Forscher der Ethereum Foundation warnen vor Speicherbelastung durch „State Bloat“ und schlagen Wege zur Entlastung des Node-Engpasses vor

Das Stateless Consensus Team der Ethereum Foundation hat eine Reihe von Ideen vorgestellt, um das sogenannte „state bloat“ einzudämmen. Es warnt davor, dass der ständig wachsende Bestand an Accounts, Contract-Speicher und Bytecode im Netzwerk es für Node-Betreiber zunehmend schwierig macht, diese Daten zu speichern, bereitzustellen und zu synchronisieren.

Der „State“ von Ethereum umfasst alles, was das Netzwerk aktuell weiß, einschließlich Kontostände, Contract-Speicher und den Code, der Anwendungen antreibt. Die Foundation erklärte, dass das System mittlerweile ein kritisches Element der globalen Infrastruktur geworden ist, das „Milliarden von Dollar an Wert abwickelt“ und Tausende von Anwendungen koordiniert.

Doch laut den Forschern der EF hat diese Bedeutung nun ein ernstes Problem hervorgebracht: Der State wächst nur – er schrumpft nie.

Mit zunehmender Datenmenge wird der Betrieb eines Full Nodes teurer und anfälliger. In einem Blogpost der EF wurde darauf hingewiesen, dass „wenn der State zu groß, zu zentralisiert oder zu schwer bereitzustellen wird, all diese Schichten fragiler, teurer und schwerer zu dezentralisieren werden.“

Skalierungsverbesserungen wie Layer-2-Erweiterungen, EIP-4844 (Proto-Danksharding) und Erhöhungen des Gas-Limits ermöglichen zwar mehr Aktivität, beschleunigen aber auch das Wachstum des State.

Die Forscher warnten, dass, wenn nur eine kleine Gruppe fortgeschrittener Betreiber es sich leisten kann, den vollständigen State zu speichern und bereitzustellen, Ethereums Zensurresistenz, Neutralität und Widerstandsfähigkeit geschwächt werden könnten. Das Team erklärte, dass es aktiv Stresstests durchführt, um festzustellen, wann „das Wachstum des State zu einem Skalierungsengpass wird“, wann „die Größe des State es Nodes erschwert, dem Head der Chain zu folgen“, und wann „Client-Implementierungen bei extremer State-Größe zu versagen beginnen.“

Stateless Validation wirft eine neue Frage auf: Wer speichert die Daten?

Der langfristige Fahrplan von Ethereum beinhaltet Statelessness, das darauf abzielt, Validatoren die Überprüfung von Blöcken zu ermöglichen, ohne den vollständigen State zu halten.

Während dies die Belastung für Validatoren verringert und einen höheren Durchsatz ermöglicht, verlagert es auch die Verantwortung für die Speicherung des historischen State auf eine kleinere, spezialisierte Gruppe. Die Forscher schrieben, dass in einem Stateless-Design „der meiste State wahrscheinlich nur von Block Builders, RPC-Providern [und] anderen spezialisierten Betreibern wie MEV-Searchern und Block Explorern gespeichert wird.“

Diese Zentralisierung, so das Team, bringt Herausforderungen hinsichtlich Synchronisierung, Zensurresistenz und Widerstandsfähigkeit gegenüber Ausfällen oder externem Druck mit sich.

Drei vorgeschlagene Wege

Das Stateless Consensus Team schlug drei potenzielle Ansätze vor, um das Speichern und Bereitstellen des State handhabbarer zu machen.

Der erste Ansatz, State Expiry, entfernt inaktive Daten aus dem aktiven Set, während Nutzer diese mit Nachweisen wiederherstellen können. Das Team erklärte, dass etwa „80 % des State seit mehr als einem Jahr nicht berührt wurden“, aber dennoch müssen alle Nodes diese heute noch speichern. Zwei Varianten werden in Betracht gezogen: „mark, expire, revive“, das selten genutzte Einträge markiert und entfernt, sowie „multi-era expiry“, bei dem Daten in Epochen zusammengefasst und ältere eingefroren werden.

Der zweite Weg, State Archive, trennt Hot State von Cold State. Heiße Daten bleiben begrenzt und schnell zugänglich, während kalte Daten für die Historie und Überprüfbarkeit erhalten bleiben. Dies würde es ermöglichen, dass die Node-Performance „über die Zeit hinweg etwa stabil bleibt, anstatt sich mit zunehmendem Alter der Chain zu verschlechtern“, selbst wenn der gesamte State wächst.

Die letzte Option, Partial Statelessness, erlaubt Nodes, nur Teilmengen des State zu speichern, während Wallets und Light Clients die für sie relevanten Daten zwischenspeichern. Dies könnte die Teilnahme verbreitern, indem die Speicherkosten gesenkt und die Abhängigkeit von großen RPC-Providern reduziert wird.

Allen drei Ansätzen gemeinsam ist das Ziel, „State als Performance-Engpass zu reduzieren, die Kosten für dessen Vorhaltung zu senken und die Bereitstellung zu erleichtern.“

Wie geht es weiter?

Die EF erklärte, dass sie praktische Maßnahmen priorisiert, die schon heute Vorteile bringen können, während sie sich auf ehrgeizigere Protokolländerungen in der Zukunft vorbereitet.

Laut dem Beitrag gehören dazu die Entwicklung von Archiven, Verbesserungen der RPC-Infrastruktur und die Erleichterung des Betriebs von teilweise stateless Nodes. Das Team betonte zudem, dass diese Initiativen gewählt wurden, weil „sie sofort nützlich und zukunftskompatibel sind.“

Für die Zukunft hat die Foundation Entwickler, Node-Betreiber und Infrastruktur-Teams zur Teilnahme eingeladen.

„Während wir iterieren, werden wir unsere Fortschritte und offenen Fragen weiterhin teilen. Aber wir können das nicht isoliert lösen“, schrieben die Forscher. „Wenn Sie Client-Entwickler sind, einen Node betreiben, Infrastruktur bereitstellen, auf Layer 2s aufbauen oder sich einfach für die langfristige Gesundheit von Ethereum interessieren, laden wir Sie ein, sich zu beteiligen: Geben Sie Feedback zu unseren Vorschlägen, beteiligen Sie sich an Diskussionen in Foren und Calls und helfen Sie, neue Ansätze in der Praxis zu testen.“

Das Update erfolgt, während die Ethereum Foundation die Kommunikation rund um die langfristige Protokollentwicklung intensiviert hat.