Verkle 树与 STARK：实现 Ethereum 无状态验证的两种最终方案，哪一种更好？

随着Ethereum网络的数据存储和验证需求不断增长，其网络可能会朝着无状态验证的方向发展。联合创始人 Vitalik Buterin 提出了两种解决方案来实现这一转变——Verkle 树和 STARK 算法。.

虽然这两种方法都能使区块验证更加高效便捷，但在安全性、效率和实现复杂性方面却存在权衡。.

STARK 模型作为 Verkle 树的替代方案如何 ？

Ethereum 联合创始人 Vitalik Buterin 发布了 一篇新的博客文章，阐述了以太坊网络的未来发展方向。Buterin 在这篇博客中重点介绍了无状态验证 ，即节点无需存储完整的 Ethereum 状态即可验证区块。他提到了 The Verge，并解释说， 早期的 目标是通过降低验证所需的计算量来提高 Ethereum 效率 以太坊 协议 。然而，他补充说，现在的 目标 是使用 SNARK 进行区块链验证。

Verkle树和STARKs都旨在降低 区块验证的计算需求 。同时，SNARKs（简洁的非交互式知识论证）也是 Ethereum未来发展的一部分。

Verkle树允许节点通过生成紧凑的证明来验证 Ethereum 区块，从而减少节点存储完整状态的需求。然而，Verkle树未来可能会受到量子计算的限制。他认为，目前量子计算技术更加成熟，Verkle树或许可以完全被淘汰。.

与此同时，The Verge 有两个主要目标。第一个目标是减少节点验证 Ethereum 交易所需存储的数据量。第二个目标是将验证所需的计算量降至极低，使移动设备和智能手表也能参与到网络中来。.

因此，无论 Ethereum 采用哪种无状态验证方案——Verkle 还是 STARKs——其目标都是为了解决 数据量的问题。Buterin 指出：“原始状态数据每年增加约 30 GB，而各个客户端必须额外存储一些数据才能高效地更新 trie 树。”

部署无状态验证如何简化节点设置

值得注意的是， 规模的 Ethereum使得质押者难以设置和升级节点。 数据不断增长因此 ，Buterin提倡 采用 无状态验证来解决这个问题，允许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行， Ethereum当前的Merkle-Patricia树结构需要被替换，因为它并不利于创建紧凑且易于验证的证明。

来说，哪种方案更合适呢 Ethereum？两种方法各有优劣。Verkle 树使用基于椭圆曲线的向量承诺，可以生成紧凑的证明，但仍然可能容易受到未来量子攻击的影响。此外，Verkle 树也更容易在 Ethereum当前的架构中实现。另一方面，STARK 可以提供更小的证明大小——大约 100-300 kB，而 Verkle 树则需要 2.6 MB——并且证明速度可能更快。然而，STARK 需要更高的计算能力，并且尚未 完全集成 到 Ethereum的系统中。

Ethereum 不仅需要提升区块验证的速度和效率，还需要提升其他应用场景的运行速度和效率。这些应用包括内存池、包含列表和轻客户端。据报道，所有这些用例都需要大量的证明来验证账户余额和交易有效性等信息。因此，相比STARK证明，更简单的Merkle分支可能更合适。Buterin指出，Merkle分支是可更新的，这可能带来优势。.

与此同时， Ethereum 需要 社区还 处理剩余的工作。据 Buterin 称，这包括使用 EIP-4762 进行 gas 成本分析。该分析将探讨更改无状态客户端的 gas 费用会对 Ethereum。 产生何种影响由于 向无状态架构的切换十分复杂，因此过渡过程也需要进行测试。据报道，还 需要分析一些测试较少的、 符合 STARK 协议的新型哈希函数（例如 Poseidon）的安全性 。 对 SHA256 等新型哈希函数和证明系统进行安全分析也是至关重要的一步。

Ethereum 将不得不考虑量子安全 密码学。

Buterin指出，Verkle算法、 采用保守 哈希函数的STARK算法以及采用 新型哈希函数的STARK算法各有优缺点。 他解释说，Verkle树最易于部署，但缺乏量子抗性，并且在SNARK等高级系统中更难验证。

基于哈希的方法（STARK）可以加快节点同步速度，但这项技术仍需进一步开发和安全分析。Verkle 树也便于更新（适用于 内存池 和包含列表），但对于某些高级加密证明（SNARK）来说，使用起来比较困难。

为了应对这些权衡取舍，Buterin 提出基于格的默克尔树 作为 一种量子安全的替代方案。然而，将 其集成 到当前的 Ethereum 架构中将十分复杂。 另一种选择是 引入 多维 gas 来缩小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 Ethereum 在极端情况下减少所需的哈希次数。如此一来， Ethereum 时间 可以将状态根的计算延迟到下一个区块，从而增加 生成证明的可用。

通往 Ethereum 可扩展性的道路将解决存储 负担问题

Buterin 的博客还强调，以太坊虚拟机 (EVM) 的有效性证明目前在安全性和 证明器运行 时间方面面临挑战。 Ethereum的可扩展性和去中心化挑战也与 证明生成方面的难题息息相关 。EIP-4444 建议实现无状态验证和历史记录过期机制，以减轻客户端的数据存储负担。 此外 ，当前的有效性证明也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 来加速这一过程。

The Verge 将为 Ethereum，其核心在于无状态性和高效验证。据报道，为了实现 PoS 网络的可扩展性，STARK 兼容性对于其他几项升级也至关重要。 带来变革尽管 仍存在挑战，但实施这些技术也必然会带来一些权衡取舍。