麻省理工發“幣”，性能完爆比特幣，新節點加入減少99%數據量！_加密貨幣

作者|jack

排版|木木

設計|土豆

小辣椒說：本文來源麻省理工學院新聞網站，發布時間為2019年1月23日，由小辣椒區塊鏈翻譯。英文水平有限，恐翻譯過程或有疏漏、錯誤，小辣椒把英文原文放在翻譯后面，供大家參考學習。

像比特幣這類加密貨幣是建立在區塊鏈上的網絡。在這個網絡上，金融交易的賬本數據格式化在一系列的區塊里。這些網絡是分布式的，沒有銀行或組織管理賬戶余額資金，由用戶聯合起來存儲和驗證交易信息。

但是，分布式會導致網絡可擴展性不足的問題。新的用戶節點在加入時，需要下載存儲此前成千上萬個區塊數據。新用戶加入后還要繼續存儲新的區塊數據，并且幫助驗證交易。這使得過交易過程緩慢，或者從計算角度來說有些不切實際。

一篇將在下個月網絡和分布式系統安全研討會展示的論文中，麻省理工的研究人員會介紹一個叫金庫(Vault)的加密貨幣，能夠讓用戶在加入網絡時下載僅占總交易數據的一小部分數據。

它還集成了刪除占用空間的空賬本技術，并允許核查只使用被劃分和共享在網絡上，盡量減少個人用戶的數據存儲和處理要求的最新交易數據。

在實驗中，與比特幣相比，Vault將加入其網絡的帶寬減少了99%，與以太網相比減少了90%。重要的是，Vault仍然確保所有節點都驗證所有事務，提供與現有節點相同的嚴格安全性。

“目前有很多加密貨幣在新用戶加入和存儲方面遇到了瓶頸。我們這里的主要目標時給越來越多的用戶提供好的擴展性，”作為的參與者，計算機科學與人工智能實驗室(CSAIL)的研究生萊昂說道。

CSAIL的研究人員YossiGilad和NickolaiZeldovich也參與了這項研究。NickolaiZeldovich也是電子工程與計算機科學系(EECS)的教授;還有最近的校友AdamSuhl'18。

跨過區塊

加密貨幣網絡中的每個塊都包含一個時間戳、它在區塊鏈中的位置以及固定長度的數字和字母字符串(稱為“散列”)，這基本上是塊的標識。每個新塊都包含區塊鏈中前一個塊的散列。Vault中的塊還包含多達10,000個事務——或10兆字節的數據——這些事務都必須由用戶進行驗證。區塊鏈的結構，特別是哈希鏈，確保了對手在不被發現的情況下無法攻擊塊。

新用戶通過下載所有過去的交易數據來加入加密貨幣網絡，或“引導”，以確保它們是安全的和最新的。例如，要在去年加入比特幣，用戶需要下載50萬個區塊，總計約為150g。用戶還必須存儲所有帳戶余額，以幫助驗證新用戶并確保用戶有足夠的資金完成交易。隨著比特幣的賬戶數量超過2200萬個，存儲要求也越來越高。

研究人員在一種名為Algorand的新型加密貨幣網絡的基礎上構建了他們的系統。這種網絡由麻省理工學院的福特工程教授SilvioMicali發明。

英格蘭銀行與麻省理工學院就央行數字貨幣研究開展合作:3月26日消息，英格蘭銀行周五宣布，已經與麻省理工學院媒體實驗室數字貨幣計劃（簡稱DCI）達成協議，將共同開展為期12個月的央行數字貨幣（CBDC）研究項目。該銀行在一份聲明中說，這個新項目僅用于研究目的，并不打算開發一個可操作的CBDC。

此前報道，加拿大銀行上周宣布了與麻省理工學院為期一年的聯合研究工作，而波士頓聯儲則在2020年啟動了與DCI的合作。（Cointelegraph）[2022/3/26 14:18:56]

對于傳統的加密貨幣，用戶競相解驗證塊的方程，第一個解得到資金的方程。隨著網絡的擴展，這會減慢事務處理時間。Algorand使用“利害關系證明”概念來更有效地驗證塊并更好地支持新用戶加入。對于每一個區塊，都會選出一個具有代表性的核查“委員會”。在網絡中擁有更多資金或股份的用戶被選中的可能性更高。要加入網絡，用戶需要驗證每個證書，而不是每個事務。

但是每個塊都包含一些關鍵信息，以便在它之前立即驗證證書，這意味著新用戶必須從鏈中的第一個塊及其證書開始，然后依次驗證每個塊，這可能很耗時。為了加快速度，研究人員基于幾百塊或1000塊后面的一個塊(稱為“面包屑”)給每個新的證書驗證信息。當一個新用戶加入時，他們會將一個早期塊的面包屑匹配到前面1000個塊的面包屑。這個面包屑可以與前面1000個塊的另一個面包屑匹配，等等。

萊昂說:“論文標題是一個雙關語。”“金庫是一個你可以儲存錢的地方，但區塊鏈也讓你在加入一個網絡時‘金庫’跨越街區。”當我引導時，我只需要一個來自過去的塊來驗證未來的塊方法。我可以跳過中間的所有塊，這為我們節省了很多帶寬。

分而丟棄

為了減少數據存儲需求，研究人員設計了一種新的“分片”方案。該技術將事務數據分成更小的部分(或碎片)，在整個網絡中共享，因此單個用戶只需處理少量數據來驗證事務。

為了以一種安全的方式實現共享，Vault使用了一種眾所周知的數據結構，稱為二進制Merkle樹。在二叉樹中，單個頂部節點分支為兩個“子”節點，而這兩個節點又各自分解為兩個子節點，以此類推。

在Merkle樹中，頂部節點包含一個哈希，稱為根哈希。但是樹是由底部向上構造的。樹將底部的每一對子散列組合起來，形成它們的父散列。它在樹中重復這個過程，從每對子節點中分配一個父節點，直到將所有內容組合到根哈希中。在加密貨幣中，頂部節點包含單個塊的散列。每個底部節點包含一個散列，表示塊中一個事務涉及的一個帳戶的余額信息。balance散列和block散列綁定在一起。

為了驗證任何一個事務，網絡組合兩個子節點以獲得父節點散列。它在樹上重復這個過程。如果最終的組合散列與塊的根散列匹配，則可以驗證事務。但是對于傳統加密貨幣，用戶必須存儲整個樹結構。

波士頓聯儲與麻省理工的數字美元第一階段研究接近完成:金色財經報道，波士頓聯邦儲備銀行的一名官員周三表示，波士頓聯儲與麻省理工就可用于數字美元的技術進行的一項多年研究的第一階段接近完成，結果可能會在下個月左右公布。波士頓聯儲高級副總裁Jim Cunha透露研究初步結果“基本完成”，其中將包括可能成為央行數字貨幣(CBDC)潛在模型的開源代碼，并關注系統每秒處理數萬筆交易的能力。這項名為“漢密爾頓計劃”(Project Hamilton)的研究將關注發行CBDC時需要解決的技術挑戰，而美國聯邦儲備理事會(美聯儲/FED)預計很將快發布的一份討論文件側重研究圍繞數字美元的政策問題，兩者最初都計劃于今年夏天發布。（Reuters）[2021/9/30 17:17:34]

通過Vault，研究人員將Merkle樹分成不同的碎片，分配給不同的用戶組。每個用戶帳戶只在其分配的分片中存儲帳戶的余額，以及根散列。訣竅是讓所有用戶存儲一層節點，該節點橫切整個Merkle樹。當用戶需要從碎片外部驗證事務時，他們會跟蹤到該公共層的路徑。從這個公共層，他們可以確定分片之外的帳戶余額，并正常地繼續驗證。

萊昂說:“網絡的每個碎片負責存儲大數據結構的一小部分，但這一小部分允許用戶驗證來自網絡所有其他部分的交易。”

此外，研究人員還設計了一種新的方案，可以識別和丟棄用戶指定的在一定時間內沒有余額的碎片帳戶。其他加密貨幣保留所有空帳戶，這增加了數據存儲需求，但沒有真正的用途，因為它們不需要驗證。當用戶在Vault中存儲帳戶數據時，他們會忽略那些舊的、空的帳戶。

英文原文

title：Afaster,moreefficientcryptocurrency

abstract:Designreducesby99percentthedatausersneedtojointhenetworkandverifytransactions.

MITresearchershavedevelopedanewcryptocurrencythatdrasticallyreducesthedatausersneedtojointhenetworkandverifytransactions—byupto99percentcomparedtotoday’spopularcryptocurrencies.Thismeansamuchmorescalablenetwork.

Cryptocurrencies,suchasthepopularBitcoin,arenetworksbuiltontheblockchain,afinancialledgerformattedinasequenceofindividualblocks,eachcontainingtransactiondata.Thesenetworksaredecentralized,meaningtherearenobanksororganizationstomanagefundsandbalances,sousersjoinforcestostoreandverifythetransactions.

麻省理工牛津等大學共同發起區塊鏈大學計劃:8月13日消息，麻省理工學院、牛津大學區塊鏈協會等組織與區塊鏈網絡Oasis Network宣布聯合創建一個大學計劃，該計劃項目由Oasis Network提供支持，將為20多個參與的大學社團和院系提供資源和支持，以幫助社團學習和了解區塊鏈技術。此外，該計劃的創始參與者還包括康奈爾大學區塊鏈、伯克利大學區塊鏈、劍橋大學區塊鏈協會和愛丁堡大學金融科技協會。（Decrypt）[2020/8/13]

Butdecentralizationleadstoascalabilityproblem.Tojoinacryptocurrency,newusersmustdownloadandstorealltransactiondatafromhundredsofthousandsofindividualblocks.Theymustalsostorethesedatatousetheserviceandhelpverifytransactions.Thismakestheprocesssloworcomputationallyimpracticalforsome.

InapaperbeingpresentedattheNetworkandDistributedSystemSecuritySymposiumnextmonth,theMITresearchersintroduceVault,acryptocurrencythatletsusersjointhenetworkbydownloadingonlyafractionofthetotaltransactiondata.

Italsoincorporatestechniquesthatdeleteemptyaccountsthattakeupspace,andenablesverificationsusingonlythemostrecenttransactiondatathataredividedandsharedacrossthenetwork,minimizinganindividualuser’sdatastorageandprocessingrequirements.

Inexperiments,Vaultreducedthebandwidthforjoiningitsnetworkby99percentcomparedtoBitcoinand90percentcomparedtoEthereum,whichisconsideredoneoftoday’smostefficientcryptocurrencies.Importantly,Vaultstillensuresthatallnodesvalidatealltransactions,providingtightsecurityequaltoitsexistingcounterparts.

動態 | 數字貨幣入選《麻省理工科技評論》2020年全球十大突破性技術:2月27日，《麻省理工科技評論》發布2020 年全球十大突破性技術榜單，包括：防黑互聯網、超個性化藥物、數字貨幣、抗衰老藥物、人工智能發現分子、超級星座衛星、量子優越性、微型人工智能、差分隱私、氣候變化歸因。《麻省理工科技評論》指出，隨著實體貨幣使用頻率的下降，沒有中介的交易自由也隨之減少。與此同時，數字貨幣技術可以用來分裂全球的金融體系。此外，該評論還提及，去年六月，Facebook推出了一種名為Libra的“全球數字貨幣”。[2020/2/27]

“Currentlytherearealotofcryptocurrencies,butthey’rehittingbottlenecksrelatedtojoiningthesystemasanewuserandtostorage.Thebroadgoalhereistoenablecryptocurrenciestoscalewellformoreandmoreusers,”saysco-authorDerekLeung,agraduatestudentintheComputerScienceandArtificialIntelligenceLaboratory(CSAIL).

JoiningLeungonthepaperareCSAILresearchersYossiGiladandNickolaiZeldovich,whoisalsoaprofessorintheDepartmentofElectricalEngineeringandComputerScience(EECS);andrecentalumnusAdamSuhl’18.

Vaultingoverblocks

Eachblockinacryptocurrencynetworkcontainsatimestamp,itslocationintheblockchain,andfixed-lengthstringofnumbersandletters,calleda“hash,”that’sbasicallytheblock’sidentification.Eachnewblockcontainsthehashofthepreviousblockintheblockchain.

BlocksinVaultalsocontainupto10,000transactions—or10megabytesofdata—thatmustallbeverifiedbyusers.Thestructureoftheblockchainand,inparticular,thechainofhashes,ensuresthatanadversarycannothacktheblockswithoutdetection.

IOTA發文回應麻省理工大學媒體實驗室的質疑:1月7日晚間9點左右，IOTA基金會發布文章全面回應麻省理工大學媒體實驗室DCI團隊的質疑，文章中表示，首先，關于信息紕漏的問題，在DCI團隊內部實際上存在利益沖突；其次，IOTA基金會在任何時候都沒有直接或間接的暗示已經正式與企業建立合作伙伴關系，并且迄今為止也沒有這種正式的合作關系；第三，在今年10月份，潛在的安全漏洞被發現之后，該漏洞節點已經被暫時至于離線狀態，一旦問題解決即可恢復正常；第四，由于IOTA私鑰不能被多次使用用以建立數字簽名，因此造成潛在的代幣被盜可能，所以IOTA團隊決定，有效凍結在發生盜竊之前容易被盜的資金，從而避免用戶的損失，IOTA基金會社區將保持溝通狀態，凍結資金可由原持有人隨時收回；第五，關于IOTA交易不是免費的指控并不屬實，IOTA交易的發送價值完全等于接受價值，沒有支付給網絡或礦工的費用。受此前麻省理工學院對其技術方面的指控，以及去年12月份與微軟等公司合作信息不實的報道影響，IOTA幣價曾大幅下跌。IOTA現價報25.73元，跌幅5.75%。[2018/1/9]

Newusersjoincryptocurrencynetworks,or“bootstrap,”bydownloadingallpasttransactiondatatoensurethey’resecureanduptodate.TojoinBitcoinlastyear,forinstance,auserwoulddownload500,000blockstotalingabout150gigabytes.

Usersmustalsostoreallaccountbalancestohelpverifynewusersandensureusershaveenoughfundstocompletetransactions.Storagerequirementsarebecomingsubstantial,asBitcoinexpandsbeyond22millionaccounts.

TheresearchersbuilttheirsystemontopofanewcryptocurrencynetworkcalledAlgorand—inventedbySilvioMicali,theFordProfessorofEngineeringatMIT—that’ssecure,decentralized,andmorescalablethanothercryptocurrencies.

Withtraditionalcryptocurrencies,userscompetetosolveequationsthatvalidateblocks,withthefirsttosolvetheequationsreceivingfunds.

Asthenetworkscales,thisslowsdowntransactionprocessingtimes.Algorandusesa“proof-of-stake”concepttomoreefficientlyverifyblocksandbetterenablenewusersjoin.

Foreveryblock,arepresentativeverification“committee”isselected.Userswithmoremoney—orstake—inthenetworkhavehigherprobabilityofbeingselected.Tojointhenetwork,usersverifyeachcertificate,noteverytransaction.

Buteachblockholdssomekeyinformationtovalidatethecertificateimmediatelyaheadofit,meaningnewusersmuststartwiththefirstblockinthechain,alongwithitscertificate,andsequentiallyvalidateeachoneinorder,whichcanbetime-consuming.

Tospeedthingsup,theresearchersgiveeachnewcertificateverificationinformationbasedonablockafewhundredor1,000blocksbehindit—calleda“breadcrumb.”Whenanewuserjoins,theymatchthebreadcrumbofanearlyblocktoabreadcrumb1,000blocksahead.Thatbreadcrumbcanbematchedtoanotherbreadcrumb1,000blocksahead,andsoon.

“Thepapertitleisapun,”Leungsays.“Avaultisaplacewhereyoucanstoremoney,buttheblockchainalsoletsyou‘vault’overblockswhenjoininganetwork.WhenI’mbootstrapping,Ionlyneedablockfromwayinthepasttoverifyablockwayinthefuture.Icanskipoverallblocksinbetween,whichsavesusalotofbandwidth.”

Divideanddiscard

Toreducedatastoragerequirements,theresearchersdesignedVaultwithanovel“sharding”scheme.Thetechniquedividestransactiondataintosmallerportions—orshards—thatitsharesacrossthenetwork,soindividualusersonlyhavetoprocesssmallamountsofdatatoverifytransactions.

Toimplementsharinginasecureway,Vaultusesawell-knowndatastructurecalledabinaryMerkletree.Inbinarytrees,asingletopnodebranchesoffintotwo“children”nodes,andthosetwonodeseachbreakintotwochildrennodes,andsoon.

InMerkletrees,thetopnodecontainsasinglehash,calledaroothash.Butthetreeisconstructedfromthebottom,up.

Thetreecombineseachpairofchildrenhashesalongthebottomtoformtheirparenthash.Itrepeatsthatprocessupthetree,assigningaparentnodefromeachpairofchildrennodes,untilitcombineseverythingintotheroothash.

Incryptocurrencies,thetopnodecontainsahashofasingleblock.Eachbottomnodecontainsahashthatsignifiesthebalanceinformationaboutoneaccountinvolvedinonetransactionintheblock.Thebalancehashandblockhasharetiedtogether.

Toverifyanyonetransaction,thenetworkcombinesthetwochildrennodestogettheparentnodehash.Itrepeatsthatprocessworkingupthetree.

Ifthefinalcombinedhashmatchestheroothashoftheblock,thetransactioncanbeverified.Butwithtraditionalcryptocurrencies,usersmuststoretheentiretreestructure.

WithVault,theresearchersdividetheMerkletreeintoseparateshardsassignedtoseparategroupsofusers.

Eachuseraccountonlyeverstoresthebalancesoftheaccountsinitsassignedshard,aswellasroothashes.ThetrickishavingallusersstoreonelayerofnodesthatcutsacrosstheentireMerkletree.Whenauserneedstoverifyatransactionfromoutsideoftheirshard,theytraceapathtothatcommonlayer.

Fromthatcommonlayer,theycandeterminethebalanceoftheaccountoutsidetheirshard,andcontinuevalidationnormally.

“Eachshardofthenetworkisresponsibleforstoringasmallersliceofabigdatastructure,butthissmallsliceallowsuserstoverifytransactionsfromallotherpartsofnetwork,”Leungsays.

Additionally,theresearchersdesignedanovelschemethatrecognizesanddiscardsfromauser’sassignedshardaccountsthathavehadzerobalancesforacertainlengthoftime.

Othercryptocurrencieskeepallemptyaccounts,whichincreasedatastoragerequirementswhileservingnorealpurpose,astheydon’tneedverification.WhenusersstoreaccountdatainVault,theyignorethoseold,emptyaccounts.

——END——

注：原文作者RobMatheson，翻譯小辣椒&有道，來源MITNEWS。鏈接：

http://news.mit.edu/2019/vault-faster-more-efficient-cryptocurrency-0124

如果大家對研究成果有疑問，可以郵件聯系麻省理工學院新聞辦公室負責人Abby。

原創轉載聲明：本文來源小辣椒區塊鏈，禁止未經授權和許可的轉載、引用及洗稿行為。

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