八千字说透状态爆炸，并带你认识下一个「价值存储（SoV）」投资标的

最近有个朋友在群里问我，CKB 如何解决状态爆炸问题？

我一看这个问题，很专业啊。单从状态爆炸这个词，就不是一般人所知道的，他还更进一步，问如何解决状态爆炸的问题。

看来这个群友对别的公链确有研究，也知道如果某条链上的状态爆炸问题得不到解决，它将难以持续发展。

要回答好这个问题，其实不简单：让一个人明白不难，让更多的人读懂不易。

这篇文章，一休哥就给读者朋友们说一下状态爆炸相关的问题。我们从状态、节点、状态爆炸三个概念入手，再展开说状态爆炸带来的问题，最后回到这位群友的问题上：CKB 如何解决状态爆炸的问题。这也算是给这位群友一个正式的回答。下面是内容提要：

我们开始吧。

1、什么是状态？

你有没有用过存折？

这算是“古董”了，是银行卡普及之前的产物，可能年长的读者用过这东西。如果你用过，应该还记得，当你每次去窗口存一笔钱时，银行柜员就会在存折上面打印出一行：曾几何时，存入多少金额，余额多少；你取出一笔，当银行柜员把存折交还给你的时候，你发现多了一行：某年某月某日，支取了多少现金，余额多少。

这就是银行最基础的一个交易流水。你的账户在什么时候，存了多少钱、取走了多少、里面还剩多少钱。这些数据中，我们可以从时间维度分为两类：

当前数据，我们称为状态！。历史数据与当前状态的汇总，它就形成了账本。

传统账本的数据只由中心化机构来托管，比如银行、深交所、上交所，由这些中心化集权机构来存储，它是一个黑箱的，不透明的，是一个单点的系统。

随着银行卡、手机的普及，现在手机银行都普及了，我们的交易也都在手机上进行。但银行账本的记账方式、存储方式来看，本质还是没变。

我们现在用手机银行，还有一个习惯，就是时不时地，要查看账户的历史明细，看看钱都去了哪里了。这就要求银行要把这些历史状态数据要保存下来，才有得查。

不过银行每天面对的客户可不是你我几人，它们每天服务的是数以千万级别，甚至是数量上亿的客户，每天都会产生数以亿计的海量交易。日复一日，这些状态数据会越来越大，银行得增加大量的数据库存储设备，才能将旧的状态数据备份起来。

但要保存所有历史数据这代价太大了，有多少人会去翻 10 年前的一笔旧账？所以我们会看到，有的银行只能查最近 6 个月的交易明细，再往前的数据，不存了。也正是因为它是单点的系统，数据删了，我们就没办法通过别的渠道途径来查询历史数据了。

区块链也是一个账本，这个账本里面记录什么东西？还是状态！你的钱包里面有多少 Token、你什么时候，给谁转了多少 Token、目前转账的进度如何、对方什么收到了没有、你的 Token 的流向信息，这些都可以用状态来泛指。这像不像银行里的流水账？

不过区块链这个账本与传统的银行账本不同，它是透明的，任何人都可以查看的（在这里我们只聊公有区块链，不说联盟链、私有链）；它还有一个特点是一旦一笔交易上链了，它就不能被篡改，也不能被删除。所以我们能很方便地查到历史交易记录。

区块链这个账本不再是由一个集权机构来保存这些状态数据，而是由全球成千上万个设备来保存，这些设备我们称之为节点（nodes）。

2、全节点越多，网络越安全

节点 （nodes）是区块链网络的的主心骨，担任着交易确认和广播的工作。它们通过历史数据，再结合一定的共识规则，去验证新的交易是否有效，是否该保存这笔交易。

下面我们以比特币为例，来对节点的作用展开来说。其它公链亦是同理。

早期比特币的所有节点都是完整节点。但随着比特币的发展，为满足不同的需求，出现了新的节点类型，常见的比特币节点有两种：完整节点和 SPV 节点。

完整节点 （Full node，或称为全节点）是下载了最新最完整的比特币区块链的节点，可以独立完成交易确认和交易广播，它是支撑着比特币转账交易的核心力量。全节点可使区块链参与者独立验证链上状态/历史记录，并通过拒绝无效区块来让网络的矿工或验证者承担责任。

完整节点包括矿工（Miner）和比特币核心（Bitcoin Core）客户端（默认同步完整区块） 。

矿工（Miner）是具备挖矿能力的节点，可以通过解决指定算法难题来争夺出块资格，从而：
·获取新的比特币
·收取交易手续费。

比特币核心是比特币的开源客户端。最初由中本聪以“Bitcoin”命名，后改为“Bitcoin Core”。 该软件会验证整个区块链曾经做过的所有交易，并默认可用于转接资金。

比特币开发者，常建议用户使用完整节点。因为，运行完整节点是对比特币网络很好的支持，完整节点越多，比特币网络就越安全。

如果没有人运行完整节点了，比特币网络会瞬间崩塌。*其他区块链亦如此。*

3、状态爆炸

前面铺垫了这么多，终于聊到状态爆炸这个问题上来了。

什么是状态爆炸？

无论是前面提到的银行交易流水，还是区块链的状态数据，都会面临一个相同的问题：随着交易的日益增多，这些状态数据会越来越大，尤其是当应用增多、大量用户涌入后，这个数据会呈指数级的增长。

就像吹气球一样，你刚开始吹的时候，气球不会有太大变化，但随着不断往里面输送气体，越到后面它膨胀得越快，如果你不控制进气的速度，很快：

这就是状态爆炸。

银行怎么解决状态爆炸的问题？删数据啊，只保留最近 N 个月的交易流水。对于银行这样的中心化账本来说，状态爆炸问题影响到的只有自己系统的存储硬件而已，要么扩容增加存储设备，如果不想再扩容，删掉旧数据就腾出了新的空间了。

但区块链里，状态爆炸的问题就会让事情变得异常复杂。

4、状态爆炸带来的连锁反应

先来看一组数据，下图是比特币自面世以来的链上数据大小，目前已经超过 300 G。

从https://statoshi.info/dashboard/db/unspent-transaction-output-set看，比特币网络的状态大小只有大约3.8G（由~6800万个UTXO组成）。

再来看看以太坊的数据。下图是来自https://etherscan.io/chartsync/chaindefault（中文站：https://cn.etherscan.com/chartsync/chaindefault）的统计数据：

其中有两条曲线，一条是 GETH 客户端的，这个是个命令行的客户端，主要是用于挖矿；另一条是 OpenEthereum 客户端——也即前以太坊客户端 Parity 改名而来，可视化操作的客户端。

从这个表中我们得到以下数据：
1）以太坊在 2019 年 7 月 14 日更新了 GETH客户端版本后，全节点数据从 151 G ，到 2020 年 12 月 6 日，这个数据量增长到了 578 G，以 25 G/月的增速在增长，每天新增接近 1 G 的数据。
2）相同时期内，OpenEthereum客户端同步全节点的数据从 183 G 增加到 351 G，以每月接近 10 G 的增速在增长。

5、状态爆炸带来什么样的连锁反应？

现有的区块同步方式是，当区块链网络中有新节点加入时，需要从创世块开始执行区块链状态同步，同步除创世块外的所有区块，通过执行各个区块的交易，将自身状态变迁到最新，此期间无法处理任何交易。

在这个区块同步过程中，开销主要来自：同步区块所需的带宽开销、重新执行交易逻辑的开销、重新计算前缀树的开销，数据写入磁盘的开销。这几个开销所需要的资源可以归总为：带宽、CPU、内存、存储容量。全节点要想跟上区块链的发展，必须具有足够的计算吞吐量（CPU、内存）来验证交易，足够的带宽吞吐量来接收交易，以及足够的存储容量来存储整个全局状态。因此，状态越大会越降低交易处理速度，并增加全节点的运营成本。

公有链面临的最大长期威胁之一，是由于全节点的运行成本增加，从而节点数量减少，网络的参与者被迫需要依赖专业运营商（比如 Infura）来提供历史记录和当前状态，这会破坏开放和无需许可区块链的基础信任模型。

下图是来自https://cn.etherscan.com/nodetracker的节点统计数据，最近以太坊上的节点数不到 4000，30天环比下降 16%。

遗憾的是 etherscan 上只能查看最近一个月的节点数据（；?д｀）ゞ，我们无法看到从2015年至今，以太坊上的节点数的统计曲线。不过我们可以从一些历史文章看到这部分数据：2017 年 5 月 31 日，以太坊在启动不到两年的时间里，就有接近 2.5 万个全节点。

对比这两个数据，可以看出，状态爆炸会导致运行全节点的成本增加，从而阻碍了全节点的加入，这不非一个猜测，更不是危言耸听。

于是我们看到，越来越多的人依靠专业运营商来提供接入以太坊的服务， Infura就是一个可以让你的 DAPP 或者交易所快速接入以太坊的平台，不需要本地运行以太坊节点。它是中心化的服务集群。

一切都看似很稳定，但这个局面在上个月（2019 年 11 月 11 日）被打破了：多名投资者反应，加密货币交易所币安、Upbit、Bithumb 等多个交易平台疑似暂停 ETH 以及 ERC20 代币充提服务。

运行旧版本 GETH 节点的服务商发现，自己陷入了一条少数群体参与的分支区块链，随后，所有依赖于它们的应用产生了连锁反应。

当时，大多数用户是在 Infura API 宕机后才意识到这个问题的，Infura 是以太坊网络上最大的节点提供商，其为一些最常用的 Web3.0 应用（例如 Metamask 、Uniswap、借贷平台Compound ）以及中心化交易所（例如币安）提供工具和基础设施。

这是一个中心化的服务，它却充当了我们去中心化系统的一个看门人。

Infura 事件证明了这是一种不健康的依赖，也清楚地表明了这种依赖可能产生的潜在危害。

这种潜在的危害，究其根源，正是由于状态的增长没有控制好导致的， Nervos 首席架构师 janx 对这个事件给了一针见血的评论：

5. CKB 如何解决状态爆炸的问题？

解决状态爆炸问题也是 Nervos CKB 的设计目标之一，为此 CKB 走了一条完全不同的、更为彻底的变革之路。

Nervos CKB 的原生代币「Common Knowledge Byte」， 缩写为 CKByte。CKByte 允许代币持有者占用区块链的总状态存储的一部分。例如，我持有 1500 个 CKByte，那么就创建一个容量为 1500 字节的存储单元（术语叫 Cell ），或者总容量为 1500 字节的多个存储单元。

更进一步，我们用更直观的方式。我们假定，某一时刻 CKB 网络上只有一休哥、史迪仔、知县大人三个人，上面这个图，你可以想象成某一时刻网络中所有 CKB 的状态：

那现在我问你，上图中的这一时刻，CKB 网络中总状态存储空间为多大？

答案是我们三个人持有的 CKB 总和：知县 4000 CKB + 史迪仔 2000 CKB + 一休哥 1500 CKB = 7500 CKB = 7.5 K Byte（字节）。这个大小是什么概念？这相当于一篇 2500 字的文章所占的磁盘空间大小。

Nervos CKB 通过原生代币的发行制度来限制状态增长，让全节点的参与门槛保持较低的水平，并且确保去中心化。

Nervos CKB 的创世区块总量为 336 亿 CKB，其中 84 亿将立即被销毁。之后的 CKByte 发行包括两个部分——基础发行和二次发行。CKByte 的基础发行部分总量有限（336 亿 CKByte），发行规则类似于比特币。

基础发行部分的区块奖励大约每四年减半一次，直到发行完毕。所有的基础发行都将发放给矿工，作为保护该网络的奖励。二级发行的固定发行速率为每年 13.44 亿 CKByte，其目的是为状态存储空间的占用征收机会成本。基础发行停止后，将只会有二级发行。

Nervos CKB 包含一个称为 NervosDAO 的特殊智能合约，它的作用是抵御二级发行所带来的通胀影响。CKByte 持有者可以将代币存入 NervosDAO，并获得一部分二级发行的代币，这完全抵消了二级发行的通胀影响。对于长期代币持有者而言，只要他们将代币锁定在 NervosDAO 中，二级发行的通胀效应就只是名义上的。由于抵消了二级发行的影响，将 CKByte 存在 NervosDAO 的持有者实际上就如同持有了像比特币那样有硬顶的代币。

因此，CKB 网络中，通过按空间付费的经济模型，其状态可以很好地控制：我此前计算过，20 年后最多达到 80 G 的有限共识存储空间，这个存储空间，对于普通用户来讲，同步全节点不是门槛。注：CKB 官方钱包 Neuron 就是全节点客户端钱包。

6、结论

很多区块链使用「一次付费，永久存储」的模式来保存状态，这会面临一个「公地悲剧」的问题，从而引发状态爆炸。如果你打开你的以太坊钱包，你会看到躺着多个空气币，这些大多在 2018 年发行的，发行方将这些空气币（通过工具）分发到数以万记的地址上。发币的成本是很低的，至今这些空气币依然在链上，成千上万的节点不得不为同步并保存这些数据付出巨大的代价。

Nervos CKB 设定了状态存储空间的上限（也即 CKB 的发行量相同），并对链上的存储进行收费，鼓励用户清除不需要的状态存储。设定有限的状态存储空间，能够保证全节点参与的门槛维持在较低的水平上，这样节点也可以在低成本的硬件上运行。大量全节点的参与增强了去中心化，进而提高了安全性。一个安全的区块链网络会吸引开发者、用户进来。

由于 Nervos CKB 上存储数据（合约、代币或其它数据）是需要 CKB 的，当生态发展起来时，CKB 的需求会增多：在 CKB 网络上的项目，它们发行 UDT（自定义代币，相当于以太坊上的ERC20）时，会将 Token 分发给其用户，而用户想要接收这个 Token ，其账户余额必须要大于 142 CKB，用于存储这个 Token。

就拿项目方给其用户空投来举例，项目方可以为其用户支付这笔费用，以确保空投能到达用户钱包；这个费用也可以由用户来承担，项目方将 Token 转到某个地址，让用户选择是否接收这个空投，若用户觉得这个 Token 有价值，在确认账户余额满足要求后，再去接收。

这带来一个有趣的现象：CKB 需求的增加，带来 CKB 价格的上涨，这时如果项目方想在 CKB 网络上做空投（项目方用户的存储买单这种形式），其成本会增加。这会让项目方思考，自己的 Token 是否有价值，是否值得花重金去分发自己的 Token 让更多人持有，以避免出现「料不抵工」的结果。因为用户是可以释放这些 Token 的状态存储的，其动机是，释放掉低价值资产所占用的存储，他们将收到相当于其数据占用状态大小（以字节为单位）的 CKByte，拿UDT来说，是 142 CKB。

由于用户不愿意占用自己的 CKB 来存储那些没价值的资产，从而无价值的资产将会被淘汰，实现「良币驱逐劣」，最终，存储在 CKB 网络上的，将是更有价值的资产，而 CKB 网络，也将依赖其安全性，成为用户「价值存储（Store of Value）」的不二选择。

今天，我给你留两道思考题：
1、文中我说，20年后 CKB 网络上的状态空间最多为 80 G，你知道是怎么计算出来的吗？欢迎你在留言区写下你的公式，最好有说明；
2、读完本文，你是否对状态爆炸、CKB 又有了新的认识呢。欢迎你在留言区写上你的读后感。
我将从留言区选出至少 6 个评论，分别给予 888 KEY给予奖励。上一篇文章的精彩评论奖励已发放，下面我贴上他们的评论，也供你参考：

如果你觉得这篇文章有用，欢迎转发给对状态爆炸问题还不了解的朋友，以及想要了解 CKB 的朋友。无论你是现在（2020/12/07）看到这篇文章，还是未来的你看到这篇文章，我都希望能对你有所帮助。

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参考文献：
[1]stopanddecrypt，2018，The Ethereum-blockchain size has exceeded 1TB, and yes, it’s an issue
[2]janx，2019，区块链与状态爆炸
[3]Nervos，2019，Nervos Network 定位白皮书
[4]一休哥，2019，八千字长文告诉你，为什么Nervos是公链的小甜甜？

一休哥

2020/12/07，于广州，发文时CKB价格：$0.0044

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编译者/作者：一休哥

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