀態(tài)服務(wù)；

增加RPC服務(wù)商的多樣性，避免單點(diǎn)瓶頸。

這些項(xiàng)目經(jīng)過審慎選擇，因其兼具即時(shí)實(shí)用性與前瞻兼容性：它們既能提升以太坊當(dāng)前的健康度，也為未來更深入的協(xié)議升級奠定基礎(chǔ)。