以太坊:觀點 | 五問以太坊：客戶端多樣性問題從何而來？如何解決？

最近舉行的第90期核心開發者會議幾乎全程都在討論一個問題。我強烈建議大家親自聽一下這場會議。

在這場會議上，Alexey提出了客戶端開發者負荷過重的問題。雖然我認為這場討論是一個重要的開始，但是我們太急于尋求解決方案了，充分理解這個問題才是當務之急。重要的是，我們需要花點時間來分析問題。在問題內涵的分析上，“五問法”是最簡單有效的方法之一。

事不宜遲，先來看看第一問是什么。

第一問：為什么Geth開發團隊的壓力如此之大，甚至到了超負荷的地步？

通過etherscan，我們可以看到各個客戶端的裝機量所占份額的統計數據如下所示：

Geth:75%

Parity&OpenEthereum:20%

Nethermind:1%

剩下4%由一些市場份額不到1%的客戶端組成，因此忽略不計。

重要的是，有超過51%的算力都集中在Geth客戶端上。假設在即將到來的柏林硬分叉中，Geth在實現其中一個EIP時出現了bug。即使這個客戶端的其它實現都沒出bug，只要有區塊碰上了這個bug，就會導致以太坊網絡分叉。按理來說，這個區塊是無效的，其他客戶端也會將其視為無效塊。但是，有超過51%的挖礦節點都運行的Geth客戶端，因此整個網絡都會被帶到錯誤的分叉鏈上去。

觀點：Ordinals促進了比特幣交易的增長:金色財經報道，分析師Spencer Hughes稱，由于Ordinals和BRC-20活動激增，過去一個月比特幣網絡非常活躍。Ordinals是1月份在比特幣主網上推出的NFT協議，促進了比特幣交易的增長。投機者一直熱衷于鑄造比特幣上出現的任何項目，并設定高額交易費用以優先考慮他們在鑄造過程中的位置，隨著Binance和OKX等中心化的交易所增加對Ordinals的支持，這種趨勢可能會上升。[2023/6/6 21:18:03]

這就要求Geth客戶端和開發團隊絕對不能犯錯。

因此，第一問的答案是：

因為以太坊網絡的客戶端缺乏足夠的多樣性。

值得一提的是，客戶端多樣化不會突然將客戶端開發變成一項輕松的工作。但客戶端多樣性本身依然是一個值得探索的領域，有助于我們找到提高客戶端開發的效益，同時減輕開發團隊負擔的方法。不可否認的一點是，只在Geth團隊上下功夫不太可能解決這個問題。

觀點：若以太坊持續擁擠 或導致DeFi“黑色星期四”歷史重演:DeFi生態系統在三月的黑色星期四經歷了一場巨大清算危機。Multicoin Capital管理合伙人Tushar Jain認為，以太坊網絡的持續擁堵是另一個此類事件的潛在催化劑：“由于以太坊的擁擠，在基于以太坊的DeFi平臺持有杠桿頭寸的交易員面臨著無法在波動時期降低杠桿率的風險。ETH價格是由DeFi杠桿驅動的，當杠桿需要平倉但不能平倉時會發生什么？巨大的清算。這可能導致3月12日的歷史重演。”（NewsBTC）[2020/8/15]

第二問：為什么以太坊網絡缺乏客戶端多樣性？

以太坊主網上線時，我們有多個客戶端。其中最主要的兩個是Geth和CPPEthereum。之后又出現了Parity，CPPEthereum被淘汰。

從那時起，除了Parity之外，沒有一個客戶端能獲得較大的市場份額。去年，Nethermind異軍突起，成為了一顆冉冉上升的新星，但是目前只占據了1%的市場份額。最近，由于Parity遭遇了一些波折，前途一片黯淡，Parity的市場份額大幅下降。我們認為，在理想情況下，以太坊網絡需要有3個及以上的客戶端、每個客戶端占有的客戶端份額都不至于太高、沒有任何一個客戶端能占據遠遠超過51%市場份額。雖然在理想情況下應該實現客戶端多元化，但是我們已經習慣了客戶端霸權的局面。

觀點：許多機構投資者過于關注比特幣而錯過山寨幣熱潮:加密交易公司GSR聯合創始人兼交易負責人Richard Rosenblum在接受采訪時表示，盡管比特幣(BTC)是大多數涉足加密技術的金融機構關注的焦點，但山寨幣市場才是真正發生這種情況的地方。他認為目前加密市場正在出現“迷你山寨幣熱潮”。 許多機構投資者之所以錯過繁榮，僅僅是因為他們過于關注比特幣。Richard Rosenblum表示，山寨幣確實沒有得到應有的關注。不過，Rosenblum也表示，在加密領域的大多數小型項目“最終不會成功”，但仍會有少數項目“能夠在該領域保持領先地位，并成為未來投資的好地方”。（CryptoNews）[2020/7/10]

那么，我們為什么需要多個客戶端？

從我個人的經驗角度來看，構建以太坊客戶端難比登天。Geth之所以能在以太坊網絡上穩定運行，是因為它引入了很多復雜的優化。Geth團隊花費了數年時間才達到了如此高的復雜度，目前仍在繼續優化中。

有人可能會立即建議我們想辦法為落后的客戶端提供支持和幫助。我很警惕這種“人月神話”式的解決方案——在軟件開發過程中，讓更多工程師來解決一個難題很少會成功，而且我不指望這種方案會取得成功。

觀點：最早發布的CBDC將具備使用率優勢，美國應盡快推出數字美元:美聯儲的無限制債券購買和美元印刷計劃似乎進展并不順利。美國失業率一直在上升，而COVID-19的出現動搖了整個世界的核心。Morgan Creek Capital首席執行官Mark Yusko最近表示，與法定貨幣相比，央行數字貨幣（CBDC）可能是一種更快的分配機制。“只有8%的法定貨幣是紙質或硬幣形式。92%已經電子化了。從電子到數字的轉變將會發生，這是一件好事。我認為這是不可避免的。”Yusko表示，無論哪個國家發行第一個CBDC，都將獲得最大程度的采用，他斷言美國必須通過快速推出數字美元來避免落后。Yusko認為，Facebook的Libra對美國來說也是一個失去的機會。事實上，很多人認為，美國可以利用這個穩定幣項目來保持其金融優勢，跟上中國的央行數字貨幣項目。Yusko也持同樣的觀點，認為美國本應鼓勵Libra，讓它完全由美元支撐。（AMBCrypto）[2020/4/11]

相反，我認為應該將關注點放在復雜性上。

觀點：新冠肺炎疫情正在影響比特幣礦業市場發展:3月30日消息，新冠肺炎正在影響比特幣礦業市場的發展狀況。F2Pool業務主管Thomas Heller表示，市場低迷已經使得一些比特幣礦商無法盈利。F2Pool已從客戶處（亞洲和歐洲）損失了10%的比特幣算力，而一些競爭對手可能損失已經接近30%。同時北美比特幣采礦業務也受到了影響，在加拿大油田經營比特幣礦場的Upstream Data創始人Steve Barbour表示，至少到目前為止，分配資源進行比特幣挖礦的公司較少。這些公司幾乎都在強調不要花錢節約成本，而Upstream Data是這些公司的服務商，雖然此前公司利潤一直在增長，本月持平，但預計下月盈利開始下降。與此同時，冠狀病危機正在威脅全球比特幣采礦硬件供應鏈。有伊朗礦工表示，其業務停滯正是因為比特幣采礦設備無法到達。此外，許多伊朗礦商正考慮將比特幣礦業遷往俄羅斯或其他擁有廉價電力的地方，因為伊朗政府目前正積極致力于對采礦業務征稅。（CoinDesk）[2020/3/31]

注：人月神話，mythicalman-month，指出以大量人員和較短的時間，并不能縮短軟件的開發進度。一窩蜂的作業方式無助于軟件生產，且會制造麻煩，產生出更差的軟件。向進度落后的項目追加人力，只會使進度更加落后。

第三問：為什么構建以太坊客戶端會這么難？

現在，我們正越來越接近問題的根源。

事實證明，大部分困難都來自于組網協議，即以太坊客戶端軟件用于相互連接并分享區塊鏈信息的那一組工具。以太坊的組網規則，最終影響甚至決定了以太坊客戶端的設計和要求。

一些組網工具指定了未經優化的架構，甚至要求以太坊客戶端運行不必要的功能。客戶端開發者需要在這些限制下工作。

第四問：為什么網絡互聯協議提高了客戶端實現的難度？

我相信，這個問題的答案基本上可以分為兩個部分。

狀態管理

整體網絡互聯要求

就狀態管理而言，以太坊客戶端必需能夠同步網絡上的完整狀態，并維護該狀態的本地副本。這兩點都很難做到。對客戶端以及讀取并處理狀態要求的服務器來說，同步狀態需要提出數百萬個請求，并且會導致磁盤I/O飽和。新同步的狀態需要經過維護和刪減，以便數據庫能足夠快地執行新區塊。從工程上來說，這是一項嚴峻挑戰！

GetNodeData是我們用來同步狀態的唯一網絡互聯工具，針對特定的狀態數據庫格式進行了優化。由?TurboGeth?推廣的“扁平式”數據庫布局在狀態維護方面具有極大的性能優勢，但是使用這種布局會加大?GetNodeData?請求的處理難度。

一旦我們將注意力轉向網絡技術，尤其是DevP2P?ETH?協議，我們會發現還有其他因素提高了客戶端的復雜性。要想加入這個網絡，客戶端需要具備以下能力：

處理訪問最近區塊所生成的狀態的?GetNodeData?請求；

處理訪問鏈上數據歷史記錄的請求，包括區塊頭、區塊體和收據。

從根本上來說，對于許多客戶端操作而言，處理這些請求所需的基礎數據不是必需的，但是現在卻強制它們支持這些功能。這就需要所有客戶端在除了滿足自己本身的需求之外，還要另外構建大量功能。例如，主要作為交易發送網關的客戶端并不需要歷史鏈上數據，可能只需要一個很小的狀態子集。但是，就當前的以太坊版本而言，客戶端依然需要保存完整的副本。

第五問：為什么……

看來我只問了四個“為什么”就找到了根本原因。以太坊協議還沒有完全成熟。在設計以太坊協議時，我們并沒有意識到現如今發現的大多數問題，或者因為當時狀態規模較小、發展歷史較短，這些問題還不成問題。

解決方案

過去一整年，我都在關注這個問題。令我震驚的是，以太坊上許多問題的根源其實都可以追溯到網絡層。

或許最明顯的例子是，磁盤I/O歷來都是客戶端的一個瓶頸。這個瓶頸之所以存在，是因為客戶端傾向于使用樹結構的樸素表示來執行其狀態數據庫。狀態數據庫的構建方式由?GetNodeData?網絡元件決定。

為了解決這個問題，我們需要對以太坊共識層以及網絡層的各個部分進行檢修。目前，檢修工作已經啟動。大量工作已經在Alexey和我共同領導了8個月的“無狀態以太坊”名義下開展。我們所做的一些工作至少減輕了Geth團隊的負擔，因為他們用上自己開發了經年之久的SNAP同步協議。還有一部分工作需要深入理解這個問題并想到可行方案的才俊來承擔。

目前，這樣一個龐大的DevP2P?ETH?協議尚未完全解構。我們對于如何將這個網絡拆分成三個獨立的專用網絡有了基礎了解，但是目前還沒有人直接著手這塊。

另外，還有像?re-genesis?之類的想法，提供了完全回避這些問題的機制。這是一種激進的方法，如果能成功的話，或將為我們帶來很大的優勢。

首先，我們應該清楚的是，以太坊網絡還有許多艱巨的任務需要完成，只有少數人能夠勝任這些任務。雖然每天都有越來越多的開發者參與進來，但是他們需要投入時間和精力來學習必備技能。客戶端開發者在專注于解決日常用戶看不到的底層問題時，還要抽出時間來開發新的EVM功能。

如果我們希望以太坊網絡能夠取得長遠的成功，我認為整個社區都要就解決這些問題展開合作，給予其根本原因足夠的關注和討論。最重要的是，我們要攜手打造出有效的技術解決方案。

原文鏈接:?https://snakecharmers.ethereum.org/applying-the-five-whys-to-the-client-diversity-problem/作者:?PiperMerriam翻譯&校對:?閔敏&阿劍

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