為什麼說狀態膨脹是區塊鏈擴容技術發展瓶頸的最終 Boss？

Fuel 創辦人 Nick Didson 指出區塊鏈擴容的技術大部分已經找到解決方案，不過並沒有一個適當的方式處理狀態 (state) 膨脹問題，什麼是狀態膨脹？目前又該如何減少此問題？將是每個去中心化網路遲早都需要思考清楚的問題。

本文為鏈新聞編譯整理，如有疑義，請參考原文。

狀態膨脹是擴容最終 Boss

Web3 產業在效率上已經努力多年，似乎也逐漸看到終點，但是區塊鏈擴容之路上的最終 Boss — 狀態膨脹，目前似乎還沒有解決方案。或許此問題將會變成擴容最後也是最大的瓶頸。

區塊鏈擴容關鍵技術

狀態增長目前沒有解決方案

區塊鏈擴容的議題上，主要有三個技術問題需要解決，分別是執行效率、資料可用性 (DA) 與狀態大小控制，至今前兩者已經有明確的解決方案：

• 執行：確保去中心化網路中交易的正確同步、驗證和區塊建立。目前此瓶頸已獲得解決，例如市場上已經出現更有效率的虛擬機器 (FuelVM、Stylus、SVM、MoveVM)，或是並行交易執行方式，以及更好的預編譯。
• 資料可用性與儲存：確保狀態轉換時與區塊鏈網路同步，並支援 Rollups 的詐欺證明或有效性證明的驗證。同樣，此問題已經有許多解決方案，例如坎昆升級 EIP-4844 的引入、分片設計以及外部資料可用性層包含 Celestia、EigenDA 和 Avail 所提供的服務。
• 狀態：狀態是指「去中心化網路的最新帳本資訊」，包含網路中所有的帳戶資料與代幣分布。為了讓節點可快速存取，狀態資料通常需要在磁碟上進行大量存取，是交易中除簽名和雜湊之外最慢的處理過程。而隨著網路的使用年限增加，狀態大小持續膨脹。

其中，狀態是隨著時間的推移而增長的東西，經常被視為「未來的問題」而被忽視。狀態增長問題目前各界幾乎沒有好的解決方案，而若無法減緩此問題，會讓區塊鏈交易時間變慢和儲存成本升高，會逐漸讓節點運行承受巨大負擔，最終將阻礙區塊鏈技術受到更廣泛的採用。

Rollups 並不能解決狀態增長問題

Rollups 現有的解決方案僅有解決執行層問題，而一些模組化解決方案例如 Celestia，更進一步解決資料可用性問題。但如果這些新解決方案不能解決狀態膨脹的核心問題，那麼區塊鏈產業就會回到零和遊戲。

若狀態增長無法受到解決，至今為止的擴容技術迭代都將是一場空。不論什麼網路最終都會受到狀態膨脹的限制，無論其執行或數據環境如何設計。

Nick 認為解決狀態成長問題將成為 Rollup 生態的下一個催化劑，這與過往 Rollup 針對執行層面技術的革命同樣重要。

效率越高，狀態越大

狀態的大小增長通常會跟執行的速度成正相關，當區塊鏈的效能愈高，所產生的狀態大小通常也會愈大，導致包含 BNB Chain、Sei 到 Base 等各種宣稱擁有高執行效能的去中心化網路，都面臨狀態大小快速膨脹的問題。

(Layer1 科普介紹｜用白話文快速搞懂 Sei Network v2 有什麼亮點)

為什麼比特幣的狀態增長較慢？除了網路效率較低之外，因為其使用 UTXO 帳本模型，沒有餘額的帳戶就不需要紀錄在狀態中，藉此最小化狀態增長問題，這使得 UTXO 模型相對更易於管理，但代價是犧牲了可編程性。

相對來說，以太坊的狀態模型是一個由帳戶餘額、智能合約代碼和無數合約狀態組成的豐富生態系統，因為網路帳戶、代幣、合約數量上的增長，藉此衍生的帳戶各代幣的餘額、批准紀錄等等，其網路的狀態相較於比特幣持續快速增加。

以帳本模型為基礎的區塊鏈，隨著每一次智能合約的執行和交易，狀態都會膨脹，這會導致網路臃腫，儲存需求增加，處理時間變慢，進而抑制創新和用戶採用。

因此目前大多數的區塊鏈，都將面臨著狀態增長的問題。

狀態膨脹可能的解決方案

雖然上述表示沒有明確的解法，但開發者們也已經對此討論，提出了幾種未來可能管理狀態膨脹的策略，不過目前許多技術仍在理論或是討論階段，或是有其他面向的缺點：

放任狀態發展

一派人認為可以接受狀態成長，以換取更大的頻寬使用。但 Nick 認為這不是一個好的選擇，因為這樣會提高全節點的硬體需求，進而降低網路的去中心化

狀態空間費用

像網路用戶收取儲存狀態資料的費用，權衡舊資料儲存與大量空間濫用的問題。但是此手段需要思考如何去除舊資料而不影響到其他資料的儲存，因為狀態是使用資料樹紀錄的，中間資料遺失會破壞一些分支路徑。

無狀態設計

思考一種全節點不需要儲存狀態的設計，而是依賴交易和區塊中包含的狀態證明。本質上是將狀態從 Layer1 轉移到 Rollups。雖然這是以太坊的發展方向 (verkle tree)，但關於其效率和可維護性還有很多未解決的問題。

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推薦原因：在狀態增長無法解決的情況下，不追求共識的「無狀態基礎設施」反而可能有機會變成取代區塊鏈的去中心化網路，也是部分開發者現在正在討論的議題。

Un-Merkalizing the state

一種以不同方式管理狀態資料的技術。將使用完整節點來驗證所有內容或使用輕客戶端對交易進行採樣，並完全丟棄狀態樹。

應用層級的狀態壓縮

使用呼叫資料技術來壓縮狀態資料，可以說是用頻寬換取狀態大小，例如 Solana 上的壓縮 NFT (cNFT)，就是將 NFT 的所有權證明儲存在 Merkle Tree 之中，若需要讀取則需要依賴節點頻寬向外調用資料。

不過更高的頻寬需求會導致網路受限，可能會影響基礎設施的穩健性和效率。

狀態膨脹不再是未來的問題

目前以太坊的狀態大小約為 267 GB，並且每個月以 2GB 左右的速度在成長，若未來網路用戶數與合約增加，此增長速度將會更快，狀態的成長對於需要追求共識的區塊鏈網路節點來說，會逐漸變成一項負擔。

目前現有的解決方案，大多仍在理論階段或是缺陷明顯，市場上個專案仍未有明確的共識，不過可以確定的是，狀膨脹的問題越來越受到重視，可以預期未來將出現更近一步的解決方案。該文下半部分也介紹了 Fuel Network 所提出的創新解決方案，筆者將另撰文說明。

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推薦原因：下半部分在此，該文章講述 Fuel Network 的產品設計理念與架構，說明如何解決狀態膨脹的問題，非常精采。