THE:区块链与状态爆炸_togetherbnb游戏解说

如果Layer1的关注点应该是状态而不是计算，在设计Layer1区块链时，我们就需要先理解什么是区块链的状态。理解了状态是什么，我们才能理解状态爆炸是什么。状态

区块链网络中的每一个全节点，在网络中运行一段时间之后都会在本地存储上留下一些数据，我们可以按照历史和现在把它们分为两类：历史——区块数据和交易数据都是历史，历史是从Genesis到达当前状态的路径。状态——节点在处理完从Genesis到当前高度的所有区块和交易后形成的最终结果。状态随着区块的增加一直处于变化之中，交易是造成变化的原因。共识协议的作用是通过一系列的消息交换，保证每一个节点看到的当前状态是相同的，而实现这个目标的方式是保证每一个节点看到的历史是相同的。只要历史相同，处理交易的方式相同，最后看到的当前状态就是相同的。当我们说「区块链具有不可篡改性」时，是指区块链历史不可篡改，相反，状态是一直在变化的。有趣的是，不同的区块链保存历史和状态的方式不同，其中的差异使得不同的区块链形成了各自的特点。由于这篇文章讨论的话题是状态，而影响状态的历史数据主要是交易，接下来的讨论历史的时候会侧重交易，忽略区块头。举个例子：Bitcoin的历史和状态

Bitcoin的状态，指的是Bitcoin账本当前的样子。Bitcoin的状态是由一个个UTXO构成的，每个UTXO代表了一定数量的Bitcoin，每个UTXO上面写了一个名字，记录这个UTXO的所有者是谁。如果要做一个比喻的话，Bitcoin的当前状态是一个装满了金币的袋子，每个金币上刻着所有者的名字。Bitcoin的历史由一连串的交易构成，交易内部的主要结构是输入和输出。交易更改状态的方法是，把当前状态中包含的一些UTXO标记为已花费，从UTXO集合中移出，然后把一些新的UTXO添加到UTXO集合里面去。可以看出，Bitcoin交易的输出正是上面说的UTXO，UTXO只不过是一种处于特殊阶段的TXO。因为构成Bitcoin状态的组件，同时也是构成交易的组件。由此Bitcoin有一个奇妙的性质：任意时刻的状态都是历史的一个子集，历史和状态包含的数据类型是同一维度的。交易的历史即状态的历史，Bitcoin的历史只包含交易。在Bitcoin网络中，每一个区块，每一个UTXO都要持续占用节点的存储空间。目前Bitcoin整个历史的大小大约是200G，而状态的大小只有大约3G。Bitcoin通过对区块大小的限制很好的管理了历史的增长速度，由于其历史和状态之间的子集关系，状态数据大小必然远小于历史数据大小，因此状态增长也间接的受到区块大小的管理。再举个例子：Ethereum的历史和状态

华为云发布《云迁移框架白皮书》：区块链、元宇宙等新技术可推动业务创新和现代化:金色财经报道，8月20日，在华为云数智新消费创新峰会2023上，华为云与百联集团携手发布了《大型商业零售电商平台云转型最佳实践——云迁移框架白皮书》（以下简称《白皮书》）。

《白皮书》认为，应用现代化不只是采用云原生技术（如容器、微服务、DevOps、API网关等），还包括新技术（如 AI、数字人、IoT、区块链等）的应用，使业务能够跟上时代的潮流，提升用户体验和创新能力。具体来说，应用现代化包括基础设施现代化、架构设计现代化、开发运维现代化、治理运营现代化、新技术使能业务现代化五个方面。

《白皮书》指出，云的新技术，包括人工智能、大数据、区块链、元宇宙和物联网等，在业务创新和现代化方面提供了广泛的机会和潜力。这些技术可以帮助企业改进业务流程、增强决策能力、提升用户体验，推动业务创新和现代化，开创新的商业模式和市场机会。[2023/8/21 18:13:02]

Ethereum的状态，也叫做「世界状态」，指的是Ethereum账本当前的样子。Ethereum的状态是由账户构成的一棵Merkle树，账户里面不仅记录了余额，还记录了合约的数据。Ethereum的状态可以看作是一个大账本，账本的第一列是名字，第二列是余额，第三列是合约数据。Ethereum的历史同样由交易构成，交易内部的主要结构是：to-另一个账户，代表交易的发送对象value-交易携带的ether数量data-交易携带的任意信息交易更改状态的方法是，EVM找到交易发送的目标账户：1.根据交易的value计算目标账户的新余额；2.将交易携带的data作为参数传递给目标账户的智能合约，运行智能合约的逻辑，在运行中可能会修改任意账户的内部状态生成新的状态；3.构造新的叶子存放新的状态，更新状态Merkle树。可以看出，Ethereum的历史和交易结构与Bitcoin相比有非常大的不同。Ethereum的状态是由账户构成的，而交易是由触发账户变动的信息构成，状态和交易中记录的是完全不同类型的数据，二者之间没有超集和子集的关系，历史和状态所包含的数据类型是两个维度的，交易历史大小与状态大小之间没有必然的联系。交易修改状态后，不仅会产生新的状态，而且会留下旧的状态成为历史状态，因此Ethereum的历史不仅仅包含交易，还包含历史状态。因为历史和状态属于不同的维度，Ethereum区块头中不仅仅包含交易的merkleroot，也需要显式包含状态的merkleroot。Ethereum中每一个区块，每一个账户都会持续占用节点的存储空间。Ethereum节点在同步的时候有多种模式，在Archive模式下所有的历史和状态都会保存下来，其中历史包括历史交易和历史状态，所有数据加起来的大小超过了2TB；在Default模式下，历史状态会被裁剪掉，本地只保留历史交易和当前状态，所有数据加起来大约是170G，其中交易历史大小是150G，当前状态大小是10G。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，它确实超过了，但是对于全节点来说，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。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上都能装下，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。考虑到Ethereum的历史长度不到Bitcoin的一半，可以看出Ethereum的历史和状态大小增长更快。TheTragedyof(Storage)Commons：区块链版本的公地悲剧公地悲剧所指的是这样一种情况，有限的共享资源在不受任何使用限制的情况下会被人们过度消耗。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有同样多的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。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。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AmazonS3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，TheTragedyof(Storage)Commons相对更加严重。例如，在区块5700001的时候，使用状态最多的5个合约是：1.EtherDelta,5.09%2.IDEX,4.17%3.CryptoKitties,3.05%4.ENS,1.92%5.EOSSale,1.73%比较有趣的是最后一个，EOSSale。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。状态爆炸

声音 | 北京大学李祎：用区块链技术保障数据安全非常有必要:12月16日，“区块链智能评价系统研讨会”在北京大学举行。北京大学教务部副部长李祎表示：“区块链技术保证了信息的可信、可追溯，安全可靠，测评系统承载了海量的数据，用区块链技术保障数据安全是非常有必要的。而“区块链智能评价系统”的研发目标与高考改革中侧重的综合素质选拨的方向也是一致的，这也需要技术和数据分析能力上能够支持，这个项目是非常有意义的。”[2019/12/17]

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。当我们解决了Scalability问题，区块链真正获得massadoption，DApp和用户数量都爆炸式增长的时候，区块链历史和状态数据会以什么速度累积呢？这就是状态爆炸问题，我们把它归类为post-scalabilityproblem，因为它在解决Scalability问题之后会非常明显。我们最早是在做许可链场景落地时注意到了这个问题，因为许可链的性能远高于公有链，刚好处于post-scalability的阶段。历史数据的累积相对容易处理，未来可以通过去中心化的Checkpoint或是零知识证明等技术来压缩，在那之前全节点甚至可以把历史直接丢掉，依然可以正常运行。状态数据的累积则麻烦许多，因为它是全节点运行必须的数据。不少区块链项目已经看到了这个问题，并提出了一些解决方案。EOSRAM是解决状态爆炸问题的一个有益尝试：RAM代表了超级节点服务器可用的内存资源，无论是账户、合约状态还是代码，都需要占用一定的RAM才能运行。RAM的设计也有很多问题，它需要通过内置的交易市场购买，不可转让，无法租用，将合约执行过程中的短期内存需求和合约状态的长期存储需求混在了一起，而且RAM的总量设定没有确定的规则，更多取决于超级节点可以承受的硬件配置，而非共识空间的成本。Ethereum社区也看到了这个问题并提出了StorageRent的方案：要求使用者为存储资源的使用预支付一笔租金，占用存储资源会持续消耗这笔租金，占用时间越长，使用者需要支付的租金越多。StorageRent方案存在两个问题：1.预支付的租金终有一天会用完，这时候如何处理占用的状态？正是为解决这个问题，StorageRent需要诸如resurrection的机制来补充，增加了设计的复杂度，使智能合约的immutability大打折扣，也为使用体验带来了麻烦；2.Ethereum的状态模型是一种共享状态的模型，而不是First-classState。以ERC20Token为例，所有用户的资产记录都存放在单个ERC20合约的存储里面，在这种情况下，应该由谁来支付租金？解决状态爆炸问题也是NervosCKB的设计目标之一，为此CKB走了一条完全不同的、更为彻底的变革之路。原地址：https://talk.nervos.org/t/top...

声音 | 百度李丰：百度金融在探索区块链技术和相应场景以及与已有业务的融合:据人民网消息，百度金融区块链负责人李丰坦言，“我们的区块链技术目前并不是很成熟，还有很大的发展空间，我们是以探索的姿态在做这些尝试的。”李丰表示，当下区块链底层技术还不成熟，基础设施还不完善，相关场景还没有打通，区块链商业化时机还未到。百度金融也在探索区块链技术和相应场景以及与已有业务的融合。“不光是百度金融，包括阿里、腾讯大家思路都差不多，都希望通过区块链技术首先服务于现有的、未来主推的一些业务。”李丰称。[2018/10/15]

动态 | 中国平安保险发布了“智能城市白皮书” 主张利用区块链等技术:据人民网报道，中国平安保险发布了“智能城市白皮书”，主利用张区块链、人工智能大数据和云计算等技术。该报告倡议综合性的、系统化的和高组织性的方法模式和解决方案。[2018/8/23]

美国国会议员Ralph Abraham：已经认识到区块链技术可以使公共和私营部门受益:今日在美国国会有关区块链的听证会上，主持听证会的国会议员Ralph Abraham表示：“我们认识到区块链技术可以使公共和私营部门受益，并正试图理解如何该通过该技术受益。”科学与技术局网络安全部主任Douglas Maughan也表达了相同的观点。他表示，该机构必须积极配合政府及行业在该领域的研究，开发，测试并评估合作伙伴。[2018/5/8]

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