意见 | 以太坊可扩展性挑战：状态数据

虽然以太坊的可用区块 Gas 上限有所提高，但区块的大小（数据量）并没有太大变化，因为以太坊上的交易数量与数据量并不完全正相关。

不久前，以太坊达到了满负荷运转，但它只处理了历史最高交易量的一半。 我们可以从中得到很多启发。

从上图可以看出，以太坊上区块数据的大小和区块Gas上限之间显然存在一定的关系。 如果是折线图，也会呈现上升趋势。 不过，两人的关系有点复杂。

以太坊中的 Gas 是一个抽象单位，用于衡量执行操作消耗了多少计算资源。

由于合约是图灵完备的，您可以在交易中包含无限数量的循环结构。 （为避免陷入死循环）以太坊对单个区块可用的Gas设定了上限，目前为1200万。

-2020年6月以太坊交易量-

尽管区块 gas 上限提高了 50%，但以太坊的交易量仍低于历史最高水平。 这是因为大部分 Gas 用于代币交易或智能合约交易。

执行一个简单的代币交易会消耗 80,000 gas，而以太币转账交易会消耗 20,000 gas。 执行一个 dapp 交易视情况而定，但其 gas 消耗通常高于代币交易最高）。

相比之下，比特币就简单多了，一个基本的交易只有250字节（其中一笔交易只是250字节或者可以作为基础然后每笔交易20字节，后半句我们看不懂——译者).

以太坊上没有这种协议级别的交易压缩，因为它使用的是账户系统。

为了方便账户管理，以太坊网络会在每次添加新区块时更新状态。 以太坊基金会的 Griffin Ichiba Hotchkiss 表示：

“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（以太坊虚拟机）中部署和运行的所有智能合约的‘记忆’。在以太坊区块链上，每一个最终确定的区块“只有一个状态，整个网络都同意。每次将新块添加到链中时，状态都会发生变化和更新。”

做个最简单的对比：比特币状态指的是UTXO（未花费的有效交易输出）。 无论是以太坊的状态还是比特币的状态，都是一个很难理解的概念。 简单来说就是网络的内存（ram）或者快照。 因此，账户余额和合约中包含的代码功能都是公开可见的。

要从创世块同步以太坊，需要遍历 4 亿个“节点”，大约需要 1 周时间。

每产生一个区块，整个以太坊网络的 10,000 多个全节点（运行以太坊客户端并保存所有以太坊区块链区块的计算机）都必须在本地更新，更新大约 3,000 个状态树“节点”。

这意味着您的计算机内存每 15 秒必须同步一个块，并且磁盘必须在每个块中不断读取和写入以太坊网络的更改。

因此，变化越多，计算机的内存和磁盘就会越忙。 资源达到上限后，整个网络的进度无法同步。

不能同步意味着不是不能下载历史，而是不能与全网同时完成交易处理。

此外，去年的一篇论文指出，对于程序员来说，构建一个准确关联“执行成本（Gas）与资源使用量（如CPU和内存）”的数学模型并不是一个简单的问题。

该论文还指出：“我们在计量经济学模型中发现了一些差异，例如，订单定价的显着不一致。我们设计了一种遗传算法（genetic algorithm），可以生成处理速度比普通合同慢 200 倍的合同。。之后也就是说，我们证明了所有主要的以太坊客户端实现都容易受到攻击，如果它们在消费级硬件上运行，它们将无法在受到攻击时跟上网络。”

同样，在比特币系统中，如果攻击者生成了一个难以验证的区块，甚至可能导致你的电脑挖矿系统崩溃。 但是，如果有人这样做，很可能会失去 6.25 BTC 的区块奖励； 如果矿池这样做，很可能会失去所有矿工。

但在以太坊系统中，攻击者损失的只是发行合约的成本。 根据研究人员的发现，这种损失与攻击的影响并不成正比。

如果我们要在以太坊网络现有形态的基础上实现扩容，让大家继续运行以太坊节点（比如我们Trustnode要继续我们的区块链分析），这将是一个非常复杂和耗时的工作. .

当然，我们可以通过云服务商Infura来运行节点。 以太坊网络上的绝大多数操作都是由 Infura 上的节点执行的。

据以太坊孵化器 ConsenSys 创始人 Joseph Lubin 介绍，ConsenSys 最近与 AMD 成立了一家合资企业 W3BCLOUD，以打造“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。

-以太坊扩容计划（2020年6月）-

右边的三个扩展方案具有独立的网络环境和区块链，并与以太坊建立了通信。 然而以太坊数量有上限吗，目前，这些网络之间还没有相互通信。

如果历史重演，第一步可能是将许多独立的世界计算机互连起来，让每个人都可以相互通信。

一开始，如果你有一台笔记本电脑，你只能访问那台笔记本电脑上的数据。 后来，随着技术的突破，不同的笔记本电脑被连接起来（最初是通过电缆），您可以访问邻居笔记本电脑上的数据。

由于这些计算机可以相互通信，我们可以允许每个人访问我们的数据，但我们不需要每个人都存储我们的数据，除非他们愿意。

只有负责共享数据的人才需要存储数据。 我们只需要连接到其他人的电脑，这样我们就可以看到彼此的数据。

即我们需要实现OMG与ZK的通信。 我们无法在比特币和以太坊之间建立通信的原因是因为它们是不同的协议。 但仍有项目试图将两者联系起来。

如果我们让这些数据集群相互通信以太坊数量有上限吗，那么只要它们都运行在同一个协议上，可扩展性就不再有任何限制。

这是需要花费大量时间才能实现的事情。 如果我们从这个角度来看，我们会发现中本聪和格雷戈里·麦克斯韦都是对的，因为他们是从不同的时间层面考虑的。

中本聪可能一直在思考比特币技术的总体发展。 在他的声明中，他明确认为比特币技术将像互联网一样发展（作为一个全球分布式系统）。

然而，麦克斯韦考虑的是现在。 他的一句话是绝对正确的：如果你不够努力，你就无法实现飞跃。

也就是说，我们正在开发，也许最艰巨的工作已经完成。 现阶段，我们不妨耐心地享受这个升级过程。 这需要时间来酝酿。

（结束）

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