避开炮弹：以太坊状态难题_钱包

避开炮弹：以太坊状态难题

本文的目地是宣布公布一个对以太坊服务平台的严重危害，其危险因素清楚而确立，直至 “纽约” 硬分岔才消除。

大家先来掌握一些以太坊和 “状态” 的情况专业知识。

以太坊状态是一棵 帕特里夏-默克尔树（particia-merkle trie，一种兼具前缀树标准的默克尔树）。文中不容易深层次太多关键点，你只需了解，伴随着状态总数的提高，这一树形结构的支系会越来越愈来愈密。以太坊区块链上每多一个帐户，这棵树就多一个叶子节点。在树的根节点与叶子节点，是很多说白了的 “正中间” 连接点。

为了更好地搜索某一帐户，换句话说在这里棵巨大的树枝寻找某片 “叶片”，必须分析 6 ~ 9 个哈希值，从根节点逐渐，经过正中间连接点，最后分析到一个可以给与大家所需数据信息的哈希值。

用通俗易懂而言：不管何时要在这里棵树枝搜索某一帐户，都需要历经 8 ~ 9 次分析实际操作。每一次分析实际操作全是一次数据库，而每一次数据库都代表着不确定性总数的数次电脑硬盘实际操作。电脑硬盘实际操作的频次难以可能，可是由于状态树的 “键（key）” 是密码算法哈希值（抗撞击的），因此这种键全是任意的，这对全部数据库查询而言都归属于最坏的状况。

伴随着以太坊状态的提升，就必须提升浏览状态树的实际操作的 Gas 消耗量。早在 2016 年 10 月，大家就曾用 “桔子哨子（Tangerine Whistle）” 分岔（列入 EIP 150，在区块高宽比 246 3000 激话）做了那样的事。EIP 150 大幅度提高了特殊实际操作的 Gas 消耗量，并引进了一系列的对策来维护互联网可免于 DoS 进攻；它是在说白了的 “上海市进攻” 以后发布的。

另一次那样的 Gas 消耗量提高是在 “伊斯坦布尔” 分岔的情况下，在区块高宽比 906 9000 （2019 年 12 月）激话，引进了 EIP 1884。1884 的內容包含：

SLOAD 操作码的 Gas 消耗量从 200 提升到 800 gas

BALANCE 消耗量从 400 提升到 700 gas （还添加了一个更划算的 SELFBALANCE 操作码）

EXTCODEHASH 消耗量从 400 提高到 700 gas

在 2019 年 3 月，Martin Swende 精确测量了 EVM 操作码的特性。这一科学研究之后造成了 EIP-1884 的建立。在 1884 激话的好多个月前，这篇以 “Broken Metre” 之名的发表论文（2019 年 9 月）。

俩位以太坊安全性研究者 —— Hubert Ritzdorf 和 Matthias Egli —— 与这篇毕业论文的创作者之一 Daniel Perez 进行了协作，并 “武器化” 了一个系统漏洞，强调指出交到了以太坊的 bug 悬赏任务新项目。那就是在 2019 年 10 月 4 日。

大家提议你详细地阅读文章她们递交的汇报，写的很好。

在一个专业探讨跨手机客户端安全系数的频道栏目里，来源于 Geth 手机客户端、Parity 手机客户端和 Aleth 手机客户端的开发人员被告之了这一份汇报，就在同一天。

该系统漏洞的实质是开启任意的树搜索。一个比较简单的组合是：

在她们的汇报里，研究者根据 eth_call RPC 节点对同歩到主网的连接点实行了这一负荷，下边是他们耗费 1000 万 gas 需要的時间。

应用 EXTCOEHASH （为名 Gas 消耗量是 400）耗光 1000 万 gas

Parity：约 90 秒

Geth：约 70 秒

应用 EXTCODESIZE （为名 Gas 消耗量是 700）耗费 1000 万 gas

Parity：约 50 秒

Geth：约 38 秒

（译员注：此处的意思是，假如一个 1000 万 gas 的区块只用这两个操作码铺满，则连接点必须那么长期才可以解决完这一区块）

不言而喻的是，EIP-1884 的确降低了进攻的实际效果，但或是还不够的。

那时离日本大阪 Devcon 早已非常近了。在 Devcon 期内，有关这一难题的专业知识在主网的移动端开发者中间传出来。大家也会面了 Hubert 和 Mathias，也有 Greg Markou（他来源于 Chainsafe 精英团队，一直在做 ETC 的工作中）。ETC 区块链的开发人员们也收到了这一份汇报。

伴随着 2019 年贴近序幕，大家发觉，这难题比大家以前认为的也要繁杂，故意的事务管理很有可能造成出块时间增加到以分鐘计。更不好办的是，开发者平台早已对 EIP-1884 觉得不满意，它摆脱了一些合同，并且客户和挖矿都期待提升区块的 Gas Limit。

除此之外，只是2个月以后，到 2019 年 12 月，Partiy Ethereum 就公布要撤出了，OpenEthereum 新项目对接了 Parity 手机客户端的编码维护保养工作中。

因此大伙儿建立了一个新的手机客户端合作频道栏目，Geth、Netheremind、OpenEthereum 和 Besu 的开发人员再次协作。

大家意识到，仅有同时进行才可以处理这个问题。一方面，我们要改善以太坊协议书，也就是在协议书层处理这个问题；最好不必摆脱合同，也不必处罚 “真诚” 的个人行为，但又能避免进攻。

另一方面，我们可以借助软件开发，更改手机客户端内的数据信息方式和构造。

解决该类进攻的第一个构思是这一。在 2020 年2 月，其宣布版本号做为 EIP 2583 公布。该提议身后的意识是提升一个惩罚措施，每一次树搜索造成 miss （“找不到”）时就开启。

但是，Peter 找到了一个绕开它的方法 ——“shielded relay” 进攻 —— 促使实质上处罚拥有一个限制（约为 800）（译员注：这里沒有企业，疑似 gas）。

处罚 miss 方式 的难题取决于，务必先有搜索的全过程，随后才可以明确需不需要执行处罚。但假如剩下的 gas 已不够于执行处罚，则（从协议书的角度观察）一个沒有获得充足付款的耗费步骤又早已实行了。即便 这会造成抛出去不正确，这种状态载入还可以封裝到嵌入启用中，促使外界入参能够反复实行进攻而无须付款（详细的）处罚。

因而，这一 EIP 也被抛弃，我们要找寻更强的取代计划方案。

Alexey Akhunov 科学研究了 Oil 的定义 —— 一种次级线圈的 “Gas”，但与 Gas 彻底不一样的是，它对层级制不是由此可见的，并且很有可能造成事务管理全局性回退（transaction-global revert）。

Martin 提了一个相近的提议，称之为 “Karma”，在 2020 年5 月。

尽管这很多计划方案都是有进度，Vitalik Buterin 建议只是提升 Gas 消耗量，并维护保养一个 “浏览明细”。在 2020 年 8 月，Martin 和 Vitalik 逐渐迭代更新之后变成 EIP-2929 以及伙伴 EIP-2930 的念头。

EIP-2929 在压根上解决了很多上边提及的难题。

与 EIP-1884 反过来；1884 是没有理由提升 Gas 消耗量，但 2929 仅提升浏览新目标的 Gas 消耗量。这促使净成本费仅提升了不上一个点。

一样地，与 EIP-2930 相互配合后，就不容易摆脱一切合同。

它还能够根据提升 Gas 消耗量来进一步调节（也不会摆脱合同）

在 2021 年 4 月 14 日，这两个 EIP 都是在 “纽约” 分岔时激话。

Peter 试着用动态性的状态快照处理这个问题，正值 2019 年 10 月。

快照是一个次级线圈的算法设计，用于以平扁文件格式（flat format）储存以太坊状态。快照可在 Geth 连接点一切正常运作期内建立，不用退出专业实行。快照的益处是，它能够做为状态浏览的一种加快构造：

不会再是实行 O(log N) 次电脑硬盘载入（也要乘于 LevelDB 的花销）来浏览一个帐户/储存项，快照能够给予立即的，O(1) 等级的浏览時间（再乘于 LevelDB 的花销）。

快照还适用以每一个内容 O(1) 的复杂性迭代更新帐户和储存项，这促使远程控制连接点能够查找持续的状态数据信息，比过去划算十分多。

快照的存有还适用其他更怪异的主要用途，例如线下剪修状态树，及其转移到另一种数据类型。

缺点是，快照等因此彻底拷贝了帐户和储存项的没经解决（raw）的数据信息。若在主网自然环境中应用，这代表着必须附加 25 GB 的固态盘室内空间。

动态性快照的念头从 2019 半年度就拥有，那时候的关键总体目标是开启 “快照同歩”。那时 Geth 精英团队仍在开发设计很多 “大新项目”：

线下的状态剪修

同态快照 快照同歩

根据共享资源状态完成 LES 状态分散化

但是，之后她们决策一心一意做快照作用，延迟了别的新项目。这种工作中为之后的 snap/1 同歩优化算法奠定了基本。这一优化算法已在 2020 年 3 月合拼到代码库中。

拥有 “动态性快照” 作用，大家就能喘一口气了。假如以太坊互联网遭受进攻，那会是很痛楚的，但最少，大家能通告客户开启快照作用。转化成快照必须花一些時间，并且还没有办法同歩快照，但互联网最少能再次运作了。

在 2021 年 3 月/4 月， snap/1 协议书早已在 geth 手机客户端发布，连接点可以应用新的、根据快照的优化算法来同歩区块链了。尽管还并不是默认设置的同歩方式，它是使快照能不但做为进攻保障措施，也可以明显提升客户体验的一部。

在协议书层，“纽约” 升級已于 2021 年 4 月激话。

在大家的 AWS 监管自然环境中，大家的标准检测結果以下：

“纽约” 前，沒有快照，解决 2500 万 gas：14.3 秒

“纽约” 前，有快照，解决 2500 万 gas：1.5 秒

“纽约” 后，沒有快照，解决 2500 万 gas：约 3.1 秒

“纽约” 后，有快照，解决 2500 万 gas：约 0.3 秒

这一（不光滑）的数据说明，“纽约” 升級使进攻的高效率减少了 5 倍，而快照使之减少了 10 倍，最后使其危害减少了 50 倍。

大家可能，在当今的主在网上（区块为 1500 万 gas），不应用 快照的 geth 连接点很有可能能够保证只需 2.5 ~ 3 秒就能实行一个区块。伴随着状态的提高，这一数据会再次恶变（针对不应用快照的连接点而言是这般）。

假如 gas 退还体制被用于导致单独区块的具体 gas 需求量提高，这一恶变的倍率（较大 ）是 2 倍。在 EIP-1559 执行后，区块的 Gas Limit 会出现高些的延展性，在短期内内可暴发出较大 2 倍的恶变投资乘数。

对于执行这类进攻的可行性分析，网络攻击买断合同一个区块的成本费大约在好多个 ETH 那样的等级（1500 万 gas，100 Gwei 的价钱，乘出去便是 1.5 ETH）。

这一威协在很长期里全是 “公开的秘密” —— 由于粗心大意，它最少被公布公布过一次；并且在关键开发人员大会中也数次提及它，尽管沒有公布关键点。

由于大家早已激话了 “纽约” 升級，也由于 geth 手机客户端早已默认设置应用快照作用，大家觉得，威协早已充足低，而透明度才算是更关键的了。因此现在是时候把背后的工作中都公布了。

关键的是，小区获得了一次了解和思索这种危害客户体验（这种 EIP 会提升 Gas 消耗量，也会限定退还体制的实际效果）的变动的机遇。

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