以太坊协议净化阶段详解：The Purge如何塑造区块链未来

以太坊作为领先的区块链平台，正面临着所有区块链协议都会遇到的共同挑战：随着时间推移，协议的膨胀和复杂性不可避免地增加。这种膨胀主要体现在两个方面：历史数据的持续累积和协议功能的不断叠加。任何历史交易和账户创建记录都需要由所有客户端永久存储，新客户端必须下载完整历史才能实现网络同步，这导致客户端负载和同步时间持续增长。与此同时，新功能的添加远比旧功能的移除容易，使得代码复杂度与日俱增。

为了确保以太坊的长期可持续发展，必须有效控制这两种趋势，在保持区块链核心价值——持久性的同时，持续降低复杂性和数据膨胀。区块链的持久性是其最宝贵的特性之一：用户可以放心地将NFT、智能合约或任何重要数据存储在链上，多年后仍能完整读取和交互。对于去中心化应用(DApp)而言，要实现完全去中心化并移除升级密钥，必须确保其依赖的基础层协议不会破坏其功能。

历史记录到期：减轻存储负担

截至当前，完全同步的以太坊节点需要约1.1TB的磁盘空间用于执行客户端，再加上共识客户端的数百GB。其中绝大部分是历史数据：多年前的区块、交易和收据信息。即使Gas限制保持不变，节点规模每年仍会增加数百GB。

历史存储问题的关键在于，每个区块都通过哈希链接指向前一个区块，因此只要对最新区块达成共识，就能间接对历史达成共识。这种特性使得历史数据的存储方式有了更多选择。一种自然的解决方案是让每个节点仅存储部分数据，类似于种子网络的运作方式。令人意外的是，这种方法甚至可能提高数据的稳健性——如果有10万个节点各自随机存储10%的历史数据，每条数据实际上被复制了1万次，与1万个节点各自存储全部数据的复制因子相同。

目前以太坊已经开始摆脱所有节点永久存储完整历史的模式。共识区块仅存储约6个月，Blob数据约18天。EIP-4444计划为历史区块和收据引入一年的存储期限。长期目标是建立统一的存储周期(可能约18天)，之后由以太坊节点组成的对等网络以分布式方式存储旧数据。

纠删码技术可以进一步提高数据鲁棒性而不增加复制因子。实际上，Blob数据已经采用了纠删编码以支持数据可用性采样。最简单的解决方案可能是重用这种编码方式，将执行和共识区块数据也放入Blob中。

状态到期：控制持续增长

即使解决了历史数据存储问题，客户端的存储需求仍会因状态增长而持续增加，每年约50GB。状态包括账户余额、随机数、合约代码和存储等。目前，用户可以一次性付费永久占用状态空间，给未来所有以太坊客户端带来持续负担。

状态比历史更难”过期”，因为EVM设计基于状态对象一旦创建就永久存在的假设。虽然无状态性可能缓解这个问题，但完全依赖无状态性存在风险，最终可能需要引入状态到期机制来保持去中心化。

状态到期方案需要平衡三个关键目标：效率、用户友好性和开发者友好性。目前已形成两类主要解决方案：部分状态到期和基于地址周期的状态到期。部分状态到期将状态分块，仅存储最近访问的数据块；基于地址周期的方案则维护不断增长的状态树列表，每个周期添加新的空状态树。

地址周期的概念是使状态到期对用户和开发者友好的关键。地址中的周期数字表示该地址只能在对应周期或之后被访问。创建新状态对象时，只需确保将其放入当前或前一周期的合约中。这种设计保留了以太坊当前的大部分特性，几乎不需要额外计算，允许应用程序保持现有编写方式。

实现完全状态到期面临的主要挑战是地址空间扩展。一种方案是引入32字节地址格式，包含版本号、地址周期和扩展哈希；另一种是禁止部分地址范围，使用14字节哈希。后者会降低地址碰撞的安全性，需要仔细评估风险。

功能清理：简化协议

协议简单性是安全性、可访问性和可信中立性的关键前提。然而，与所有社交系统一样，协议会随时间自然变得更复杂。要在不使以太坊陷入复杂性黑洞的情况下持续发展，必须能够实际删除功能并降低复杂度。

功能清理涉及许多小的改进而非单一重大变更。例如，已基本完成的SELFDESTRUCT操作码移除显著简化了客户端代码。其他改进机会包括：

• 将RLP编码转换为SSZ，利用后者更好的序列化和哈希支持
• 简化Gas机制，统一存储读写成本，改进内存定价
• 移除使用率低的预编译合约，如身份、RIPEMD160等
• 取消Gas可观察性，为未来升级到多维Gas创造条件
• 改进静态分析能力，可能通过限制动态跳转实现

EVM对象格式(EOF)提出了系列重要变更，如禁止Gas和代码可观察性、仅允许静态跳转等。虽然EOF增加了短期复杂性，但为未来EVM升级提供了更强大的基础，前提是能最终淘汰旧EVM。

更激进的简化策略是将大部分协议功能转为合约代码。最极端的方案是将以太坊L1简化为信标链，引入精简VM(如RISC-V或Cairo)，让EVM成为Rollup中的首个实例。这与2019-20年提出的执行环境方案相似，但SNARK技术进步使其更易实现。

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