以太坊輕節(jié)點(diǎn)是什么？為什么說(shuō)輕節(jié)點(diǎn)是以太坊的關(guān)鍵參與者？

很多基于區(qū)塊鏈，P2P協(xié)議的項(xiàng)目都對(duì)其中的性能和吞吐量有所擔(dān)憂。這些項(xiàng)目在研發(fā)階段做了很多創(chuàng)新，但是很多人沒(méi)有考慮到這些協(xié)議其中的真正挑戰(zhàn)。

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

很容易就想象到運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)的大多數(shù)人是處于延遲的可信區(qū)間以及計(jì)算能力之間，但是很容易忘記大多數(shù)用戶需要和區(qū)塊鏈上的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行交互，其實(shí)是有障礙的。不幸地是，運(yùn)行全節(jié)點(diǎn)是非常昂貴和緩慢的，所以大多數(shù)用戶都依賴于“輕”節(jié)點(diǎn)，它們可以擁有全節(jié)點(diǎn)的安全性，而且不需要過(guò)多的資源需求。

以太坊的輕節(jié)點(diǎn)模型可以讓設(shè)備作為輕量化的RaspberryPi來(lái)加入網(wǎng)絡(luò)，下載區(qū)塊頭部作為顯示，同時(shí)只需要根據(jù)用戶需求，驗(yàn)證某些部分的狀態(tài)。特別是在以太坊網(wǎng)絡(luò)中，很容易就可以和這些擁有全節(jié)點(diǎn)的客戶端進(jìn)行滲透，從而通過(guò)RaspberryPi會(huì)比默克爾樹(shù)有更快的速度。

數(shù)字經(jīng)濟(jì)激勵(lì)并不足以來(lái)運(yùn)行全節(jié)點(diǎn)，因?yàn)橘Y源消耗能力造成了平衡分布網(wǎng)絡(luò)的瓶頸。很難去準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，網(wǎng)絡(luò)中全節(jié)點(diǎn)和輕節(jié)點(diǎn)之間的平衡?，F(xiàn)在已經(jīng)有很多關(guān)于如何平衡這些激勵(lì)的討論，并且讓用戶更容易來(lái)驗(yàn)證運(yùn)行全節(jié)點(diǎn)。

引進(jìn)輕節(jié)點(diǎn)：以太坊的關(guān)鍵參與者

輕節(jié)點(diǎn)背后的主要觀點(diǎn)，就是它能夠根據(jù)需求來(lái)獲得部分狀態(tài)，因?yàn)樗苯涌紤]用戶。假設(shè)一個(gè)誠(chéng)實(shí)的模型中，礦工正確地符合以太坊的規(guī)則，而且至少系統(tǒng)中的全節(jié)點(diǎn)是完全誠(chéng)實(shí)的。

他們基本的功能是下載區(qū)塊頭部作為網(wǎng)絡(luò)中的存在，然后根據(jù)被客戶端使用的某些狀態(tài)的默克爾證明來(lái)進(jìn)行發(fā)布。以太坊上的輕節(jié)點(diǎn)不會(huì)使用本地存儲(chǔ)，而是使用分布式哈希表格來(lái)跟蹤Trie節(jié)點(diǎn)。

假設(shè)以太坊狀態(tài)是通過(guò)大型默克爾樹(shù)來(lái)代表的，很容易使用默克爾根部，還有書(shū)上分支路徑的節(jié)點(diǎn)，來(lái)作為輕量化證明這部分信息的完整性。這就完全依賴于默克爾根部提供的信息是正確的。

輕量化客戶端的信息包含其中的，但是不限于檢查賬戶余額，驗(yàn)證轉(zhuǎn)賬確認(rèn)，從網(wǎng)絡(luò)中部署的部分合約中的事件簿等等。所有這些都可以通過(guò)默克爾證明驗(yàn)證來(lái)減少為次線性的復(fù)雜程度。當(dāng)區(qū)塊鏈上的數(shù)據(jù)已經(jīng)不可用了，或者證明在驗(yàn)證狀態(tài)轉(zhuǎn)賬因子的時(shí)候，證明不能夠合格?？蛻舳吮辉试S給P2P網(wǎng)絡(luò)中的其他用戶提供報(bào)警。

底層共識(shí)機(jī)制

目前的輕客戶端協(xié)議使用的是工作量證明共識(shí)算法，通過(guò)全節(jié)點(diǎn)在主鏈運(yùn)行。在工作量證明中，通過(guò)數(shù)學(xué)公式就可以驗(yàn)證區(qū)塊頭部是否有效。這個(gè)算法就很難計(jì)算，但是很容易去驗(yàn)證。

輕量化客戶端一旦啟動(dòng)，就會(huì)尋找最長(zhǎng)區(qū)塊頭部的鏈，攻擊者通過(guò)產(chǎn)生錯(cuò)誤頭部進(jìn)行欺詐的成本幾乎是不可能實(shí)現(xiàn)的。

底層算法會(huì)通過(guò)消耗電力的方式，來(lái)進(jìn)行工作量證明，從而保證網(wǎng)絡(luò)的安全，雖然驗(yàn)證區(qū)塊頭部是很高效的。

輕量化客戶端被用在工作量證明，因?yàn)閰^(qū)塊頭部是一直進(jìn)行驗(yàn)證的，但是我們并不會(huì)在權(quán)益證明中獲得同樣的保證。權(quán)益證明的輕客戶端：工作量證明真的需要嗎？

在權(quán)益證明中，輕客戶端的簡(jiǎn)單化問(wèn)題是區(qū)塊頭部并沒(méi)有和一定數(shù)量的“真實(shí)”區(qū)塊生產(chǎn)者聯(lián)系。那也就是說(shuō)，這個(gè)共識(shí)協(xié)議的清楚是在于對(duì)成員的懲罰震懾，而不是通過(guò)消耗電力來(lái)給他們獎(jiǎng)勵(lì)。在權(quán)益證明中，如果想運(yùn)行錯(cuò)誤的主鏈，會(huì)受到懲罰，但是在工作量證明中，如果挖錯(cuò)誤的鏈，就會(huì)產(chǎn)生分叉，而且沒(méi)辦法獲得主鏈的獎(jiǎng)勵(lì)。

權(quán)益證明提供協(xié)議內(nèi)置的機(jī)制，從而可以確切地確定區(qū)塊頭部。一旦這些頭部被信任了，他們所包含的數(shù)據(jù)就會(huì)呈現(xiàn)很復(fù)雜的對(duì)數(shù)，也就是說(shuō)，要從默克爾樹(shù)獲取節(jié)點(diǎn)。盡管如此，區(qū)塊頭部并沒(méi)有包含我們可以用來(lái)驗(yàn)證工作量證明解決方案的數(shù)值，使得驗(yàn)證至少是對(duì)數(shù)，而不是恒定的時(shí)間效率。

但是，我們至少可以在輕客戶端的同步效率更高。Vitalik曾經(jīng)說(shuō)過(guò)，友好的輕客戶端權(quán)益證明可以通過(guò)checkpoints 系統(tǒng)來(lái)完成。

Checkpoint的定義是一定數(shù)量的區(qū)塊，其中2/3的參與者必須要通過(guò)加密簽名達(dá)成同意，并且這類Checkpoint必須要包含前個(gè)Checkpoint的哈希值。在這個(gè)新型輕客戶端的同步中，只有Checkpoint可以下載，客戶端然后會(huì)驗(yàn)證參與者的簽名。這會(huì)降低必須下載單個(gè)區(qū)塊頭部的成本，就好像在工作量證明的輕客戶端模式中那樣。

但是，這個(gè)方法不會(huì)解決驗(yàn)證區(qū)塊頭部的問(wèn)題，所以對(duì)于權(quán)益證明協(xié)議會(huì)有個(gè)潛在方法，來(lái)包含一小部分的工作量證明，為了在輕客戶端中創(chuàng)建區(qū)塊頭部。