Verkle树与STARKs：哪种是通往以太坊无状态验证的终极路线更好？

作者

Shraddha Sharma 4 分钟阅读发布于 23月 2024日更新于 7月 2026日

以太坊正朝着无状态验证迈进，以减少数据存储。
Verkle 树为区块验证提供紧凑的证明，降低了存储需求。
STARKs 提供的证明比 Verkle 树更小、更快，但需要更多的计算能力。

随着数据存储空间和验证需求的增长，以太坊网络可能会向无状态验证迈进。联合创始人Vitalik Buterin提出了两种过渡解决方案——Verkle树和STARKs。

虽然这两种方法都使区块验证更高效且易于访问，但在安全性、效率和实现复杂性方面存在权衡。

如何 STARKs 作为Verkle树的替代方案如何？

以太坊联合创始人Vitalik Buterin有发布了另一篇博客来解释网络的潜在未来。 Buterin在这篇博客中专注于无状态验证，其中节点可以在不存储完整以太坊状态的情况下验证区块。谈及The Verge，他解释说它是早些时候旨在通过打造降低验证的计算要求低. 使以太坊协议更高效。 now 然而，他补充说目标是使用SNARKs来验证链。

Verkle树和STARKs这两种方式都旨在降低区块验证的计算要求降低。同时，SNARKs——简洁的非交互式知识论证——也是以太坊未来的一部分。

Verkle树将允许节点通过生成紧凑的证明来验证以太坊区块，从而减少节点存储整个状态的需求。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具可行性，甚至可能完全跳过Verkle树。

与此同时，The Verge有两个主要目标。首先是减少节点验证以太坊交易所需存储的数据量。其次是使验证的计算要求低至甚至移动设备和智能手表也能参与网络。

以太坊的The Verge

因此，无论以太坊采取哪种无状态验证路线——Verkle或STARKs——目标都是解决日益增长的数据规模问题。Buterin表示：“原始状态数据每年增加约30 GB，各个客户端必须存储额外的数据，以便能够高效更新树结构。”

部署无状态验证如何简化节点设置

值得注意的是，对以太坊数据规模的由于这一原因，Buterin提倡峰会无状态验证以解决此问题，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，为了使无状态验证高效运作，以太坊当前的Merkle Patricia树结构需要被替换，因为它不适合创建紧凑且易于验证的证明。

但随着无状态验证引入Verkle树或STARKs，哪种路线对以太坊更好？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，生成紧凑的证明，但仍可能容易受到未来量子攻击。它们也更容易与以太坊的当前架构集成。另一方面，STARKs提供更小的证明大小——约100-300 kB，而Verkle为2.6 MB——以及可能更快的证明时间。然而，它们需要更多的计算能力，并且尚未完全集成到以太坊系统中。

以太坊不仅要提高区块验证的速度和效率，还要提高其他应用的速度和效率。这包括内存池（Mempools）、包含列表（Inclusion Lists）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，可能会使用更简单的Merkle分支而不是STARK证明。Buterin指出，Merkle分支是可更新的，可能具有优势。

与此同时，以太坊社区需要也导航剩余的工作。根据Buterin的说法，这包括与EIP-4762的gas成本分析。它将记录无状态客户端的gas费用变化对以太坊的影响。而且由于向无状态转换很复杂，过渡过程也需要进行测试。还有据报道需要分析新的STARK友好型哈希函数（如Poseidon）的安全性，这些函数则测试较少. 对新哈希函数和SHA256等证明系统进行安全性分析也是一个关键步骤。

以太坊必须关注量子安全密码学

根据Buterin的说法，3 算法Verkle、 STARK 以及保守哈希函数和新哈希函数之间存在权衡。他解释说，Verkle树是最适合部署的，但不抗量子，并且在SNARKs等高级系统中更难证明。

基于哈希的方法（STARKs）可以为节点提供更快的同步时间，但该技术仍需更多开发和安全分析。Verkle树也允许轻松更新（对内存池和包含列表有用），但在某些高级加密证明（SNARKs）方面更难处理。

为了应对这些权衡，Buterin提出了基于格的Merkle树成为一种量子安全的替代方案。然而，将其集成描述到当前的以太坊结构中将是复杂的。另一个选择是引入多维gas，以区分平均情况和最坏情况之间的效率差距。这意味着多维gas可能允许以太坊减少极端情况下的哈希数量。通过这种方式，以太坊可以将状态根计算推迟到下一个区块，并增加可用生成证明的时间。