Alors que le réseau Ethereum continue d'évoluer et de mûrir, le concept de différents types de nœuds devient de plus en plus important à comprendre. Cependant, la réalité est que la plupart des utilisateurs ne sont pas prêts à faire l'effort d'exécuter un nœud, malgré le fait que les exigences matérielles soient accessibles pour beaucoup. Dans le "jeu final" du développement d'Ethereum, il est crucial que les utilisateurs puissent vérifier l'intégrité de l'état et la disponibilité des données sans avoir besoin de connaissances techniques approfondies ou de ressources considérables. Après tout, une blockchain sans vérifiabilité n'est qu'une base de données inefficace.

Dans cet article, nous passerons en revue les trois types clés de nœuds qui façonneront l'avenir du réseau Ethereum : les nœuds sans état, les nœuds avec état, et les nœuds complets/archivés. Nous examinerons comment les nœuds sans état peuvent permettre une vérification sans confiance des nouveaux blocs en utilisant des preuves de connaissance nulle, comment les nœuds avec état peuvent fournir un accès rapide et sans confiance à l'état actuel d'Ethereum, et comment les nœuds complets/archivés peuvent stocker l'ensemble de l'historique de la chaîne depuis la genèse. En comprenant les rôles et les compromis de chaque type de nœud, nous pouvons travailler vers un écosystème Ethereum plus décentralisé, sécurisé et évolutif.

Noeuds sans état de fin de partie

Comme nous l'avons déjà vu aujourd'hui, la plupart des utilisateurs ne sont pas disposés à déployer beaucoup d'efforts pour exécuter tout type de nœud, même si, pour Bitcoin et Ethereum, les exigences matérielles sont réalisables pour la plupart des utilisateurs intensifs des deux chaînes. Le terme "utilisateur intensif" désigne ici une personne possédant une quantité importante d'actifs sur la chaîne, pensez à tout utilisateur pour lequel le coût de l'exécution d'un nœud n'est pas un obstacle.

La principale raison est probablement une combinaison du fait que la grande majorité des utilisateurs ne se soucient pas de le faire, ne sont pas disposés à dépenser quelques centaines de dollars pour le matériel ou n'ont pas les connaissances techniques sur la façon de le faire fonctionner. Même si Bitcoin et Ethereum ont fait de grands progrès pour le rendre plus facile. C'est encore une tâche assez complexe pour un utilisateur non technique.

Une vision pour un Ethereum sans État

Je suis d'avis qu'à la fin de chaque blockchain, les utilisateurs devront vérifier l'intégrité de l'état et la disponibilité des données sans même nécessairement savoir ce que sont ces deux choses. La bonne nouvelle, c'est que cette vision est totalement réalisable avec suffisamment d'ingénierie (technologie de connaissance zéro et un peu deéchantillonnage de disponibilité des données).

Dans cette fin de partie, pratiquement tous les portefeuilles dignes d'être utilisés auront un nœud sans état qui, pour chaque nouveau bloc ajouté à la chaîne, peut interroger tout nœud complet sur la couche de pair-à-pair pour obtenir le dernier en-tête de bloc et une preuve zk que les modifications d'état depuis le précédent en-tête de bloc ont été exécutées correctement, demander quelques échantillons de données aléatoires à quelques pairs pour obtenir une confiance proche de 100% que toutes les données (blobs et données d'exécution de bloc) ont été publiées et aussi une preuve zk qui prouve que le réseau est parvenu à un consensus et finalisé le bloc.

La bande passante/le calcul nécessaire pour cela est très faible et peut être totalement effectué sur un téléphone (voire même une montre connectée comme@drakefjustin""> @drakefjustin aime mentionner). Ce type de nœud mentionné ci-dessus serait classé comme un type de nœud « sans état » puisque le nœud peut vérifier de nouveaux blocs sans avoir besoin de l'état actuel localement et en se fiant plutôt à différents types de preuves pour vérifier de nouveaux blocs.

Ces preuves ne doivent pas être des zk-proofs. Nous aurons une validation sans état de l'exécution bien avant de pouvoir faire ce que j'ai décrit ci-dessus avec des zk-proofs pour l'exécution. En fait, l'exécution sans état peut être réalisée dès aujourd'hui mais est TRÈS inefficace avec la structure actuelle de l'arbre Merkle-Patricia, les preuves des témoins sont beaucoup trop grandes pour être pratiques. (voir @peter_szilagyi's tweet).

Voir la taille du "témoin" ici. C'est le principal problème auquel se heurte l'exécution sans état avec l'arbre Merkle-Patricia actuel, de nombreux blocs dans cette capture d'écran font bien moins de 100 ko et la preuve requise pour permettre une vérification sans état est souvent plus de 50 fois plus grande que le bloc lui-même.

La structure MPT d'Ethereum

Cependant, Ethereum améliorera sa structure d'arbre d'état à quelque chose d'autre que la structure actuelle de l'arbre de Merkle-Patricia à l'avenir. Beaucoup d'entre vous ont peut-être entendu parler des arbres Verkle qui sont sur la feuille de route depuis des années (sinon, lisez notre article -Verkle Trees For The Rest Of Us: Part 1). Ils permettraient la création de clients sans état qui sont pratiques puisque la nature de la structure arborescente Verkle permet des témoins/preuves très petits.

Arbre de Merkle vs. Arbre de Verkle

Un problème majeur des arbres Verkle est qu'ils ne sont pas sécurisés quantiquement, ce qui signifie qu'ils seront au mieux une solution temporaire jusqu'à ce qu'une solution permanente pour la structure de l'arbre d'état soit suffisamment mature et/ou efficace. La solution finale sera probablement un arbre de hachage binaire prouvé STARK et il est très possible que les arbres Verkle soient ignorés au profit d'une variante d'un arbre de hachage binaire prouvé STARK. (mème pertinent de @VitalikButerin)

Une option très intéressante qu'un nœud sans état peut avoir est l'option de ne pas être entièrement sans état. Par exemple, il serait possible de stocker localement l'état que vous trouvez pertinent pour votre cas d'utilisation (en supposant que votre client supporte une telle fonctionnalité).

Supposons que vous répartissiez vos actifs sur quelques adresses, actifs et protocoles DeFi, vous pourriez, dans ce cas, avoir l'état de tout ce qui est pertinent pour votre cas d'utilisation écrit localement sur le disque tout en n'utilisant qu'une quantité négligeable d'espace disque. Même le suivi de l'état complet de plusieurs grands protocoles DeFi ne représenterait que quelques gigaoctets, et étant donné que pratiquement tous les téléphones plus récents sont livrés avec un stockage de 128 Go ou plus, il est non seulement possible, mais potentiellement pratique pour un utilisateur de conserver tout l'état qu'il juge utile écrit sur le stockage flash de son téléphone mobile.

(Petite note sur les clients légers : Dans un monde où les clients sans état peuvent vérifier efficacement les transitions d'état et le consensus de manière triviale, j'ai l'impression qu'il n'y aura vraiment pas de cas d'utilisation pour un client léger traditionnel qui repose sur une hypothèse de majorité honnête.)

Nœuds étatiques de fin de partie

Les nœuds étatiques ne conservent que l'état actuel et très récent, ils élaguent tout ce qui est plus ancien qu'un certain âge (voir laeip-4444proposition). L'état actuel doit construire des blocs localement et la construction de blocs locaux est quelque chose que les nœuds sans état sont incapables de faire.

Les nœuds étatiques ne doivent pas être confondus avec les nœuds « complets » car un nœud étatique ne conservera pas l'historique complet de la chaîne car cela deviendrait très intensif en données à l'avenir. Un nœud étatique est utile pour tout utilisateur qui souhaite un accès rapide et sans confiance à l'état actuel d'Ethereum, que ce soit pour interroger les données de l'état, construire des blocs ou utiliser ce type de nœud pour la mise en jeu.

Préserver la possibilité d'exécuter des nœuds étatiques sur du matériel grand public est un objectif très important que je pense que nous devons préserver dans la communauté Ethereum, même lorsque les nœuds sans état sont très légers et matures. L'une des principales raisons à cela est que tous les nœuds sans état dépendent des nœuds étatiques pour créer le témoin nécessaire à la validation sans état des nouveaux blocs.

Avoir accès à l'état actuel est également nécessaire pour savoir si une transaction qui se trouve dans le mempool est valide ou non, il est donc très important que nous disposions d'un ensemble très décentralisé de nœuds étatiques sur le réseau qui peuvent garantir une très forte résistance à la censure avec une forme de conception de liste d'inclusion.

La bonne nouvelle est qu'avec l'expiration de l'état, nous pouvons rendre beaucoup plus facile l'exécution d'un nœud stateful car l'état avec lequel personne n'a interagi depuis un certain temps peut être élagué du disque du nœud, toute personne souhaitant interagir avec un état expiré devra apporter un témoin (essentiellement une preuve de Merkle) pour ramener l'état expiré dans l'état actuel. Toute personne ayant accès à l'historique de la chaîne peut, de manière décentralisée, construire ces types de preuves pour ramener un état expiré. Au moment de la rédaction de ceci, l'état d'Ethereum approche les 300 Go et tant qu'une forme d'expiration de l'état n'est pas implémentée, la taille de l'état continuera de croître selon une tendance plus ou moins haussière.

(Ici est un très bon article de @paradigmqui approfondit le sujet de la croissance de l'État et de l'expiration de l'État)

Nœuds complets/archivés

Dans le cadre de cet article, je vais regrouper les nœuds complets et archivés, car un nœud complet normal peut, avec les informations qu'il a écrites localement sur le disque, calculer toutes les données qu'un nœud d'archive a écrites sur le disque. La différence est qu'un nœud complet élaguera l'état qui n'est plus le dernier/le plus récent. Vous ne pouvez pas interroger par exemple "quel était le solde ETH du compte X au bloc Y il y a environ 5 ans" à partir d'un nœud complet normal, tandis qu'un nœud d'archive répondrait à cette requête en une milliseconde.

Guide facile sur Ethereum Full Node Vs Archive Node by @0xZeeve

Cela dit, il est théoriquement possible de calculer la réponse à cette requête à partir des données qu'un nœud complet a écrites sur le disque (l'historique complet de la chaîne) mais peu de clients d'exécution prennent en charge cette fonctionnalité. Je pense qu'il est déraisonnable de penser que de nombreux utilisateurs, même sophistiqués, exécuteront un nœud complet/archivistique dans, disons, 10 ans, pour que cela soit une option raisonnable, nous devrions contraindre le débit L1 à des niveaux qui sont complètement déraisonnables lorsque nous pouvons obtenir beaucoup plus de débit sur L1 avec des compromis minimes. Lorsque la plupart des utilisateurs peuvent facilement vérifier de nouveaux blocs avec une preuve zk, je pense que c'est un compromis qui vaut la peine d'être poursuivi lorsque les avantages sont si importants.

Peut-être pouvons-nous obtenir des clients d'exécution capables de fonctionner efficacement sur HDD et rendre pratique le stockage même de centaines de téraoctets d'état archivé à relativement bas prix. Cela pourrait permettre aux utilisateurs qui, pour une raison quelconque, souhaitent archiver l'ensemble d'Ethereum de le faire, je sais qu'un des objectifs d'Erigon est de permettre à un nœud d'archivage complet d'être exécuté sur HDD.

Une nouvelle ère pour Ethereum

En fin de compte, l'avenir d'Ethereum sera façonné par les nœuds qui composent son réseau. En adoptant des nœuds sans état comme l'option la plus réaliste pour la plupart des utilisateurs, tout en restant pragmatique et en réalisant la valeur d'une forte présence de nœuds étatiques et complets/archives sur le réseau, nous pouvons créer un équilibre parfait entre la décentralisation, la sécurité et la scalabilité qui profite à tous les utilisateurs.

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