ROLL:一文了解無狀態 Rollup

注：原文作者是 Alex Beckett，目前就職于 Celestia。

全節點驗證區塊的方式，是通過下載所有交易并重新執行它們來檢查其有效性，毫不奇怪的是，更大的區塊會給全節點帶來更大的負擔，因為處理和驗證每個區塊需要更多的硬件。而欺詐和有效性證明等技術使得節點能夠檢查有效性，而無需重新執行每筆交易。數據可用性采樣技術使得節點能夠驗證數據可用性，同時只下載每個區塊的一小部分。

剩下的最后負擔之一就是狀態。要驗證區塊，全節點還必須存儲整個狀態的副本。隨著狀態的增長，對全節點的存儲需求也會增加。幸運的是，狀態增長在一定程度上也是可以解決的。

所謂無狀態（Statelessness）是一種特性，是指全節點可以在不存儲狀態的情況下驗證區塊（這就叫無狀態）。而無狀態主要有兩種：

分析師：比特幣鯨魚正在繼續增持更多的BTC:金色財經報道，比特幣最近價格出現了大幅波動，然而一個有趣的發展引起了市場分析師的注意：比特幣鯨魚正在繼續增持更多的BTC。ntoTheBlock的持有量余額指標數據表明，比特幣鯨魚看好BTC的未來。這種持續的積累意味著市場的積極動態，表明這些主要投資者預計即將到來的價格上漲。此外，下一次比特幣減半預計將在2024年發生，根據歷史趨勢，我們可以預期新的市場周期將開始。減半事件導致比特幣區塊挖礦獎勵減少50%，此前曾引發價格大幅上漲。比特幣鯨魚的增持行為可能是為減半后的下一次牛市做準備的戰略舉措。即使在市場不確定的情況下，主要投資者仍然依賴比特幣的長期潛力。[2023/8/7 21:28:29]

強無狀態：不需要節點來存儲狀態。

澳大利亞四大銀行阻止向加密貨幣交易所付款:金色財經報道，澳大利亞當局加強了對加密貨幣的審查，導致銀行不愿與加密貨幣交易所和公司合作。澳大利亞國民銀行 (NAB) 已與西太平洋銀行 (Westpac Banking Corp.)、澳大利亞聯邦銀行 (Commonwealth Bank of Australia) 和澳大利亞和新西蘭銀行集團 (Australia & New Zealand Banking Group) 等該國其他領先銀行一起阻止向高風險加密貨幣交易所付款。[2023/7/17 10:59:44]

弱無狀態：只需要區塊生產者來存儲狀態。

強無狀態引入了一個數量級的復雜性和權衡，所以我們現在只關注弱無狀態。

以太坊Layer2上總鎖倉量為62.14億美元:金色財經報道，L2BEAT數據顯示，截至目前，以太坊Layer2上總鎖倉量為62.14億美元，近7日跌0.87%。其中鎖倉量最高的為擴容方案Arbitrum One，約33.37億美元，占比53.70%，其次是Optimism，鎖倉量18.95億美元，占比30.50%。[2023/2/27 12:30:47]

一個（弱）無狀態 rollup 是一種至少需要定序器（sequencer）來存儲狀態的 rollup，但全節點是無狀態的。一個 optimistic rollup 可能還需要觀察器（ watcher）存儲狀態以生成欺詐證明，這取決于是否允許為定序器（sequencer）節點生成欺詐證明。

數據：近24小時余額大于1萬BTC的地址流入約1.68萬枚比特幣:9月10日消息，數據顯示，當前余額大于10000的比特幣地址總持有295.8萬枚BTC，在最近24小時內，這些地址累計流入16753枚比特幣。這或表明比特幣“鯨魚”投資者的增持情緒有所上升。[2022/9/10 13:21:42]

為了驗證一個區塊的有效性，全節點從一個 pre-state root 開始，它是在將前一個區塊附加到鏈上之后的狀態樹的根。然后重新執行交易，生成一個新的狀態根（稱為 post state root）。然后，根據提議的區塊頭中的 post state root 來驗證計算的 post state root。如果匹配，則該區塊有效，如果不匹配，則該區塊無效并被拒絕。但是，無狀態節點一開始沒有 pre-state root，因為它們不存儲狀態。

在無狀態 rollup 當中，定序器將為每個區塊分配一個 pre-state root 和 post state root，以驗證該區塊。還有許多其他細微差別，但這是無狀態驗證的基本思想。

如果無狀態 rollup 具有一個 p2p 網絡，則定序器只需將區塊和相應的狀態根發送到初始對等組，然后它們可以在整個網絡中傳播它們。但如果無狀態 rollup 沒有 p2p 網絡（目前很多 rollup 都是這種情況），那么單個定序器將需要將區塊和狀態根單獨分發到網絡中的每個節點。在沒有 p2p 網絡情況下的 rollup 中實現無狀態，將給定序器帶來不切實際的巨大負擔。因此，p2p 網絡是一個先決條件。

除了驗證區塊，全節點還服務于狀態請求（例如，將地址 0x 的賬戶余額發送給我……）。無狀態節點與全節點一樣完全驗證狀態轉換，但依賴于全節點來訪問狀態。因此，仍然需要最少數量的全節點來向網絡的其余部分提供狀態請求。

實際上，由于硬件要求較低，用戶可能會傾向于使用無狀態節點，因此，能夠依賴的全節點會越來越少。如果沒有足夠的全節點來服務于狀態請求，那么無狀態 rollup 將遇到瓶頸，因為狀態無法在整個網絡中以足夠快的速度傳播以滿足需求。

全節點在將傳入交易轉發到 mempool 之前驗證它們，以防止 mempool 和區塊生產者收到無效的垃圾交易。然而，交易驗證需要訪問狀態以獲取發送者的帳戶余額和 nonce 等數據，無狀態節點在沒有向全節點發出狀態請求的情況下無法執行這些數據。此過程會給無狀態節點帶來 DoS 攻擊的問題，它們可能會收到垃圾交易，但不能拒絕交易，直到它們發出所需的狀態請求以檢查交易是否有資格轉發到 mempool，此外，由于無狀態節點在轉發交易之前必須采取的額外步驟，因此交易傳播速度會變慢。

取消全節點存儲狀態的要求會降低硬件門檻，從而降低更多用戶運行全節點的障礙。減輕狀態增長的負面影響對于 rollup 以及任何其他鏈一樣重要，因為它們也很脆弱。由于弱無狀態并不能免除定序器存儲狀態的責任，因此使用最多的 rollup 會發現狀態增長可能會成為一種障礙。我們可以實施進一步的措施來減少定序器的狀態增長，例如，在狀態到期時，在給定的時間段內未被訪問的狀態將從狀態中刪除。

順便說一句，無狀態還移除了磁盤 IO 的 DoS 攻擊向量，因為無狀態節點不再需要執行狀態訪問，如果 rollup 具有較大的狀態，這將特別有用。

無狀態（Statelessness）和欺詐證明是同一枚硬幣的兩面，只要實現了其中一個，就能免費獲得另一個。節點需要 pre-state root 和 post state root 來驗證欺詐證明，這與無狀態區塊驗證的的要求類似。誠然，關于欺詐證明還有其他考慮因素，例如單輪與多輪、bonding（綁定）以及一般審查阻力細節。

如果防欺詐實現允許它們在 rollup 的 p2p 網絡中分布，則輕客戶端在此過程中的信任度會最小化。

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