เมื่อการใช้งาน Ethereum เพิ่มขึ้น การรันโหนดเต็มจะกลายเป็นทรัพยากรที่เข้มข้นและแบนด์วิธที่เข้มข้นมากขึ้น ส่งผลให้มีคนน้อยลงที่สามารถเรียกใช้โหนดเต็มรูปแบบ และลดการกระจายอำนาจของเครือข่าย นอกจากนี้ Ethereum ยังต้องดิ้นรนเพื่อขยายขนาดตามความต้องการในการทำธุรกรรมที่เพิ่มขึ้น ซึ่งนำไปสู่ความแออัดของเครือข่ายและค่าธรรมเนียมก๊าซที่สูง

ลูกค้าไร้สัญชาติที่ Vitalik เสนอในปี 2560 นำเสนอโซลูชั่นที่มีศักยภาพสำหรับทั้งความท้าทายในการกระจายอำนาจที่ Ethereum เผชิญอยู่ แนวคิดหลักเบื้องหลังไคลเอ็นต์ไร้สัญชาติคือการลดข้อกำหนดด้านพื้นที่เก็บข้อมูลและแบนด์วิดท์สำหรับการเรียกใช้โหนดเต็มรูปแบบ ทำให้มีความเป็นไปได้ที่ผู้คนจะเข้าร่วมและกระจายอำนาจเครือข่ายได้มากขึ้น บทความนี้จะให้ข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับวิธีการทำงานของลูกค้าไร้สัญชาติ รวมถึงข้อดีและข้อเสียที่อาจเกิดขึ้น

สถานะ Ethereum คืออะไร?

เพื่อทำความเข้าใจลูกค้าไร้สัญชาติ เราต้องเข้าใจแนวคิดของ "สถานะ" ใน Ethereum ก่อน สถานะ Ethereum หมายถึงสถานะปัจจุบันของบัญชี สัญญา ยอดคงเหลือ nonce และพื้นที่จัดเก็บทั้งหมดในโลก Ethereum ถือได้ว่าเป็นฐานข้อมูลที่เก็บข้อมูลที่เกี่ยวข้องทั้งหมดเกี่ยวกับเครือข่าย Ethereum ณ เวลาที่กำหนด

สถานะยังคงอยู่ใน Merkle Patricia trie ซึ่งโดยพื้นฐานแล้วคือแผนผัง Merkle ที่ได้รับการดัดแปลงซึ่งจัดเก็บคู่คีย์-ค่า แฮชรูทของ Trie นี้สรุปสถานะทั้งหมด หลังจากแต่ละบล็อกใหม่ สถานะจะอัปเดตตามธุรกรรมในบล็อกนั้น แฮชรูตสถานะใหม่จะรวมอยู่ในส่วนหัวของบล็อก

เมื่อมีการเพิ่มบัญชี สัญญา และธุรกรรมเพิ่มมากขึ้นเมื่อเวลาผ่านไป สถานะของ Ethereum ก็ขยายใหญ่ขึ้นเรื่อยๆ ปัจจุบัน ขนาดของสถานะเกิน 1TB และเพิ่มขึ้นหลายสิบกิกะไบต์ต่อปี รัฐที่กำลังเติบโตนี้รองรับปัญหาเรื่องการกระจายอำนาจ

เหตุใดการเติบโตของรัฐจึงก่อให้เกิดปัญหา

ขนาดสถานะ Ethereum ที่เพิ่มขึ้นทำให้เกิดปัญหาสำคัญหลายประการ:

• เวลาการซิงค์นานขึ้นสำหรับโหนดใหม่ - โหนดใหม่จะใช้เวลานานมากในการซิงค์โดยการประมวลผลการเปลี่ยนแปลงสถานะในอดีตทั้งหมด สิ่งนี้เป็นอุปสรรคต่อการกระจายอำนาจโดยทำให้การรันโหนดเต็มใหม่ทำได้ยากขึ้น การซิงค์โหนดใหม่จากแหล่งกำเนิดปัจจุบันใช้เวลาหลายวันหรือหลายสัปดาห์บนฮาร์ดแวร์ของผู้บริโภค สิ่งนี้แสดงถึงอุปสรรคสำคัญในการปั่นโหนดใหม่อย่างมีประสิทธิภาพ และช่วยให้ผู้เข้าร่วมเข้าร่วมเครือข่ายได้มากขึ้น
• ข้อกำหนดด้านฮาร์ดแวร์ที่เพิ่มขึ้น - สถานะที่ใหญ่ขึ้นต้องใช้พื้นที่จัดเก็บ หน่วยความจำ และพลังการประมวลผลมากขึ้นในการจัดเก็บ เข้าถึง และอัปเดต วิธีนี้จะบล็อกผู้ใช้ที่มีทรัพยากรน้อยจากการรันโหนด อย่างน้อยที่สุด การเรียกใช้โหนด Ethereum ที่ซิงค์อย่างสมบูรณ์ในตอนนี้ต้องใช้ SSD ที่มีความจุ 1-2TB สิ่งนี้อยู่นอกเหนือการเข้าถึงสำหรับผู้ดำเนินการโหนดที่มีศักยภาพจำนวนมาก
• การใช้แบนด์วิธมากขึ้น - การออกอากาศของบล็อกใหม่จะต้องมีสถานะที่อัปเดตด้วย ซึ่งต้องการแบนด์วิดท์ที่มากขึ้น สิ่งนี้จะเพิ่มต้นทุนสำหรับผู้ดำเนินการโหนด ปัจจุบันรัฐครองการออกอากาศแบบบล็อกส่วนใหญ่ ดังนั้นขนาดบล็อกจึงเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง แบนด์วิธที่มากขึ้นส่งผลให้ผู้ให้บริการโหนดมีต้นทุนที่สูงขึ้น
• การตรวจสอบบล็อกที่ช้าลง - การอ่านและการอัปเดตสถานะที่ใหญ่ขึ้นจะทำให้การตรวจสอบบล็อกช้าลง โดยจำกัดปริมาณธุรกรรม ธุรกรรมแต่ละรายการต้องใช้การอ่านและเขียนพื้นที่เก็บข้อมูลหลายรายการเพื่ออัปเดตยอดคงเหลือ noces สถานะสัญญา ฯลฯ สถานะที่ใหญ่ขึ้นหมายถึงการอ่าน/เขียนต่อบล็อกมากขึ้น ซึ่งช่วยลดจำนวนธุรกรรมที่สามารถประมวลผลต่อวินาที
• ค่าใช้จ่ายในการจัดเก็บถาวร - เมื่อเพิ่มข้อมูลลงในสถานะแล้ว จะต้องจัดเก็บไว้ตลอดไป สิ่งนี้สร้างการเติบโตของรัฐอย่างไม่มีขอบเขต ขณะนี้ยังไม่มีกลไกในการลบข้อมูลสถานะเก่าและที่ไม่ได้ใช้ ดังนั้นค่าใช้จ่ายในการเก็บรักษาของรัฐจะเพิ่มขึ้นอย่างไม่มีกำหนดตราบใดที่ Ethereum ยังคงดำเนินการต่อไป

คำอธิบายเกี่ยวกับลูกค้าไร้สัญชาติ

ไคลเอนต์ไร้สัญชาติมอบวิธีการตรวจสอบบล็อคใหม่โดยไม่จำเป็นต้องเข้าถึงสถานะ Ethereum แบบเต็ม พวกเขาใช้การพิสูจน์การเข้ารหัสที่เรียกว่า "พยาน" ซึ่งพิสูจน์ความถูกต้องของการเปลี่ยนแปลงสถานะในบล็อก โดยไม่ต้องมีข้อมูลสถานะที่ซ่อนอยู่

ต่อไปนี้คือวิธีการทำงานของไคลเอ็นต์ไร้สัญชาติในระดับสูง:

• ไคลเอนต์จัดเก็บเฉพาะส่วนหัวของบล็อกและรูทสถานะ ไม่ใช่ข้อมูลสถานะแบบเต็ม ส่วนหัวของบล็อกมีข้อมูลเมตา เช่น แฮชรูทของสถานะที่ลองหลังจากบล็อกนั้นได้รับการประมวลผล
• เมื่อตรวจสอบบล็อกใหม่ ลูกค้าจะได้รับ "พยาน" พร้อมกับบล็อกนั้น พยานนี้เป็นชุดหลักฐานของ Merkle ที่แสดงให้เห็นว่าการอัปเดตสถานะเฉพาะจากธุรกรรมนั้นถูกต้อง
• พยานประกอบด้วยข้อพิสูจน์ของ Merkle เกี่ยวกับมูลค่าของรัฐเฉพาะที่จำเป็นในการประมวลผลธุรกรรม ตัวอย่างเช่น ยอดคงเหลือในบัญชีหรือการจัดเก็บสัญญาได้รับการอัปเดต
• ลูกค้าใช้พยานเพื่อให้แน่ใจว่าธุรกรรมนั้นถูกต้องกับรูทสถานะที่ทราบล่าสุด การพิสูจน์รับรองว่าการเปลี่ยนแปลงสถานะตรงกับรูทก่อนหน้า
• หากถูกต้อง ไคลเอ็นต์จะอัปเดตเป็นสถานะรูทใหม่ที่ระบุไว้ในส่วนหัวของบล็อก รูทสถานะใหม่นี้จะใช้ในการตรวจสอบบล็อกถัดไป

การใช้พยานเพื่อตรวจสอบสถานะแทนที่จะจัดเก็บสถานะทั้งหมดไว้ในเครื่อง ลูกค้าไร้สัญชาติจะได้รับข้อดีหลายประการ:

• เวลาซิงค์ที่รวดเร็วมาก - ไม่จำเป็นต้องเล่นซ้ำการเปลี่ยนแปลงสถานะในอดีต ไคลเอ็นต์ไร้สัญชาติสามารถซิงค์ได้เกือบจะในทันทีโดยใช้เพียงส่วนหัวของบล็อก
• ข้อกำหนดในการจัดเก็บข้อมูลต่ำ - รูทสถานะมีขนาดเพียง 32 ไบต์ แทนที่จะมีสถานะหลายร้อย GB จำเป็นต้องใช้เฉพาะส่วนหัวของบล็อกเท่านั้น
• แบนด์วิธน้อยลง - โอนเฉพาะส่วนหัวและพยานของบล็อกเท่านั้น ไม่ใช่สถานะเต็ม การใช้แบนด์วิธจะลดลง
• การตรวจสอบอย่างรวดเร็ว - พยานประกอบด้วยส่วนย่อยของรัฐที่เกี่ยวข้องเพียงเล็กน้อยเท่านั้น เฉพาะบัญชี/พื้นที่เก็บข้อมูลที่อัปเดตเท่านั้นที่ได้รับการพิสูจน์แล้ว
• การสนับสนุนไคลเอนต์ light ง่าย ๆ - ลูกค้า light สามารถตรวจสอบหลักฐานได้อย่างง่ายดาย โมเดลไคลเอ็นต์แบบ light เข้ากันได้ดีมากกับการตรวจสอบแบบไร้สถานะ

ความท้าทายกับลูกค้าไร้สัญชาติ

แม้ว่าลูกค้าไร้สัญชาติจะได้รับประโยชน์ที่สำคัญบางประการ แต่ก็มีความท้าทายทางเทคนิคที่สำคัญที่ต้องเอาชนะ:

• ขนาดพยาน - พยานอาจมีขนาดใหญ่เกินกว่าจะถ่ายทอดได้อย่างมีประสิทธิภาพ หากใช้การพิสูจน์ Merkle แบบเต็ม อาจเกินขีดจำกัดขนาดบล็อก
• การสร้างพยาน - การสร้างพยานที่ดีที่สุดนั้นซับซ้อนสำหรับผู้เสนอบล็อก ผู้เสนอจะต้องประกอบชิ้นส่วนหลักฐานที่ถูกต้องเพื่อตรวจสอบธุรกรรมแต่ละรายการ
• ไม่มีแรงจูงใจในการเป็นพยาน - การจัดหาพยานจะไม่ได้รับรางวัลโดยตรง ต่างจากการขุด ไม่มีโครงสร้างแรงจูงใจในตัวสำหรับการสร้างพยาน
• ข้อมูลชั่วคราว - พยานพิสูจน์สถานะ ณ จุดหนึ่ง ซึ่งต้องมีการฟื้นฟู พยานไม่สามารถใช้ซ้ำได้ในขณะที่รัฐดำเนินไป
• การจัดเก็บของรัฐ - มีคนยังคงต้องรักษาสถานะเต็มเพื่อผลิตพยาน การตรวจสอบแบบไร้สัญชาติอาศัยการสร้างพยานโดยรัฐ
• การใช้งานที่ซับซ้อน - สัญญาบางฉบับอาจขึ้นอยู่กับส่วนย่อยของรัฐขนาดใหญ่ ทำให้พยานท้องอืด ตัวอย่างเช่น สัญญาที่อัปเดตช่องจัดเก็บข้อมูลจำนวนมากต่อธุรกรรม

การแก้ปัญหาที่เป็นไปได้

นักวิจัยได้เสนอวิธีแก้ปัญหาต่างๆ เพื่อจัดการกับความท้าทายเหล่านี้:

• ต้นไม้ Verkle - โครงสร้างข้อมูลพิเศษเพื่อลดขนาดพยาน ต้นไม้ Verkle ใช้ข้อผูกมัดในการเข้ารหัสที่กระชับเพื่อลดขนาดการพิสูจน์
• แคชพยาน - ผู้เสนอสามารถรักษาพยานล่าสุดเพื่อนำมาใช้ซ้ำได้ การแคชพยานที่มีแนวโน้มว่าจะเกี่ยวข้องอีกครั้งจะตัดค่าใช้จ่ายในการสร้าง
• สิ่งจูงใจในพิธีสาร - กลไกการให้รางวัลสำหรับการให้พยานที่เป็นประโยชน์ โครงสร้างแรงจูงใจใหม่สามารถชดเชยการสร้างพยานได้
• รากสถานะระดับกลาง - ติดตามรากเมื่อเวลาผ่านไปเพื่อหลีกเลี่ยงการสร้างการพิสูจน์ใหม่ การรักษารากบางส่วนสามารถนำเศษพยานกลับมาใช้ใหม่ได้
• ค่าเช่าของรัฐ - กำหนดให้ต้องชำระเงินเพื่อรักษารัฐในระยะยาว ตัดสภาพที่ไม่ได้ใช้ออก เช่ากองกำลังทำความสะอาดพื้นที่เก็บข้อมูลเก่าเพื่อจำกัดขนาดหลักฐาน
• แบบจำลองพยานแบบแบ่งพาร์ติชัน - แบ่งการจัดการสถานะระหว่างผู้เสนอและผู้ตรวจสอบ ให้โหนดผู้เสนอเฉพาะสร้างพยาน

มีข้อดีข้อเสียระหว่างแนวทางเหล่านี้ และจำเป็นต้องมีการวิจัยเพิ่มเติมเพื่อค้นหาการใช้งานที่เหมาะสมที่สุด โชคดีที่นวัตกรรมที่รวดเร็วที่เกิดขึ้นในการเข้ารหัสความรู้แบบศูนย์สามารถเปิดโอกาสใหม่ๆ ให้กับลูกค้าไร้สัญชาติที่มีประสิทธิภาพได้

ผลกระทบที่อาจเกิดขึ้น

หากสามารถเอาชนะอุปสรรคทางเทคนิคได้ ลูกค้าไร้สัญชาติสามารถพัฒนา Ethereum ได้อย่างมีนัยสำคัญ:

• การซิงค์และการตรวจสอบที่เร็วขึ้นเพื่อรองรับปริมาณธุรกรรมที่สูงขึ้น การตรวจสอบแบบไร้สถานะจะเร่งการประมวลผลบล็อกได้อย่างมาก
• ลดความต้องการทรัพยากรในการรันโหนด ปรับปรุงการกระจายอำนาจ แล็ปท็อปและมือสมัครเล่นสามารถรันโหนดเต็มรูปแบบได้สมจริง
• การสนับสนุนที่ดีกว่าสำหรับลูกค้ารายย่อย เช่น กระเป๋าเงินมือถือ การพิสูจน์สถานะเข้ากันได้อย่างมากกับโมเดลไคลเอนต์แบบเบา
• การแนะนำชาร์ดดิ้งที่ราบรื่นยิ่งขึ้น พร้อมการตรวจสอบแบบไม่เก็บสถานะระหว่างชาร์ด ธุรกรรมข้ามส่วนสามารถใช้การพิสูจน์สถานะที่มีประสิทธิภาพได้
• ความสามารถในการลบและตัดข้อมูลสถานะเก่าที่ไม่มีประโยชน์อีกต่อไป การเติบโตของรัฐสามารถจัดการได้อย่างแข็งขันแทนที่จะไม่มีขอบเขต
• ความยืดหยุ่นที่มากขึ้นสำหรับผู้ปฏิบัติงานโหนดในการปรับแต่งสถานะตามความต้องการ โหนดสามารถปรับนโยบายการเก็บรักษาของรัฐให้เหมาะกับการใช้งานได้
• การเปลี่ยนไปใช้รุ่นที่การคำนวณและแบนด์วิธมีความสำคัญมากกว่าพื้นที่จัดเก็บข้อมูล สถาปัตยกรรมเปลี่ยนไปสู่โมเดลที่เหมาะกับระบบคลาวด์มากขึ้น

นอกจากนี้ยังมีความเสี่ยงที่อาจเกิดขึ้น เช่น ความเสี่ยงที่เพิ่มขึ้นต่อการโจมตี DDoS และประวัติบล็อกเชนจะถูกจัดเก็บอย่างน่าเชื่อถือโดยผู้ดำเนินการโหนดเพียงไม่กี่รายเท่านั้น อย่างไรก็ตาม การพิสูจน์การเข้ารหัสสามารถลดความเสี่ยงเหล่านี้ได้ โดยรวมแล้ว ลูกค้าไร้สัญชาติเป็นหนึ่งในแนวทางที่มีแนวโน้มมากที่สุดในการเอาชนะข้อจำกัดในปัจจุบันของ Ethereum

บทสรุป

ขนาดสถานะที่เพิ่มขึ้นของ Ethereum ก่อให้เกิดความท้าทายในการกระจายอำนาจเมื่อมีการนำไปใช้เพิ่มขึ้น ไคลเอ็นต์ไร้สัญชาตินำเสนอทางออกด้วยการเปิดใช้โหนดเพื่อตรวจสอบธุรกรรมโดยไม่ต้องมีสถานะบล็อกเชนเต็มรูปแบบ ในที่สุดสิ่งนี้อาจทำให้โทรศัพท์มือถือสามารถรันโหนด Ethereum ได้ ซึ่งช่วยเพิ่มการกระจายอำนาจอย่างมาก

ข้อสงวนสิทธิ์：

1. บทความนี้พิมพ์ซ้ำจาก [Mirror] ลิขสิทธิ์ทั้งหมดเป็นของผู้แต่งต้นฉบับ [YQ] หากมีการคัดค้านการพิมพ์ซ้ำนี้ โปรดติดต่อทีมงาน Gate Learn แล้วพวกเขาจะจัดการโดยเร็วที่สุด
2. การปฏิเสธความรับผิด: มุมมองและความคิดเห็นที่แสดงในบทความนี้เป็นเพียงของผู้เขียนเท่านั้น และไม่ถือเป็นคำแนะนำในการลงทุนใดๆ
3. การแปลบทความเป็นภาษาอื่นดำเนินการโดยทีมงาน Gate Learn เว้นแต่จะกล่าวถึง ห้ามคัดลอก แจกจ่าย หรือลอกเลียนแบบบทความที่แปลแล้ว