如何开发出好用的轻量级客户端？

大约 5 年前，我们开始构建 Trinity —— 以太坊网络上的新 “轻量级客户端”。那时候 GETH 刚刚发布了第一版 LES 协议，而我们曾心怀远大的梦想。

远大的梦想往往被现实所击倒。这些年来，我们得到了一些教训：

• EVM 计算从根本上来说是 “繁重的”。

• LES 如同茫茫沙漠，客户端就是沙漠中渴求数据的旅人。

• 同步并维护状态的难度过高。

• 区块链上的历史记录在绝大多数情况下是无用的，却是必不可少的。

• 核心以太坊协议在本质上对 “轻量级” 不友好。

• Python 太慢了。

我们的目标是远大的，方法是有缺陷的。现在是该从头再来的时候了。

访问以太坊协议

如果你想要与以太坊协议交互，摆在你面前的是两个选择：

1. 自己运行客户端。

2. 使用 Infura 等中心化提供商的服务。

上述两个选择可以满足大多数用例的要求，但是它们位于两个极端。以太坊客户端需要消耗大量磁盘空间，花费数小时乃至数天时间进行同步，而且对 CPU 和内存的占用通常很大。中心化提供商是一种简单可靠的方案，但是要以牺牲隐私性、安全性和去中心化原则为代价。

为什么我们不能有介于二者之间的第三种选择？互联网已经证明过很多次了了，在困难模式和简单模式之间，人们往往会选择后者。

• 自己托管邮件（难） vs. Gmail（易）

• 购买 DVD 或 CD（难）vs. 盗版（易）

• 盗版（难）vs. 流媒体（易）

• 自己运行以太坊节点（难）vs. Infura（易）

我想过采用隐私保护解决方案。然而，我的所有交易都是通过 MyCrypto 或 Metamask 完成的。这两款钱包都来自中心化提供商。它们都支持用户使用自己的节点，但是就现有的客户端来说，我认为这么做成本太高。如果我们想与这些中心化解决方案争夺市场份额，我们需要为用户提供更好的选择。

我们对客户端的要求是：

• 能够在资源有限的设备上运行（1 CPU / 1GB RAM / 磁盘占用量 lt;1GB）

• 公开标准 “钱包” 应用所需的 API

• 不需要同步

从用户的角度来说，我希望让客户端时刻保持运行，而不会影响我的设备的性能。我希望在离线一段时间后，再上线时无需等待客户端同步。

这就是我心中的 “圣杯”，是我舍命也要攀登的高峰。

钱包

我们这里讲的是如何为钱包构建一个完美的客户端。钱包无处不在，而且主要由中心化提供商支持。总的来说，钱包要满足以下需求：

• 追踪区块链的**区块

• 查看账户余额和 nonce

• 读取合约信息（如代币余额）

• 估算交易的 gas limit

• 发送交易

• 监控需要打包的待处理交易

大多数钱包都采用标准化的 ON-RPC API。根据上述需求转化成的 ON-RPC 端点如下所示：

• ETH_blockNumber用来追踪链首块

• ETH_getBalance和ETH_getTransactionCount用来查看账户信息

• ETH_call用来读取合约信息

• ETH_estimateGas用来估算 gas limit

• ETH_sendRawTransaction用来发送交易

• ETH_getTransactionReceipt表示交易已经被挖出

如果我们更深入分析该功能的必备条件，就会得到更低一级的需求：

• 访问账户和合约存储以支持ETH_call、ETH_estimateGas、ETH_getBalance和ETH_getTransactionCount

• 访问gossip网络来追踪链首块和ETH_sendRawTransaction

• 访问链上历史记录来获得ETH_getTransactionReceipt

因此，如果我们可以满足这些需求，就可以构建一个适合轻量级钱包的客户端，不需要同步，也无需牺牲隐私性和安全性。

如今的以太坊网络

目前，以太坊客户端可以在以太坊协议和 LES DevP2P 协议之间进行选择。

LES 协议采用服务器/客户端模。在该模中，数据会根据要求从服务器流向客户端。该协议不允许客户端通过任何有意义的方式返回数据，这点可以从协议状态看出。根据我的经验来看，LES 协议中的服务器和客户端在数量上严重失衡。运行服务器的成本很高，现有服务器的数量不足。这就导致 LES 变得不可靠，而且经常会变得完全不可用。

以太坊协议则另有缺陷。该协议很好地达到了目的，确保网络中所有的节点都尽可能地**了完整的历史记录和状态数据。这对客户端的要求很高。网络中的每个节点都必须保存完整的历史记录和状态。没有保存这些数据的节点不太可能保持健康的点对点连接，可能会在无法满足对等节点的数据要求时断开连接。

在本系列文章中，我们想要解构以太坊协议这一 “庞然大物”。该协议包含了我们理想的客户端类的所必备的一切功能。它的设计适合全节点和矿工，但是不适合我们所概述的轻量级客户端。

解构以太坊协议

让我们将目光转向以太坊协议……

我们需要解决这个问题。在与以太坊协议交互时，人们可选择的方式有限，而且高度依赖中心化提供商。当前的网络状态就预示了未来可能发生的情况。

我们构想了另一种适用于以太坊钱包的轻量级客户端。这一构想不只是一个想法，而是以实验、原以及我们对现有协议不断深入的认知为基础的。

我们正在研究的解决方案需要对核心以太坊协议进行一些修改，以便支持该用例。在该系列的下一篇文章中，我将概述需要修改和新增的部分，以及我们计划如何去实现它们。最重要的是，我将讲述我自己对这一新轻量级客户端的用户体验的期望。

原文链接:

https://snakecharmers.ETHereum.org/the-winding-road-to-functional-light-clients/

作者:Piper Merriam

翻译AMPL校对:闵敏 AMPL阿剑