Как работают модели выполнения: Stateful vs Stateless архитектуры

TL;DR

Безсостояниевое (stateless) выполнение: валидаторы не хранят полный состояние; они просто проверяют переходы с помощью криптографических свидетелей (witnesses).
Состояниевое (stateful) выполнение: каждый валидатор хранит и обновляет всё мировое состояние (традиционная модель основной сети Ethereum).
Stateless полагается на компактные доказательства (Verkle-деревья, STARK) и мощные слои DA.
Основной компромисс: значительно меньшие требования к оборудованию + лучшая децентрализация против большего размера доказательств и нагрузки на bandwidth.
Реальность сегодня: чистый stateless встречается редко; большинство модульных стеков используют stateless-выполнение + stateful DA/settlement (гибрид).
Ведущие примеры: Ethereum Verge (Verkle), Polygon AggLayer, роллапы на Celestia и lazy bridging.

Почему модели выполнения важны в 2025 году

Способ доступа и обновления состояния узлом блокчейна давно перестал быть деталью реализации — он стал одним из главных рычагов масштабирования и суверенитета в модульных дизайнах. По мере распространения роллапов, appchains и суверенных L2 архитекторам приходится решать: будут ли валидаторы хранить терабайты исторического состояния или проверять переходы состояния, никогда не сохраняя его локально.

Выбор между безсостояниевым и состояниевым выполнением напрямую влияет на децентрализацию, барьеры оборудования, затраты на доступность данных и кросс-чейн компонуемость.

Определение двух моделей

Состояниевое выполнение — классический подход

В модели с состоянием каждый полный узел поддерживает полную, актуальную копию всего мирового состояния (балансы аккаунтов, хранилище смарт-контрактов, хеши кода и т.д.). Когда предлагается блок:

Продюсер блока включает транзакции и новый корень состояния.
Каждый валидатор повторно выполняет все транзакции на своей локальной копии состояния.
Если полученный корень состояния совпадает с указанным в блоке, блок принимается.

Так работают Ethereum, Solana, BNB Chain и практически все монолитные L1. Преимущество — простота и мгновенная финальность запросов состояния: любой узел может ответить «какой баланс у адреса X?» без обращения к кому-либо ещё.

Недостаток очевиден в 2025 году: полный архивный узел Ethereum уже превышает 14 ТБ и продолжает расти. Даже обрезанные полные узлы требуют ~1 ТБ SSD и 32+ ГБ RAM, что делает их недоступными для большинства индивидуальных операторов.

Безсостояниевое выполнение

В безсостояниевой модели валидаторы не хранят мировое состояние локально. Вместо этого каждая транзакция (или батч) сопровождается данными-свидетелями — криптографическими доказательствами доступа к нужным срезам состояния (например, ветви Merkle в Patricia-деревьях или Verkle-доказательства).

Процесс валидации становится следующим:

Продюсер блока прикрепляет свидетели + транзакции + новый корень состояния.
Валидаторы проверяют корректность свидетелей относительно последнего принятого корня состояния.
Валидаторы повторно выполняют транзакции, используя только предоставленные данные-свидетели.
Если вычисленный новый корень состояния совпадает с заявленным в блоке — принять.

Ни один узел никогда не хранит больше нескольких недавних блоков состояния. Нагрузка перемещается с хранения на bandwidth и криптографическую верификацию.

Технические компромиссы на масштабе

Требования к оборудованию и децентрализация

Здесь stateless выигрывает с большим отрывом. Тестируемый сегодня stateless-клиент Ethereum на тестнетах Verge комфортно работает на мини-ПК за 300 долларов или даже на кластерах высококлассных Raspberry Pi 5. В противоположность этому запуск stateful-узла выполнения на большинстве L1 или L2 требует оборудования enterprise-уровня.

Реальные доказательства: лёгкие узлы доступности данных Celestia уже работают без состояния с <8 ГБ RAM, в то время как узлы выполнения Ethereum страдают от раздувания состояния.

Bandwidth и размер доказательств

Главный недостаток чистого stateless-выполнения всегда был в раздувании свидетелей. С устаревшим Merkle–Patricia Trie Ethereum один перенос ERC-20 обычно требует 1–3 КБ данных-свидетелей. Даже при 1000 TPS это превращается в десятки мегабит в секунду только доказательств, уже приближаясь к пределу практичности для stateless-клиентов.

Именно поэтому весь экосистемный забег сейчас направлен на Verkle-деревья и рекурсию STARK: оба сокращают свидетели в 20–30 раз и делают stateless-клиенты практичными при реальной пропускной способности.

Гарантии доступности данных

Stateless-клиенты безопасны ровно настолько, насколько надёжен базовый слой доступности данных. Если продюсер блока утаит часть свидетеля или дельту состояния, stateless-валидатор не сможет обнаружить мошенничество без полных данных.

Поэтому stateless-выполнение почти всегда сочетается с выделенным слоем DA (Celestia, Ethereum DAS после Prague, Avail). Сам слой DA остаётся состояниевым — он должен хранить и обслуживать данные, но валидаторы выполнения остаются лёгкими и безсостояниевыми.

Синхронная vs асинхронная компонуемость

Состояниевые роллапы (например, Arbitrum One до Atlas, цепи OP Stack) предлагают синхронную компонуемость: токен на одном роллапе можно использовать на другом в том же блоке, если они делят один слой settlement.

Stateless-дизайны склоняются к асинхронной компонуемости, потому что генерация и распространение доказательств состояния требует времени. Проекты вроде Polygon AggLayer и мостов Succinct SP1 решают это механизмами пре-конфирмаций и общими stateless-мостами.

Реальные реализации

Ethereum — roadmap The Verge (Verkle Trees)

Предстоящее обновление Ethereum «The Verge» заменяет Patricia Merkle-деревья на Verkle-деревья, сокращая размер свидетелей с килобайт до ~30–50 байт на слот хранения. EIP-6800 и EIP-7691 закладывают основу для полностью stateless-клиентов к 2026–2027 годам. После запуска любой сможет запускать полный валидирующий узел на ноутбуке, при этом проверяя всю цепь.

Celestia + роллапы — DA stateless, выполнение смешанное

Сама Celestia полностью безсостояниева для сэмплинга доступности данных. Роллапы, публикующиеся в Celestia (например, Doma, Movement), сегодня обычно запускают состояниевые узлы выполнения, но проекты вроде Eclipse и Citrus (SVM-роллап на Celestia) переходят к stateless SVM-клиентам с использованием STARK-доказательств и DA Celestia.

Polygon AggLayer — унифицированный stateless-мост

AggLayer реализует общий агрегатор stateless-доказательств. Отдельные цепи могут оставаться состояниевыми внутри, но кросс-чейн сообщения доказываются через stateless ZK-доказательства относительно унифицированного корня состояния. Это даёт безопасность единого общего слоя settlement без требования к каждому валидатору хранить состояние всех цепей.

Гибридные подходы — практическая середина

Чистое stateless-выполнение в продакшене по-прежнему редкость. Большинство команд выбирают один из трёх гибридных паттернов:

Состояниевое выполнение + stateless-верификация (например, boojum-прувер zkSync Era генерирует доказательства, которые может проверить любой stateless-узел).
Stateless-клиенты выполнения + состояниевые DA/settlement (модель Ethereum + Celestia).
Stateless-слой мостов поверх состояниевых цепей (AggLayer, Chain Signatures Near).

Эти гибриды захватывают большую часть преимуществ децентрализации, сохраняя затраты на доказательства управляемыми.

Взгляд в будущее

К 2027 году стандартным предположением в модульной архитектуре, вероятно, станет: «выполнение безсостояниевое, доступность данных и settlement — минимально состояниевые». Прогресс в Verkle-деревьях, рекурсии STARK и распределении свидетелей (например, Portal Network, Helios stateless light client) устраняет последние серьёзные препятствия.

Для строителей, выбирающих модель выполнения сегодня:

Если приоритет — максимальная децентрализация и долгосрочный суверенитет → выбирайте stateless с первого дня (сочетайте с Celestia/Avail/Ethereum DAS).
Если нужна синхронная компонуемость и вы готовы к более высоким требованиям к оборудованию → состоянивое выполнение с агрессивной обрезкой и плановым путём миграции на stateless.

Stateless-модель — не серебряная пуля, но быстро становится обязательным минимумом для любой цепи, которая хочет оставаться кредибельно нейтральной и глобально доступной по мере безграничного роста состояния.

Будущее масштабируемых, суверенных блокчейнов — это мир, где ни одна сущность, независимо от финансирования, не обязана хранить всю историю цепи, чтобы участвовать в консенсусе. Это будущее уже строится.

Оригинальная статья https://www.altiuslabs.xyz/learn/stateful-vs-stateless-execution-explained