什麼是狀態膨脹？

了解區塊鏈中國家的概念

在區塊鏈技術中，狀態是指代表帳戶餘額，智能合約存儲和其他關鍵信息的網絡上存儲的當前數據。每個交易或智能合約執行會修改此狀態。與傳統的數據庫不同，區塊鏈保持了所有變化的完整歷史，這意味著狀態的大小隨時間的增長。隨著越來越多的用戶與分散應用程序（DAPP）進行交互，狀態數據的量成倍增加。這種增長不僅限於用戶帳戶，還包括合同代碼和內部存儲變量。

當這種累積的狀態數據變得過大時，就會發生狀態膨脹，從而導致性能下降並增加節點的資源要求。完整的節點必須存儲和處理整個州以驗證交易，隨著州的擴展，這可能在計算上變得昂貴。隨著時間的流逝，由於參與者能夠運行完整的節點，這會導致同步時間較慢，硬件成本較高以及減少權力下放。

區塊鍊網絡中狀態膨脹的原因

狀態膨脹的一個主要原因是某些區塊鏈方案中缺乏修剪機制。雖然某些網絡允許修剪舊的交易數據，但狀態數據（例如帳戶餘額和合同存儲）仍然可以訪問驗證。此外，通過永久存儲不必要的數據，可以永久鏈上存儲不必要的數據，從而對此問題產生重大貢獻。

• 未優化的智能合約：開發人員可以無意間創建可存儲過多數據的合同，從而增加了整體狀態規模。
• 缺乏垃圾收集：某些區塊鏈沒有內置機制來清除過時或未使用的狀態條目，從而無限期地積累了它們。
• 高交易吞吐量：經歷較高用法的網絡會產生更多的狀態修改，從而加快了狀態增長的速度。

狀態膨脹對網絡性能的影響

隨著州的增長，它會給節點操作員帶來額外的壓力，並影響網絡效率。節點需要更多的內存和磁盤空間來存儲和訪問狀態，從而導致更長的同步時間。這可以阻止新參與者加入網絡，減少分散性和潛在的安全性。

• 增加硬件要求：由於需要更多的RAM和SSD存儲來處理擴展狀態，因此運行完整的節點變得更加昂貴。
• 交易驗證較慢：較大的狀態意味著每個塊需要處理更多的數據，從而減慢共識和最終性。
• 集中化風險：只有資源良好的實體可以負擔運行完整的節點，從而破壞網絡的分散性質。

狀態膨脹的緩解策略

已經提出並實施了幾種方法來打擊狀態膨脹，包括州租金模型，垃圾收集協議和鏈儲存解決方案。例如，以太坊探索了實施狀態到期和租金方案，用戶必須定期付款才能保持其數據鏈。

• 州租金：用戶應支付經常費用以維護鏈上的數據，激勵刪除未使用或過時的狀態條目。
• 狀態到期：除非刷新，否則未使用的帳戶或合同將在定義期後自動從活動狀態中刪除。
• 離鏈存儲：將較少訪問的數據移至外部存儲層（例如IPF或匯總）會減輕鏈上負擔。

現實世界膨脹挑戰的例子

以太坊面臨著與狀態膨脹有關的顯著挑戰，尤其是在高網絡擁塞期間。 EVM（以太坊虛擬機）將狀態存儲在TRIE結構中，隨著添加更多的節點，該狀態變得越來越複雜。 EOS和TEZOS等其他區塊鏈也經歷了類似的問題，促使對可擴展狀態管理技術的持續研究。

• 以太坊的Trie結構：用於狀態存儲的Merkle Patricia Trie隨著節點的增加而效率低下，從而影響性能。
• EOS州的增長： EOS上的高頻DAPP導致了迅速的狀態擴展，因此需要定制修剪解決方案。
• Tezos的鍊鍊參數：引入了對氣體限制和存儲成本的調整，以管理增長的狀態大小而不損害可用性。

常見問題

狀態膨脹與區塊鏈膨脹有何不同？區塊鏈膨脹通常是指整個區塊鏈分類帳的增長，包括交易歷史記錄。相比之下，狀態膨脹特別涉及為驗證目的保留的活性狀態數據的擴展。

照明客戶可以避免狀態膨脹的影響嗎？ Light客戶不存儲完整狀態，並依靠可信賴的節點進行驗證。但是，它們仍然依賴於保持準確和最新狀態數據的完整節點，因此狀態膨脹通過影響網絡可靠性而間接影響了光客戶功能。

一旦發生狀態膨脹是可逆的嗎？逆轉狀態需要實施特定機制，例如垃圾收集，州到期或遷移到替代體系結構。它不是自我校正的，通常需要協議級別的升級。

所有區塊鍊是否平等地遭受狀態膨脹？不，區塊鏈在管理狀態方面有所不同。有些（例如Bitcoin）具有最小的狀態要求，因為它們主要跟踪未實用的交易輸出（UTXOS）。其他，特別是那些支持以太坊等複雜智能合約的人，由於更豐富的數據結構和持續的存儲需求，面臨更大的狀態膨脹風險。