分散型台帳テクノロジーの継続的な開発において、スケーラビリティは常に最優先の目標ですが、すべてのプロトコルにとって最大の課題でもあります。レイヤ 2 やシャーディングなどのソリューションはトランザクション スループットの向上に焦点を当てていますが、より静かではあるが危険な問題、つまり状態の成長と状態の肥大化がネットワークの持続可能性を脅かしています。ブロックチェーンの状態は、単なるトランザクション履歴ではなく、アカウント、残高、スマート コントラクト コード全体の「現在のマップ」です。 タンファットデジタルの分析によると、このデータが制御不能に増加すると、フルノードを運用するためのハードウェアの障壁が高くなりすぎ、強力なリソースを持つ少数のエンティティの手に認証権限が集中することになります。そのような文脈で、ステートレス クライアント (ステートレス ノード) アーキテクチャが革新的な方向性として登場し、データ規模が巨大なレベルに拡大した場合でもネットワークの分散化を維持できるようになりました。
ブロックチェーン データ構造の分析: 状態と履歴の違い
ステートレス クライアントの性質を理解するには、まずシステム ブロックチェーン内の 2 つのコア タイプのデータ (履歴と状態) の違いを深く分析する必要があります。多くのユーザーや新しい開発者でさえこれら 2 つの概念を混同することがよくありますが、システム アーキテクチャでは、これら 2 つの概念はまったく異なる役割とリソース要件を持っています。
履歴データとステータス データの特性の比較:
1.履歴データ (履歴):
コンテンツ: 元のブロック以降、現在までのすべてのトランザクションとブロック。
アクセス頻度: 低い (古いイベントを同期またはクエリする場合のみ)。
ハードウェア要件: 大容量、安価な HDD (最大
プロパティ: 追加専用で不変です。
認証の役割: 台帳の長期的な整合性をチェックします。
2.状態データ:
内容: アカウント残高、契約コード、ストレージ メモリの現在のスナップショット。
アクセス頻度: 非常に高い (トランザクション処理ステップごとに継続的に取得される)。
ハードウェア要件: 高速 SSD または RAM。
プロパティ: 各トランザクション ブロックで継続的に変更 (読み取り/書き込み) します。
認証の役割: インスタント トランザクションの有効性を検証するために必要です (残高の確認など)。
制御されない状態の増大は、「状態の肥大化」現象の原因です。ユーザーの数が増加し、新しいアカウントの数が作成され、DeFi および NFT アプリケーションがより複雑になるにつれて、状態のサイズは時間の経過とともに徐々に増加します。これにより、フルノードはコンセンサスプロセスに参加するためにこの状態の完全かつ最新のコピーを維持する必要があるため、リソースに大きな負担がかかります。
関連項目: ブロックチェーンとはトリレンマ？ 2030 年のロードマップ
国家の肥大化: 「慢性疾患」と分散化へのリスク
国家の肥大化は技術的なバグではなく、ブロックチェーンの成功と導入の自然な結果です。しかし、管理せずに放置すると、ネットワークの持続可能な発展にとって大きな障害となります。ステートの成長の主な要因には、新しいアドレスの作成、複雑なスマート コントラクトの展開、オンチェーン上の任意のデータのストレージが含まれます。
イーサリアムのようなシステムでは、スマート コントラクトで使用されるすべての「ストレージ スロット」は、明示的に削除されない限り、ステート内に永久に存在します。しかし、ほとんどの開発者とユーザーには古いデータを削除する経済的インセンティブがなく、いわゆる「コモンズの悲劇」につながります。ユーザーはチェーンにデータを置くために 1 回限りのトランザクション料金を支払うだけですが、検証ノードはそのデータを永久に保存するコストを負担する必要があります。
ブロックチェーン ネットワークの状態肥大化の影響は深刻です。
ハードウェアしきい値の増加:更新レートに対応するには、ノードには非常に高い IOPS パフォーマンスを備えたマルチテラバイト SSD が必要です。
同期時間の延長: 初期状態の読み込みには数日から数週間かかり、新しいメンバーが参加できなくなる可能性があります。
集中化のリスク: 大規模な組織または専門のインフラストラクチャ プロバイダーのみがノードを維持するためのリソースを持ち、分散化が弱まります。
サービス拒否 (DoS) のリスク: 攻撃者状態の作成を悪用できます。ノードのデータベースを埋める安価な方法です。
詳細はこちら: レイヤー 1ブロックチェーンのレイヤー 2: マルチレイヤー アーキテクチャとネットワーク スケーリング ソリューション
ステートレス クライアントとは何ですか?バリデーター ノード アーキテクチャの革命
ステートレス クライアントは、新しいブロックの有効性をチェックするためにバリデーター ノードがブロックチェーンの状態全体を保存する必要がない設計コンセプトです。状態はまだ存在しますが、それを保存および提供する責任は変更または再配布されます。
このアーキテクチャでは、新しいブロックには監視と呼ばれる追加の情報が付属します。証人は、コミットされた「ステート ルート」に基づいてその精度を証明する暗号証拠を伴う特定のステート値のセットです。
ステートレス レベルの分類:
弱いステートレス (弱いステートレス): イーサリアムの短期目標。プロポーザーとブロックビルダーのみが、証人を作成するために完全な状態を保存する必要があります。他のバリデーターはステートレス モードで動作できます。
強力なステートレス性: ブロック プロデューサでも状態を保存する必要はありません。ユーザーは自分の取引について自分自身の証言を提供する必要があります。ただし、このレベルは、ユーザー エクスペリエンスの点で大きな障壁に直面しています。
部分的なステートレス性 (部分的なステートレス性): 選択したノードは、一般的に使用される「ホット」状態部分を保存し、「コールド」状態部分の監視を要求します。
Verkle Trees: ステートレス機能を実現するツール
ステートレス クライアントの最大の課題はサイズです。証人の。現在のマークル パトリシア トライ構造では、各ブロックの監視サイズが最大メガバイトになる可能性があり、帯域幅の輻輳が発生します。この問題を解決するために、Tan Phat Digital は、イーサリアムのロードマップが Verkle Trees に移行していると指摘しました。
Merkle Patricia Trie と Verkle Tree の技術比較:
1. Merkle Patricia Trie (MPT):
リンク メカニズム: 従来のハッシュ関数 (SHA-256/Keccak) を使用します。
ノード幅 (k): 通常 2 または 16。
1 リーフ プルーフ サイズ: 約 1 KB.
1 ブロックの監視サイズ: 約 1 MB (ステートレス アーキテクチャでは実現不可能)。
計算コスト: 低 (基本的なハッシュ計算のみが必要)。
2. Verkle ツリー:
バイト。1 ブロックの監視サイズ: わずか 150 バイトから数十 KB (完全に実現可能)。
計算コスト: 高い (楕円上の複雑な計算が必要)
Verkle ツリーを使用すると、従来のツリーと比較して証人サイズを約 1/20 ～ 1/30 に削減でき、モバイル デバイスも認証ノードになることができます。
サポート パス: 州家賃、州期限切れ、州枝刈り
州家賃
経済メカニズムの適用: ユーザーは次の費用を支払う必要があります。データをオンチェーンで維持します。
Solana: 「レンタル料無料」に必要な最小 SOL 残高。十分でない場合は、アカウントを削除できます。
Nervos CKB: 1 CKB コインは 1 バイトのストレージに対応します。ユーザーはデータを保存するためにトークンをロックする必要があり、状態の肥大化に対する経済的障壁が生じます。
状態の有効期限
長期間 (1 年など) 放置されていた状態の部分をアクティブな状態セットから自動的に削除します。再利用するには、ユーザーはそのアカウントを「復活」させる証拠を提供する必要があります。
状態プルーニング
ローカル ディスク領域を節約するために古い状態データを削除する (たとえば、最新の 128 ブロックのみを保持する) ノードの内部技術。
将来のブロックチェーン アーキテクチャ: モジュラーとステートレスの共生
Tan Phat Digital のビジョンでは、将来のアーキテクチャは次の組み合わせになります。
実行層 (L2 ロールアップ): 高パフォーマンスを実現するために完全な状態 (ステートフル) を維持しますが、一部のブロックのみを管理します。
決済層 (L1 ステートレス): ステートレスになり、元のデータを保存する必要がなく、ロールアップからの証拠の認証のみを担当します。
データ可用性層 (DA 層): すべてのノードに保存を強制することなく、必要なときに状態をリセットするために生データを常に利用できるようにします。歴史。
よくある質問 (FAQ)
1. 「状態」と「履歴」の最も基本的な違いは何ですか?履歴は過去以降に発生したすべてのトランザクションを記録する日記ですが、状態は新しいトランザクションが有効かどうかを判断するために必要な現在の「アカウント マップ」です。
2.状態の膨張がネットワークの集中化にリスクをもたらすのはなぜですか?状態が大きすぎると、優れたハードウェアを備えた組織のみが完全なノードを実行できます。これにより、ネットワークの制御がリソースが豊富な少数のエンティティの手に移り、分散化が失われます。
3. Verkle Trees は、Witness サイズの削減にどのように役立ちますか?
データ ツリー内で複数の「兄弟ノード」を囲む必要がある昔ながらのハッシュ関数を使用する代わりに、Verkle Trees は、非常にコンパクトで固定サイズのメンバーシップ証明 ($O(\log n)$ の代わりに $O(1)$) を作成するのに役立つ KZG 多項式コミットメントを使用します。
4. 「弱いステートレス」と「強いステートレス」はどのように異なりますか?
弱いステートレスでは、ブロック提案者が状態を保持することだけが必要で、他のバリデーターは必要ありません。ステートレス性 Manh では、ブロック提案者であってもステートを保持しないことを要求しており、証人の負担はすべてユーザーに移ります。
5. Solana の State Rent メカニズムはどのように機能しますか?
Solana のアカウントは、ホスティング料金を支払うために最低 SOL 残高を維持する必要があります。アカウントが閉鎖された場合、ユーザーは入金された SOL 番号全体を取り戻すことができます。
6.ステートレス ブロックチェーンの「不可能法則」 とは何ですか? 研究によると、バリデーター ノードの状態が一定であり、ユーザーに対する証拠の更新頻度が低いシステムを構築することは不可能です。これら 2 つの要素のいずれかの間には、常にトレードオフが存在します。
7. State Expiry はユーザー データを完全に削除しますか?
いいえ。 State Expiry は、非アクティブなデータ (例: 1 年間使用されていないデータ) のみをコールド ストレージに移動します。ユーザーは証拠を使用して「目覚め」、必要に応じてアカウントをアクティブなステータスに戻すことができます。
8.プルーフ プロバイダーとは誰ですか?また、どのような役割を果たしますか?
プルーフ プロバイダーは、完全な状態を所有する専門のパーティ (ブロック ビルダーや RPC プロバイダーなど) です。これらのノードがデータを保存せずにトランザクションを認証できるように、暗号証明 (証人) を作成してステートレス クライアントに送信する責任があります。
9. Nervos CKB は保管庫における「公有地の悲劇」をどのように解決しますか?
Nervos は保管スペースを私有財産であると考えています。 1 バイトのデータを保存したいユーザーは、1 CKB コインを所有し、ロックする必要があります。追加の CKB の毎年の発行 (二次発行) によるインフレは、このスペースを占有している人々に対する「ステータス レント税」として機能します。
10.携帯電話はブロックチェーン ノードを実行できますか?
はい、SNARK と組み合わせたステートレス クライアント アーキテクチャを通じて実行できます。ストレージの負担が数 GB に軽減され、認証が単なる数学的な証明チェックになれば、スマートフォンやスマートウォッチもネットワーク セキュリティに参加できます。
状態の成長と状態の肥大化は、分散型の理想の存続を脅かす実存的なリスクです。 Verkle Trees を利用した Stateless Client は、認証権限をストレージの負担から切り離す戦略的な方法を提供します。国家の肥大化との戦いは、ブロックチェーンをオープンで透明性を保ち、誰もが所有するものに保つための戦いです。 Tan Phat Digital のような研究部門との協力により、私たちは持続可能で将来の大規模な適用が可能な分散型デジタル インフラストラクチャを確信できます。
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