原文链接:
https://ethresear.ch/t/scalable-gossip-for-state-network/8958
作者:PiperMerriam
翻译&校对:?闵敏&阿剑
在我之前的新型交易gossip广播网络设计中其实可以看到我最初在为状态网络设计gossip广播方面的尝试。在之前的文章中，我介绍了一种设计，可以让节点在无需处理完整交易池的情况下参与gossip广播。
从较高层面上来说，我们关于交易gossip广播的问题陈述如下：
交易来自整个网络。一些网络参与者本身就需要维护完整的交易池。一些网络参与者缺少足够的资源来处理完整的交易池。我提议的交易gossip广播方案采用了距离指标，让节点可以自行调整它们必须处理的交易池规模。节点采用一组简单的规则来管理与之连接的对等节点集合，从而形成网络拓扑结构。半径最大的节点被视为网络的“中心”，半径最小的节点被视为网络的“边缘”。
观点：稳定币必须可编程:金色财经报道，在提供稳定价值方面，稳定币和中央银行数字货币(CBDC)似乎服务于同一枚硬币的两面。然而，加密稳定资产可以提供完全不同的用例，而CBDC根本无法与之竞争。关键是可编程性，智能合约可以自动化并为货币添加新功能。可编程性允许资产支持和去中心化，这在当前的CBDC设计中是不可能的。开发人员应该利用稳定资产提供的可编程机会，而不是试图与CBDC竞争。
稳定资产发行人明确表示，他们可以改善当前的货币体系，主要通过三种方式。首先，稳定资产有助于降低传统金融活动的成本，例如通过去中心化金融(DeFi)和汇款进行去中心化借贷。其次，在经历恶性通货膨胀的国家中，人们使用稳定资产作为保护收入和稳定支付的手段，例如通过委内瑞拉的储备协议。第三，稳定币可用于更注重隐私的支付，例如MobileCoin(MOB)。稳定资产的这三个目的属于当今金融体系的框架。因此，值得注意的是，理论上CBDC也可以解决稳定币解决的问题。[2023/4/25 14:24:34]
该方案之所以有效，主要的两点原因如下：
观点：ETH短期或面临回调，但长期仍看涨:11月15日消息，新加坡加密货币交易所Luno亚太地区负责人VijayAyyar表示，ETH在过去几天进行了整合，长期来看是看涨的。他说：“在此期间，你将看到ETH和山寨币市场的上涨速度快于比特币。”分析显示，以太坊最近一次上涨的幅度几乎与6月至9月的飙升幅度相同，那次上涨后逐渐回调。一些分析师认为，这种对称格局预示着ETH或将面临类似的回调。（彭博社）[2021/11/15 6:53:13]
第一，我们预期，节点的半径值会有很大差别，但?同时?都会相对较大。这种差异源自那些有动力维护“完整”半径以及“较大”半径的参与者。正是这些节点将位于网络边缘的节点连接到了一起。
第二，我们关于半径值较大的预期是根据键空间推测出的。根据Peter最近关于交易池的文章，geth节点默认最多可维护4000笔交易。在任意时刻，整个网络中的待处理交易高达4万至40万笔。轻节点无法处理4000笔交易，但是处理其中5%不成问题。因此，我们预期半径值通常在整个键空间的1%至100%之间。
观点：美国多个州统一监管框架，加密公司有可能变得更具竞争力:针对美国多个州将统一监管框架的消息，Bitstamp交易所美国分支机构首席合规官Caitlin Barnett称，这对加密交易所和监管机构来说是一个令人兴奋的发展。Barnett解释称，获得多个不同州的许可意味着被许可的实体都要接受每个监管机构的检查。这通常意味着一年中有许多国家对交易所进行审查，有时这些监管机构可能会重叠。不过，Shyft Network联合创始人Joseph Weinberg指出，虽然CSBS的计划将使合规流程更高效，但流程并不一定会更容易。“美国的加密公司现在必须处理更标准化的合规程序，使工作更容易、更具成本效益。然而，这些标准可能并不意味着更容易实现完全合规，障碍可能仍然设置得足够高，使合规成为一项挑战，但这将是这49个州面临的一项挑战，使其更容易管理。加密公司有可能变得更具竞争力，并融入更大的金融生态系统；最终，向用户提供的服务应反映出这种改进。”据此前报道，美国州银行监管者联席会（CSBS）证实，针对货币服务企业的新制度将在48个州引入相同的规则和标准。这将简化合规工作，让加密货币企业更容易跨州开展业务。（Finance Magnates）[2020/9/17]
将同样的设计应用到状态gossip广播上
观点：如果币价没有上涨，下一次挖矿难度的下跌幅度可能超过10%:The Block研究总监Larry Cermak今日在推特上表示，今日比特币挖矿难度下调6%是比特币挖矿历史上下调幅度第16大的调整。如果比特币价格没有大幅上涨，下一次难度的下降幅度可能超过10%。[2020/5/20]
我最初尝试将这种设计应用到针对状态网络的gossip广播上，但是没有成功。主要原因如下：
第一，状态网络中各节点在半径值上的差异会小得多。我们预期不太可能会有网络参与者维护“完整”半径。这会导致网络中缺少一个起到连接边缘作用的“中心”。
第二，半径值会很小。假设有200GB的状态，平均每个节点提供100MB的存储空间，且复制因子为10，那么计算下来我们需要一个由2万个节点组成的网络。平均每个节点需要存储0.002%的数据。
正是上述两个不同之处从根本上改变了网络拓扑结构，导致原来的交易gossip广播网络设计失灵。
与交易gossip广播不同的目标
别忘了，交易gossip广播的目标之一是，让交易进入矿工所在的网络“中心”。位于网络边缘的节点其实不是很在乎是否能看到所有待处理交易，即使一个都看不到也没关系。它们主要关心的是能否广播自己的交易，并让这些交易可靠地打包进区块内。
状态网络不仅缺少中心，而且数据流向与交易gossip广播相反。状态gossip广播的目标是将数据发送到网络边缘进行存储。
另外，在交易gossip广播中，消息来自整个网络；在状态网络中，我们预期新数据只会来自一小部分友善的桥节点。这些桥节点负责生成证明，并将这些证明发送到状态网络。
中继机制会导致DOS攻击和不可归因的错误
我想到的一个改进方向是引入中继节点。
我们预期每个节点会对网络中0.002%的数据感兴趣。我认为，根据我的结论可以构建出多个不同的网络模型，但是一种简单的做法是，根据DHT网络中每个节点的路由表为gossip节点之间的连接构建模型。在这样一个网络中，数据需要经过log(n)跳才能到达需要它的节点那里。
这里的问题在于，如果一个节点转发了其它节点都不感兴趣的数据，但是这个数据需要经历一次以上的跳跃，就会变成一个放大向量。恶意节点可以通过在gossip网络中广播无用数据来放大DOS攻击。
一个笨办法
目前，我比较偏向于一个“笨”办法，旨在从非网络层面解决上述问题。
有“一小批”状态提供商节点为每个区块内新的状态数据生成证明。每个证明预期有大约2000个trie节点。其中一部分节点是新数据或更新后的数据。只有这个子集需要发送到网络中。已知每个节点只关心每个区块中0.002%的数据，也就是说不同节点感兴趣的数据之间很少有重叠。如果一个区块内包含2000条新数据，我们可以预见每条数据要发送给完全不同的节点。这就意味着，为了在区块时间内广播新区块的证明数据，一个状态提供商每15秒要将2000个不同的证明发送给2000个不同的节点。要做到这点不是不可能，但是会很难。一旦证明大小增加或网络延迟稍微高一点，状态提供商就无法在区块时间内发送完整的证明数据。
幸好我们可以有不止一个数据提供商。我们可以合理预期将会出现数量不多的状态提供商发送证明数据。在这个模型下，我们可以设计一个能够在不同状态提供商之间平均分配负载的系统。
每个状态提供商都会为每一个新区块生成证明。状态提供商会按照距离其节点ID的远近对该证明包含的每项数据进行排序，先从那些距离最近的数据开始，查询对这些数据感兴趣的节点，并将它们广播出去。在这个模型中，负载会在不同状态提供商之间平均分配。等轮到那些距离其节点ID较远的数据时，状态提供商会发现节点对这些数据的兴趣减弱，因为其节点ID距离这些数据较近的提供商已经广播了这些数据。
可以改进/扩展/优化之处
或许，我们可以稍微优化一下这个方案。
我们的网络结构需要存储的不仅是叶节点，还有中间节点。也就是说，如果按叶子节点和对等节点的需要来分割区块证明，这些碎片证明之间会出现大量重叠。例如，当要你要证明一个叶节点的时候，其证明中也会包含对其默克尔路径上所有中间节点的数据的证明。
如果网络中的某个节点想存储某个叶子，TA当然希望获得该叶子节点的中间节点也可以在网络中找到。如果这些中间节点不可得，甚至都没有人会请求叶子节点数据，因为本地还没有中间节点的数据，还没法顺着这些中间节点发现对叶子节点的需要。我们或许可以利用这一点在整个网络中分散广播数据的责任。
状态提供商只通过gossip方式广播叶节点数据的证明。节点一收到自己想要存储的内容的证明，就会找出“父证明”——对上一级中间节点数据的证明——并发送出去。这一“递归”过程可以让状态提供商只需将叶节点数据发送至网络，并将广播中间节点数据的责任分配给那些对叶节点数据感兴趣的节点。这些节点会一级一级地把上一层级的中间节点的数据的证明推送到网络中，直到所有节点都把最终的状态根推送到网络中。
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