Verkle Trees Vs STARKs：以太坊无状态验证的两条最终路线哪一条更好？

随着数据存储和验证需求的增长，以太坊网络可能会走向无状态验证。联合创始人 Vitalik Buterin 为这一转变提出了两种解决方案——Verkle 树和 STARK。

虽然这两种方法都使得块验证更加高效和易于访问，但在安全性、效率和实施复杂性方面也存在着权衡。

作为 Verkle Trees 的替代品，STARK 的权重如何？

以太坊联合创始人 Vitalik Buterin发布了另一篇博文，解释该网络的未来发展。Buterin在这篇博文中重点介绍了无状态验证，即节点无需存储完整的以太坊状态即可验证区块。谈到 The Verge，他解释说，该博文之前旨在通过降低验证的计算要求来提高以太坊协议的效率。不过，他补充说，现在的目标是使用 SNARK 来验证区块链。

Verkle 树和 STARK都希望降低区块验证的计算要求。同时，简洁的非交互式知识论证 SNARK 也是以太坊未来的一部分。

Verkle 树将允许节点通过生成紧凑证明来验证以太坊区块，这将减少节点存储整个状态的需要。然而，Verkle 树在未来可能会面临量子计算的潜在限制。他认为，这项复杂的技术现在更加可行，可以完全跳过 Verkle 树。

与此同时，The Verge 有两个主要目标。第一是减少节点验证以太坊交易所需存储的数据量。第二是降低验证的计算要求，让移动设备和智能手表也能参与网络。

因此，无论以太坊采用哪种无状态验证方式（Verkle 或 STARK），其目标都是解决数据量不断增长的问题。Buterin 表示：“原始状态数据每年增加约 30 GB，各个客户端必须在其上存储一些额外的数据，才能有效地更新 trie。”

部署无状态验证如何简化节点设置

值得注意的是，以太坊数据规模的不断增长使得质押者难以设置和升级他们的节点。出于这个原因，Buterin 提倡通过无状态验证来解决这个问题，即让节点在不存储所有数据的情况下验证区块。该过程允许节点使用包含状态值和加密证明的见证来验证区块。然而，为了使无状态验证有效运行，以太坊当前的 Merkle Patricia 树结构需要被替换，因为它并不适合创建紧凑、易于验证的证明。

但是，由于无状态验证结合了 Verkle 树或 STARK，哪种方法对以太坊更有利？这两种方法各有优缺点。Verkle 树使用基于椭圆曲线的向量承诺，可创建紧凑证明，但仍可能容易受到未来量子攻击。它们也更容易在以太坊的当前架构下实现。另一方面，STARK 提供的证明大小更小（大约 100-300 kB，而 Verkle 为 2.6 MB），并且可能具有更快的证明时间。但是，它们需要更多的计算能力，并且尚未完全集成到以太坊的系统中。

以太坊不仅需要更快更高效地验证区块，还需要更高效地验证其他应用。它包括内存池、包含列表和轻客户端。据报道，所有这些用例都需要大量证明来验证账户余额和交易有效性等项目。因此，与 STARK 证明相比，可能会使用更简单的 Merkle 分支。Buterin 指出，Merkle 分支是可更新的，可能会带来优势。

与此同时，以太坊社区还需要完成剩余的工作。据 Buterin 介绍，EIP-4762 包括 gas 成本分析。它将指出改变无状态客户端的 gas 费用将如何影响以太坊。而且由于向无状态的转换很复杂，过渡过程也需要测试。 据报道，还需要分析新的 STARK 友好型哈希函数（如 Poseidon）的安全性，这些函数的测试较少。对新的哈希函数和 SHA256 等证明系统进行安全性分析也是至关重要的一步。

以太坊必须研究量子安全加密技术

Buterin 表示，Verkle、采用保守哈希函数的STARK和采用新哈希函数的 3 种算法各有利弊。他解释说，Verkle 树最适合部署，但并不具备量子抗性，而且在 SNARK 等高级系统中更难证明。

基于哈希的方法 (STARK) 可以为节点提供更快的同步时间，但该技术仍需要进一步开发和安全分析。Verkle 树还允许轻松更新（对于内存池和包含列表很有用），但对于某些高级加密证明 (SNARK) 来说更难使用。

为了解决这些权衡问题，Buterin 建议使用基于格的 Merkle 树作为量子安全替代方案。但是，将其集成到当前的以太坊结构中会很复杂。另一种选择是引入多维 gas 来分离平均情况和最坏情况之间的效率差距。这意味着多维 gas 可以让以太坊减少极端情况下所需的哈希值数量。这样，以太坊就可以将状态根计算延迟到下一个块，并增加生成证明的可用时间。

以太坊可扩展性的路线将解决存储负担

Buterin 的博客还强调，EVM 的有效性证明目前面临着安全性和证明时间方面的挑战。以太坊的可扩展性和去中心化挑战还伴随着解决证明生成的挑战。EIP-4444 建议实施无状态验证和历史记录过期，以减轻客户端的数据存储负担。除此之外，当前的有效性证明需要优化以提高速度和效率。Buterin建议采用并行化和使用先进硬件等策略来帮助加速这一过程。

Verge 将是以太坊的一次转型，专注于无状态性和高效验证。据报道，STARK 友好性对于 PoS 网络的其他几项升级至关重要，有助于其扩展。无论还存在哪些挑战，实施这些技术也存在权衡。

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