EIP-1682: 存储租金

摘要

本 EIP 描述了一种对状态中的数据收费，以及“存档”不再被支付的数据的方案。它还描述了“存档”数据如何恢复。

动机

以太坊区块链以目前的形式是不可持续的，因为它会无限增长。任何区块链都是如此，但以太坊的增长速度超过大多数链。存在许多减缓增长的实现策略。一种常见的策略是“状态修剪”，它会丢弃历史状态，仅保留合约数据的活动副本和一些最近的版本，以处理短程链重组。一些实现还采用压缩技术来尽可能地保持活动状态副本的大小。

即使应用了高级存储优化，今天参与共识的完整节点也需要存储大量数据。未来的存储需求是无限的，因为按照协议规定，存储在合约中的任何数据都必须永久保留。本 EIP 试图通过添加新的共识规则来纠正这一点，这些规则对以太坊状态的大小设置了上限。

添加这些新规则会改变系统的基本保证，并且需要进行硬分叉。以太坊用户已经为创建和修改账户及其存储条目付费。在本 EIP 引入的规则下，用户还必须付费以保持账户可访问。类似的租金方案在 EIP-103 中提出，但即使在当时也被拒绝，因为该提案会扰乱人们的期望。作为以太坊的实施者，我们仍然认为状态租金是以太坊区块链长期可持续发展的正确道路，并且其不良影响可以通过链下工具和谨慎的设计来克服。

规范

随时间存储账户的成本称为 rent（租金）。应付的 rent 金额取决于账户的大小。用于支付 rent 的 ether（以太币）会被销毁。每当账户被触及时，就会扣除 rent。

rent 可以从账户的常规 balance（余额）或从其“rent balance”（租金余额）中支付。可以通过新的 EVM 操作码为账户提供 rent balance。收取 rent 时，首先从 rent balance 中扣除。当 rent balance 为零时，则从账户的常规 balance 中扣除。

分离 balance 和 rent balance 的原因是某些合约不接受 ether 发送，或者总是将整个余额发送到其他目的地。对于这些情况，需要单独的 rent balance。

当账户的 balance 不足以支付租金时，该账户将变为 inactive（非活跃）。其存储和合约代码将被移除。非活跃账户无法与之交互，即它的行为就像没有合约代码一样。

可以通过重新上传其存储来恢复非活跃账户。要恢复非活跃账户 A，需要创建一个新的账户 B，其中包含任意代码，并使用 SSTORE 操作修改其存储，直到它与 A 的存储根匹配。账户 B 可以通过 RESTORETO 操作码恢复 A。这意味着恢复账户的成本相当于通过连续的 SSTORE 操作重新创建它。

状态的变更

在顶层，向账户 trie 添加了一个新的键 size。此键跟踪所有账户（包括存储 trie 节点）中的 trie 节点总数。为了跟踪租金，账户条目的结构也发生了变化。

在处理此 EIP 生效的区块之前，客户端会迭代整个状态一次，以计算 trie 节点的数量并将所有账户的表示形式更改为新格式。

账户表示

account = [nonce, balance, storageroot, codehash, rentbalance, rentblock, storagesize]

每个账户都有三个额外的属性：rentbalance、rentblock 和 storagesize。

rentbalance 字段跟踪账户可用的 rent balance 金额。在自毁时，任何剩余的 rent balance 都会转移给受益人。对账户的任何修改都会重新计算其当前的 rent balance。

rentblock 字段跟踪上次重新计算 rent balance 的区块号。创建时，此字段将使用当前区块号进行初始化。每当修改账户时，rentblock 也会使用当前区块号进行更新。

storagesize 字段跟踪与账户相关的存储量。它是一个包含当前设置的存储槽数量的数字。非活跃账户的 storagesize 为零。

收取租金

有一个新的协议常量 MAX_STORAGE_SIZE，它指定了状态树节点的数量上限：

MAX_STORAGE_SIZE = 2**32 # ~160GB 的状态

每个区块的“存储费用因子”由此常量得出，因此费用会随着接近限制而增加。

def storagefee_factor(block):
    ramp = MAX_STORAGE_SIZE / (MAX_STORAGE_SIZE - total_storage_size(block))
    return 2**22 * ramp

处理一个区块时，在处理完交易后，会从该区块中交易修改的所有账户中扣除 rent。每个账户应付的金额基于该账户的存储大小。

def rent(prestate, poststate, addr, currentblock):
    fee = 0
    for b in range(prestate[addr].rentblock+1, currentblock-1):
        fee += storagefee_factor(b) * prestate[addr].storagesize
    return fee + storagefee_factor(currentblock) * poststate[addr].storagesize

def charge_rent(prestate, poststate, addr, currentblock):
    fee = rent(prestate, poststate, addr, currentblock)
    if fee <= poststate[addr].rentbalance:
        poststate[addr].rentbalance -= fee
    else:
        fee -= poststate[addr].rentbalance
        poststate[addr].rentbalance = 0
        poststate[addr].balance -= min(poststate[addr].balance, fee)
    poststate[addr].rentblock = currentblock

新的 EVM 操作码

PAYRENT <amount> <addr>

在任何时候，都可以通过 PAYRENT 操作码来增加账户的 rent balance。PAYRENT 从执行操作码的账户中扣除给定的 ether 金额，并将其添加到指定为受益人的地址的 rent balance 中。

任何参与者都可以为任何其他参与者支付租金。

Gas 成本：待定

RENTBALANCE <addr>

可以通过 RENTBALANCE 操作码来查询帐户的rent balance。它将给定地址的rentbalance字段推送到堆栈。

Gas 成本：类似于 EXTCODEHASH。

SSIZE <addr>

此操作码将给定帐户的 storagesize 字段推送到堆栈。

Gas 成本：类似于 EXTCODEHASH。

RESTORETO <addr> <codeaddr>

此操作码恢复给定地址处的非活动帐户。这有点像 SELFDESTRUCT，但具有更具体的语义。

addr 处的帐户必须为 inactive（即具有 storagesize 零），并且其 storageroot 必须与执行 RESTORETO 的合约的 storageroot 匹配。codeaddr 指定从中获取代码的合约的地址。codeaddr 帐户的代码必须与 addr 的 codehash 匹配。

如果满足所有这些前提条件，则 RESTORETO 会将执行操作码的帐户的存储转移到 addr，并将其 storagesize 重置为存储的完整大小。addr 的代码也会被恢复。RESTORETO 还会将任何剩余的余额和租金余额转移到 addr。执行 RESTORETO 的合约将被删除。

Gas 成本：待定

理由

为什么我们需要单独的租金余额？

帐户需要单独的租金余额，因为某些合约是不可支付的，即它们拒绝常规价值转移。此类合约可能无法维持自身运行，但是这些合约的用户可以通过为其支付租金来保持它们的运行。

拥有额外的余额也使代表用户持有余额的合约更容易。考虑典型的众筹示例，该合约在达到一定余额后会更改行为，并跟踪各个用户的余额。从合约的主要余额中扣除租金会弄乱合约的帐户，如果未达到阈值余额，则使其无法准确地偿还用户。

为什么需要恢复？

以太坊提供的基本保证之一是只有合约本身才能更改合约存储，并且存储将永久存在。如果您在合约中持有 token 余额，您将永远拥有这些 token。通过添加恢复，我们可以一定程度上保持这一保证。

实现影响

拟议的更改试图适应现有的状态转换模型。请注意，没有在帐户无法支付租金时立即停用帐户的机制。用户必须触摸帐户以确保删除其存储，否则我们需要在辅助数据结构中跟踪所有帐户及其租金要求。

向后兼容性

待定

测试用例

待定

实现

待定

版权

在 CC0 下放弃版权和相关权利。

Citation

Please cite this document as:

Felix J Lange (@fjl), Martin Holst Swende (@holiman), "EIP-1682: 存储租金 [DRAFT]," Ethereum Improvement Proposals, no. 1682, November 2018. [Online serial]. Available: https://eips.ethereum.org/EIPS/eip-1682.