OSS:探究用于状态网络的可扩展广播方案

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。

数据：Arkham Intel Exchange上线以来已收到包括马斯克钱包在内的11份提交:7月23日消息，Arkham Intel Exchange- 自7月10日推出以来，显示了11个此类信息的提交，市场上还有 32 个活跃的赏金。七个由Tron DAO发布，而其余大部分来自Arkham Admin。

一个悬赏的平均价值为5931ARKM，超过72%的赏金价值为1000ARKM，范围从识别特斯拉CEO埃隆·马斯克的公共地址到归属于拥有超过10亿美元管理资产的大型加密资产管理公司Bitwise的地址。最大的两个赏金分别价值约100000ARKM和50,000ARKM，涉及识别在FTX崩溃期间利用该平台和黑客攻击加密交易公司Wintermute的地址。

此前加密社区一部分用户在Twitter上对Arkham的计划表示愤怒，表示该计划激励人们透露匿名或假名区块链地址背后的身份。[2023/7/23 15:52:57]

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”。

Gemini：理财产品Gemini Earn的赎回服务受Genesis停止赎回影响:金色财经报道，加密交易平台Gemini官方发文表示，其利息收入计划Gemini Earn受到Genesis Global Capital停止赎回的影响，Gemini正与Genesis团队合作，帮助客户尽快从Earn计划中赎回资金，将在未来几天提供更多信息。

公告表示，这不会影响任何其他Gemini的产品和服务。Gemini交易平台所有客户资金均按1:1比例持有，可随时提取。[2022/11/16 13:13:50]

该方案之所以有效，主要的两点原因如下：

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。

DappRadar：Decentraland日活用户经修订后仅为650人:10月18日消息，据DappRadar修订后的数据显示，Decentraland每日的唯一活跃钱包数量（UAW），即与dApp交互的“活跃用户”数量仅为650。过去的30天里，Decentraland平台上共有7,490名独立用户，总交易量约为11万美元。链上数据显示，dApp的智能合约资产余额为2880万美元。DappRadar表示：DappRadar工具提示将UAW或用户数据描述为“与dApp的智能合约交互的唯一钱包地址数”。因此，要被DappRadar统计，用户需要进行区块链交易。此前Decentraland团队表示计划重新统计Decentraland用户数据，将追踪的智能合约数量从13个扩充至3000个以上。[2022/10/18 17:30:53]

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。

Avalanche网络日交易笔数创历史新高:金色财经报道，Watcher.Guru在社交媒体上称，当前Avalanche网络日交易笔数为1,514,880，创历史新高。[2022/8/10 12:15:31]

将同样的设计应用到状态gossip广播上

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。

鸿海第二季度净利润333亿元新台币:8月10日消息，鸿海发布第二季度财报，该公司第二季度净利润333亿元新台币，预期为307.7亿元新台币；第二季度营业利润443亿元新台币，预期为368.4亿元新台币；第二季度每股收益2.40元新台币，预期为2.22元新台币。[2022/8/10 12:15:06]

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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