州の膨満感とは何ですか？

ブロックチェーンの状態の概念を理解する

ブロックチェーンテクノロジーでは、状態とは、アカウントの残高、スマートコントラクトストレージ、その他の重要な情報を表すネットワークに保存されている現在のデータを指します。各トランザクションまたはスマートコントラクトの実行により、この状態が変更されます。従来のデータベースとは異なり、ブロックチェーンはすべての変更の完全な履歴を維持します。つまり、状態のサイズは時間とともに増加します。より多くのユーザーが分散型アプリケーション（DAPP）と対話すると、状態データの量は指数関数的に増加します。この成長は、ユーザーアカウントに限定されるだけでなく、契約コードと内部ストレージ変数も含まれています。

状態膨満感は、この蓄積された状態データが過度に大きくなり、パフォーマンスの低下とノードのリソース要件の増加につながると発生します。完全なノードは、状態全体を保存して処理してトランザクションを検証する必要があります。トランザクションは、状態が拡大するにつれて計算高価になる可能性があります。時間が経つにつれて、これにより、同期時間が遅くなり、ハードウェアコストが高くなり、完全なノードを実行できる参加者が少ないため、分散化が減少する可能性があります。

ブロックチェーンネットワークにおける状態膨満感の原因

状態肥大化の主な原因の1つは、特定のブロックチェーンプロトコルの剪定メカニズムの欠如です。一部のネットワークでは、古いトランザクションデータを剪定することができますが、状態データ（アカウントの残高や契約ストレージなど）は、検証のためにアクセスしやすいままです。さらに、最適化されていないスマートコントラクトは、不必要なデータを恒久的にオンチェーンで保存することにより、この問題に大きく貢献できます。

• 最適化されていないスマートコントラクト：開発者は、過度のデータを保存する契約を不注意に作成し、全体的な状態サイズを増やすことができます。
• ごみ収集の欠如：一部のブロックチェーンには、時代遅れまたは未使用の状態エントリを除去するための組み込みメカニズムがなく、無期限に蓄積します。
• 高いトランザクションスループット：高い使用量を経験するネットワークは、より多くの状態の変更を生み出し、状態が成長する速度を加速します。

ネットワークパフォーマンスに対する状態肥大化の影響

状態が大きくなるにつれて、ノード演算子に追加の負担をかけ、ネットワーク効率に影響します。ノードでは、状態を保存およびアクセスするには、より多くのメモリとディスクのスペースが必要であり、より長い同期時間になります。これにより、新しい参加者がネットワークに参加し、地方分権化を削減し、セキュリティを損なう可能性があることを思いとどまらせることができます。

• ハードウェアの要件の増加：拡大状態を処理するために、より多くのRAMとSSDストレージが必要になるため、フルノードを実行することがコストがかかります。
• より遅いトランザクションの検証：大規模な状態により、ブロックごとにより多くのデータを処理する必要があることを意味し、コンセンサスと最終性を遅くします。
• 集中リスク：リソースされたエンティティのみが完全なノードを操作する余裕があり、ネットワークの分散型の性質を損なう可能性があります。

州の肥大化の緩和戦略

州の賃貸モデル、ガベージコレクションプロトコル、オフチェーンストレージソリューションなど、州の肥大化と戦うためにいくつかのアプローチが提案および実装されています。たとえば、Ethereumは、ユーザーがデータをオンチェーンに保つために定期的に支払う必要がある状態の有効期限と賃貸スキームの実装を検討しました。

• 州の賃料：ユーザーは、データをオンチェーン上に維持するために定期的な料金を支払い、未使用または時代遅れの州のエントリの削除を奨励します。
• 状態有効期限：未使用のアカウントまたは契約は、更新されない限り、定義された期間後にアクティブ状態から自動的に削除されます。
• オフチェーンストレージ： IPFやロールアップなどの外部ストレージレイヤーにアクセスされるデータの移動は、チェーン上の負担を軽減します。

州の肥大化の課題の現実世界の例

Ethereumは、特に高いネットワーク輻輳の期間中に、州の膨満感に関連する顕著な課題に直面しています。 EVM（Ethereum Virtual Machine）は、Trie構造に状態を保存します。これは、より多くのノードが追加されるにつれてますます複雑になります。 EOSやTezosのような他のブロックチェーンも同様の問題を経験しており、スケーラブルな状態管理技術に関する継続的な研究を促しています。

• EthereumのTrie構造：状態ストレージに使用されるMerkle Patricia Trieは、ノードの数が増加するにつれて非効率的になり、パフォーマンスに影響を与えます。
• EOS州の成長： EOSの高周波DAPPは、州の急速な拡大をもたらし、カスタム剪定ソリューションを必要としました。
• Tezosのオンチェーンパラメーター：ガス制限と保管コストの調整が、ユーザビリティを損なうことなく、成長する状態サイズを管理するために導入されました。

よくある質問

状態の膨満感は、ブロックチェーンの膨満感とどのように異なりますか？ブロックチェーンの膨張は、通常、トランザクション履歴を含むブロックチェーン元帳全体の成長を指します。対照的に、状態の肥大症は、ノードが検証目的で保持しなければならないアクティブな状態データの拡大に特に関係しています。

軽いクライアントは、状態肥大化の影響を避けることができますか？軽いクライアントは完全な状態を保存せず、検証のために信頼できるノードに依存しています。ただし、正確で最新の状態データを維持する完全なノードに依存するため、状態肥大波はネットワークの信頼性に影響を与えることにより、光クライアントの機能に間接的に影響を与えます。

状態肥大化は、それが発生すると可逆的ですか？状態の膨満感を逆転させるには、ガベージコレクション、状態の有効期限、代替アーキテクチャへの移行などの特定のメカニズムを実装する必要があります。それは自己修正ではなく、通常はプロトコルレベルのアップグレードを要求します。

すべてのブロックチェーンは、状態の肥大化に平等に苦しんでいますか？いいえ、ブロックチェーンは状態の管理方法が異なります。 Bitcoinのように、一部の状態要件は、主に未使用のトランザクション出力（UTXOS）を追跡するため、最小限の状態要件を持っています。その他、特にイーサリアムのような複雑なスマートコントラクトをサポートするものは、データ構造と永続的なストレージニーズのために、州の膨満感のより大きなリスクに直面しています。