科普 | 怎么样开收回好用的轻量级客户端:从以太坊形态说起 | BTC
发布日期:2022-10-16 17:41    点击次数:67

科普 | 怎么样开收回好用的轻客户端,Part-1

科普 | 怎么样开收回好用的轻客户端,Part-2

大大都钱包软件都寄托于 Infura 等左右化供应商。假设我们想要别具匠心一些,就需要开发一个可以或许在低资源动作举措上运行的新型轻客户端。

在本文中,我们将介绍以太坊形态是什么,以及怎么样让轻客户端轻而易举地获取它。

以太坊形态

当我们提到 “形态” 时,我们指的是全体账户信息(如 ETH 余额)以及全体存储在智能合约中的数据。而今,形态蕴含:

1.32 亿个账户约莫 10 GB 的账户数据约莫 30 GB 的合约 storage 数据约莫 60 GB 的 Trie 节点常常性数据

我们先来看一下客户端而今是怎么样拜访形态的。

同步

以太坊节点需要拜访完备的形态材干处理惩罚新挖出的区块。我们可以或许经由过程执行从创世块起头到链首块的每个区块来重新计算出形态。平日环境下,我们不会采取这个编制,因为计算成本过高。

客户端倾向于间接从另外齐全同步的客户端那里获取完备的形态本来。诚然差异的客户端执行该操作的具体编制差异,但不管是哪种客户端,在初度上线或离线一段时光后再次上线的环境下,平日都要花费一段时光同步至最新区块。

同步兴许需要花费良多时光。假设你运用自身的节点与区块链交互,这会是一大缺点。要让客户端一贯对立同步形态,你不只需要花时光等待客户端同步,还需要斲丧计算机的计算和存储资源。

我们的经管规划是专门针对资源受限的动作举措而策画的,可以或许一举经管上述两个成就。我们的轻客户端在运行时只有斲丧至少的 CPU/RAM/HDD/带宽资源,并且可以或许担保永久在线。

固然了,差异的动作举措之间存在差异,以至有兴许出现没法承受基本负载的环境。为了应对这一环境,我们正在尽力罢黜齐全同步的需要。在我们策画的模型下,客户端只需要准确获取链首块的信息即可。

我们的终究目的是构建一个在初度按部就班或离线一段时光后再次上线兴许登时运用的客户端。这个客户端只有能拜访准确的数据即可。

按需形态可得性

在往常的 DevP2P 以太坊和谈中,有一个名为 GetNodeData 的音讯。它可以或许用来检索以太坊形态的肆意部份。我们已经在 Trinity 中运用该网络音讯来开发 “Beam” 同步情势并证明了其可行性。这是我们举行的基本研究之一,旨在证明这类新型轻客户端是可以或许实现的。

遗憾的是,今后的 DevP2P 以太坊网络着实不合实用于轻客户端用例,因为它需要每个节点都能存储逾越 40 GB 的形态数据,并供应形态的肆意部份。没法照顾这些形态数据哀告的节点不太兴许坚持健康的平等跟尾。

按需形态拜访情势

今后网络的策画是同步完备形态。GetNodeData 音讯得当我们的按需形态检索试验只是一个巧合。为了让客户端兴许同步完备的形态,高效的拜访情势是按按次遍历数据,获取间断的大数据块。然而,在钱包用例以及我们的新型轻节点用例中,拜访形态的需要需要很大程度上是随机的。

钱包拜访形态的首要编制是经由过程下列 JSON-RPC 编制:

eth_getBalance 用来查抄账户余额eth_call 用来查询合约数据(如代币余额)eth_getTransactionCount 和 eth_estimateGas 用来构建买卖

eth_getBalance 和 eth_getTransactionCount 仅从首要账户 Trie 中读取值。因而,可以或许经由过程调用该编制获取Trie 上现有的 1 亿多个账户中肆意一个地点的环境。

eth_call 和 eth_estimateGas 都奔忙及理论的 EVM 执行。EVM 执行可以或许从 1 亿多个账户中的肆意一个及其底层合约存储 Trie 中读取数据。

我们缔造,钱包只有读取少量数据,并且读取的须若是随机的。这在基本上与同步完备形态差异,因而这两个用例不太兴许经由过程同一个经管规划来经管。

我们需要经管的成就

新的网络需要经管今后网络存在的一些缺点。

怎么样分担并升高存储压力

这个网络上的节点要能为存储完备形态贡献少量存储空间。我们想让网络中的每个节点存储一小部份形态,而非齐全复制全体形态。有了足够多的节点,全副网络就能轻而易举地以极高的复制因子存储全体形态。

怎么样找到你需要的形态

因为每个节点只有存储小部份形态,我们不再克不迭自发地向网络中的肆意节点哀告数据。因而,网络需要一个节点缔造机制,以便节点获取所需数据。

怎么样确保数据永久是最新的

差异于可以或许构建成只能增加型文件的区块链历史记载,以太坊形态是继续变换的。每个买卖都市导致账户余额和合约存储发生变换,这些更新需要在网络中广播。

怎么样从网络中读取数据

首要的是,客户端要能高效地从网络中读取数据。调用 eth_estimateGas 将痛处最新的形态根瞻望执行买卖,参展信息来肯定买卖需要斲丧的 gas。假设是一个只奔忙及两个账号的俭朴转账买卖,所需的数据量相对较小。然而,假设是与智能合约交互并且需要用到合约存储的宏壮买卖,客户端需要从数据库读取的数据量则大很多。

假设一次网络往返需要 100 ms,那末一笔需要 100 个形态部份的买卖需要花费约莫 10 秒时光来估算 gas 运用量。假设耽误过久,一些操作兴许需要花费适量时光材干实现,这会大幅升高网络的可用性。

怎么样经管合约存储失衡成就

账户 Trie 在策画上是平衡的,但合约存储不是。这就导致合约存储很难处理惩罚。

潜伏经管规划

人们正在积极研究按需形态可得性。而今,我们还不清楚该研究的未来倾向,然则我们而今首要聚焦于两个差异的编制。

GetNodeData 风格的原生 Kademlia DHT

我们可以或许采取的最俭朴的经管规划之一就是,采取与 GetNodeData 沟通的运作编制,然则仅哀告每个节点存储距离自身比来的数据,而非全体数据。Trie 上的每个节点都有一个哈希值,我们可运用这些哈希值将 Trie 数据与DHT 键空间(keyspace)联络纠葛起来。你兴许还记得,Kademlia DHT 网络有一个新特点:遍历键空间只有 O(log(N))。

这个编制的缺点在于效劳和速度。存储由单个节点哈希哈希作为键的 Trie 数据需要存储大量中介 Trie 节点,这会导致网络需要存储的数据总量翻倍。

这个编制也会让数据检索变得低效。经由过程该组织查找数据时,你必须从形态根起头遍历 Trie 节点。关于账户Trie 来说,这匀称需要 7 次查询,材干获取理论的账户数据。

这个编制确凿具有很大的劣势。它完整避开了合约存储失衡成就,因为各个 Trie 节点的哈希值是随机的,因而数据会自动呈随机漫衍。再进一步来看,假设网络大到足以存储完备的 6TB 存档历史,这个网络终究将变成一个归档节点。

这个编制的另外一个首要劣势是,可省得去对证明的需要。我们间接构建 Trie 和全体左右节点,因而无需相干的默克尔证明。

而今,我们正在尽力肯定这个编制是否兴许达到性能哀告。

叶子节点和证明

另外一个编制是将 Trie 的叶子节点形成同享同一条基本门路的间断的块。各个节点会存储 Kademlia DHT 网络中离自身比来的 Trie 门路 “周围” 的全体叶子节点。关于高度平衡的账户 Trie 来说,这个编制极度有吸引力。

经由过程 Trie 门路处理惩罚数据,我们无需遍历 Trie,拜访叶子数据的宏壮度将下落到 O(1)。假设你还记得的话,GetNodeData 风格的原生编制匀称需要 7 次网络往返,材干拜访存储在 Trie 叶子节点中的数据。然而,本节所介绍的编制在性能上的劣势极度首要,并且是实现网络可用性必不成少的。

这个编制的劣势也是有价值的。确保数据是最新的会极大行进宏壮性。有良多编制可以或许做到这点,然则每个编制都有掂量取舍。诚然数据可以或许就地更新,然则这需要每个节点都举行低廉的计算。或许,每次挖出一个新的区块后,更新后的证明都市广播至全网节点。这些编制都在计算和带宽之间举行了掂量取舍。但不管是计算照旧带宽,这两个在我们眼中都是稀缺资源。

我们的研究终局将指明我们的新网络要采取的倒退倾向。

本系列的下一篇文章该当是最后一篇介绍性的质料。我们将检视这类新型的客户端理论长什么样,以及我们怎么样理解它的运用编制。我们将供应提要的蹊径图,分化我们将怎么样实现它;以及,我们所做的通通与 “无形态以太坊” 有何联络纠葛。

(未完)

原文链接: https://snakecharmers.ethereum.org/the-winding-road-to-functional-light-clients-part-3/作者: Piper Merriam翻译&校正: 闵敏 & 阿剑



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