雖然以太坊的區塊 Gas 可用量上限提高了，但是區塊（數據量）大小沒有多大改變，因爲以太坊上交易數量與數據體量之間並不是完全的正相關。

不久前，以太坊達到了滿負荷，但是它處理的交易量只有歷史最高記錄的一半。我們可以從中得到很多啓示。

如上圖所見，以太坊上的區塊數據量大小和區塊 Gas 上限之間顯然有某種關係。如果是折線圖，也會呈現出上升趨勢。不過，二者的關係有點複雜。

以太坊的 Gas 是衡量執行一項操作需要消耗多少計算資源的抽象單位。

由於合約是圖靈完備的，你可以在交易中包含無數個循環結構。（爲免於陷入死循環）以太坊爲單個區塊可用的 Gas 設置了上限，該上限目前爲 1200 萬。

-2020 年 6 月的以太坊交易量-

儘管區塊 Gas 上限提高了 50% ，但是以太坊上的交易量依然低於歷史最高紀錄。這是因爲大部分 Gas 都被用於 token 交易或智能合約交易。

執行一個簡單的代幣交易需要消耗 80000 gas ，而一個以太幣轉賬交易需要消耗 20000 gas 。執行一個 dapp 交易視情況而定，但是其 gas 消耗量通常高於代幣交易（譯者注：正是 token 交易的比重變化導致即使提高了區塊 Gas 上限，所處理的交易數量也低於歷史最高）。

相比之下，比特幣則簡單得多，一個基本交易只有 250 字節（where a transaction is just 250 bytes or that can be the base and then each transaction is 20 bytes，我們解不懂後半句 —— 譯者）。

以太坊上沒有這種協議級交易壓縮，因爲它採用的是賬戶系統。

爲便於管理賬戶，以太坊網絡每新增一個區塊，就會更新一次狀態。以太坊基金會的 Griffin Ichiba Hotchkiss 稱 ：

“完整的以太坊 ‘狀態’ 指的是所有賬戶和餘額的當前狀態，以及在 EVM （以太坊虛擬機）中部署並運行的所有智能合約的 ‘內存’。在以太坊區塊鏈上，每個得到最終確定的區塊都有且只有一個全網達成共識的狀態。每當有新的區塊添加到鏈上，狀態就會更改和更新。”

舉一個最簡單的對照：比特幣狀態指的是 UTXO（未花費的有效交易輸出）。無論是以太坊狀態，還是比特幣狀態，都是較難理解的概念。簡單來說，就是網絡的內存（ram）或快照。因此，賬戶餘額和合約中包含的代碼函數都是公開可見的。

如果從創世塊開始同步以太坊，你需要遍歷 4 億個“節點”（譯者注：此處應指狀態樹上的節點，用於存儲狀態；狀態樹本身是默克爾樹形式的），需要 1 周左右的時間。

每生成一個區塊，以太坊整個網絡 10000 多個全節點（運行以太坊客戶端、保存所有以太坊區塊鏈區塊的計算機）都要在本地同步更新，更新大約 3000 個狀態樹 “節點”。

這就意味着，你的計算機內存每隔 15 秒，就要同步一個區塊，同時磁盤也要一直讀寫每個區塊中對以太坊網絡的更改。

因此，更改之處越多，計算機的內存和磁盤就越忙碌，等資源達到上限之後，就無法同步上整個網絡的進度了。

無法保持同步指的不是不能下載歷史記錄，而是不能跟整個網絡同時完成交易處理。

此外，去年還有一篇論文指出，對編程人員來說，要構造一個數學模型把 “執行成本（Gas）和所用資源數量（比如 CPU 和內存）” 精確地關聯起來，並不是個簡單的問題。

這篇論文還 提到 ：“我們在計量模型中發現了一些差異，例如，指令定價方面的顯著不一致。我們設計了一個遺傳算法（genetic algorithm），可以生成比普通合約處理起來慢 200 倍的合約。之後，我們證明了，所有主要的以太坊客戶端實現都很脆弱，如果它們在消費級硬件上運行，一旦遭受攻擊，它們將無法與網絡保持同步。”

同樣地，在比特幣系統中，如果攻擊者生成了一個很難驗證的區塊，甚至有可能導致你的計算機挖礦系統宕機。然而，如果有人這麼做了，很可能會失去 6.25 BTC 的區塊獎勵；如果是礦池這麼做了，很有可能會失去所有礦工。

但是在以太坊系統中，攻擊者損失的只是發佈合約的成本，據研究人員發現，這點損失與攻擊所產生的影響根本不成正比。

如果又要在當前形式的以太坊網絡基礎上實現擴容，又讓大家還能繼續運行以太坊節點（比如我們 Trustnode 想繼續我們的區塊鏈分析），那就是非常複雜而且非常耗時的任務了。

當然了，我們可以通過雲服務提供商 Infura 來運行節點。對以太坊網絡的絕大多數操作都是由 Infura 上的節點完成的。

據以太坊孵化機構 ConsenSys 的創始人 Joseph Lubin 所言 ，ConsenSys 最近已經與 AMD 合資創辦了 W3BCLOUD ，旨在打造 “下一代去中心化計算、存儲和帶寬”。

然而，目前真正的解決方案是區塊鏈合約級分片（譯者注：按下文，即 Layer-2 擴展方案）。

-以太坊擴容方案（2020 年 6 月）-

右側三個擴容方案都有獨立的網絡環境和區塊鏈，並與以太坊建立了通信。但是，就目前而言，這些網絡之間互不通信。

如果歷史重演，那麼第一步可能是將許多獨立的世界計算機相互連接起來，讓大家都能互通。

最開始的時候，如果你有一臺手提電腦，你就只能訪問這臺手提電腦裏的數據。後來，隨着技術上的突破，不同的手提電腦之間建立起了連接（最初是通過電纜），你可以訪問鄰居的手提電腦裏的數據了。

由於這些計算機之間可以建立通信，我們可以允許所有人訪問我們的數據，不過不需要每個人都存儲我們的數據，除非他們想這麼做。

只有那些負責分享數據的人才需要存儲數據。我們只需要與其他人的計算機建立聯繫，這樣我們就能看到彼此的數據了。

也就是說，我們需要在 OMG 和 ZK 之間實現通信。我們之所以無法在比特幣和以太坊之間建立通信，是因爲它們是不同的協議。 但還是有項目在嘗試 連接兩者。

如果我們讓這些數據集羣相互通信，那麼只要它們都在同一個協議上運行，可擴展性就不再有任何限制。

這是需要花費很多時間來實現的。如果從這個角度來看，我們就會發現中本聰和 Gregory Maxwell 都是對的，因爲他們是從不同的時間層面來考慮的。

中本聰考慮的可能是比特幣技術的總體發展。在他的聲明中，他顯然認爲比特幣技術會像（作爲一個全球分佈式系統的）互聯網那樣發展。

然而，Maxwell 考慮的是當下。他有一句話說得非常對：如果你沒有爲此付出足夠努力，就不可能實現飛躍。

也就是說，我們正在發展中，或許最艱鉅的任務已經完成了。在當前階段，我們不妨耐心享受這段升級的過程。這是需要時間來醞釀的。

（完）

原文鏈接: https://www.trustnodes.com/2020/06/27/dosing-the-state-the-ethereum-scalability-challenge

作者:Trustnodes

翻譯&校對:閔敏 & 阿劍