金色观察 | Utreexo进展

Utreexo进展

概要

本文会介绍Utreexo的优点，以及这些优点的实现程度，阐述最新Utreexo应用中取得的重大进展，但是要让这项科技大众化，还需要一个漫长的过程。

2020年7月最新的演示发布会中，我们指出，未来Utreexo项目能够将Utreexo累加器应用到btcd，btcd是Go语言的BTC实现。我很高兴，因为该实现已经能够用于另一个演示版本。这个版本中可以演示一种称为“致密状态节点”的新修剪型节点模式。

2020年4月发表了一篇“ELI5:Utreexo——一个扩容解决方案”的文章，这篇文章介绍了以下几个致密状态节点的优势：

1.?新的全节点模式只会占用几千字节，能够让hdd节点像ssd节点一样快速同步。

2.?能够实现初始区块并行下载。

3.?由于目前使用的是谷歌的数据库，通过致密状态节点，共识能够独立于数据库实现，加强BTC安全性。

4.?Utreexo的应用不会导致BTC分叉。

就目前的发展状况而言，第3和第4点现已实现，第1点只有部分实现了，因为非Utreexo数据的存在，节点大小还是不能缩小到千字节，第2点还在努力实现。

第3点为何重要？

几年来，在提高BTC安全性方面，重点之一是消除它的任何外部依赖性。外部依赖性指的是依靠那些BTC开发者没有编写的代码，而这些又是BTC软件运行必要的代码。对于任何高度依赖安全的项目，都要尽量避免依赖外部代码，因为它们可能会产生漏洞。为了把这种风险降到最低，依赖的外部代码都要经过审查，然后保留审查后的代码副本。然而，这种并不是完美的方法，代码如果由BTC开发者直接编写、测试和审查会更好。出于这个原因，BTC开发人员已经从中删除了各种产生外部依赖的代码，例如OpenSSH代码。

Swan Bitcoin总经理：从SVB垮台以来家族办公室对比特币的兴趣增加:金色财经报道，Swan Bitcoin董事总经理Steven Lubka称，自硅谷银行(SVB)垮台以来，富有的投资者和私人办公室一直倾向于比特币。Lubka表示，他的公司还观察到“企业参与资产多元化”，并强调这些投资者“希望拥有一种不属于”陷入困境的金融体系的资产。一直有一部分家族办公室客户使用过我们平台，但自从SVB垮台以来，这种客户数量大幅增加。这些人持有大量比特币头寸。这些投资者有浓厚的兴趣，“他们想了解更多”。[2023/6/2 11:54:28]

目前，依赖最大的外部代码是存储未花费输出集合和区块索引的数据库。现在BTC使用谷歌的“LevelDB”数据库。LevelDB必须要没有代码漏洞，这对于BTC的安全性至关重要。LevelDB中如果存在漏洞，可能会导致双花或导致意外分叉。事实上，BTC在LevelDB之前使用的是BerkeleyDB，2013年，BerkeleyDB在比特币核心节点中的应用出现漏洞，导致旧钱包节点在读取区块225430时失败，导致意外分叉。

上文提到的UTXO是BTC的一套支付系统。UTXO集合对于维护BTC的安全非常重要，因为这直接组成BTC共识，移除LevelDB将极大地提高其抵御风险的能力。

第3点的实现

之所以需要一个数据库，是因为UTXO集合包含超过6000万个UTXO，这些UTXO都要记录，并且能够快速访问，因为访问速度过慢会降低区块初始下载速度。快速访问大量细分数据通常会使用数据库。

然而，有了Utreexo致密状态节点，根本不需要数据库。相反，我们需要让UTXO的发送者提供UTXO数据和Utreexo累加器，证明UTXO存在。这样在Utreexo致密状态节点实现中，UTXO集合无需保留。这允许从BTC共识的另一个关键部分中删除LevelDB。

公链Aleph Zero启动5000万美元生态系统资助计划:金色财经报道，Layer1 隐私增强区块链 Aleph Zero 宣布启动 5000 万美元生态系统资助计划，每个项目最高可获得 50 万美元。[2023/4/18 14:11:13]

针对主链扩容，以下是现有区块验证方式与Utreexo致密状态节点区块验证的对比：

这里唯一的区别是后者的区块验证没有访问数据库。相反，它使用Utreexo来验证区块。

代码变化非常小，因为大多数区块验证函数都保持不变。检查累加器证明后，经过验证的UTXO数据(验证块所需的)会转换成为“UtxoViewpoint”，也就是现有的UTXO集合缓存结构，这相当于比特币核心节点的CCoinsView，然后UTXO数据会传递给现有的区块验证函数。

第4点的重要性

在像BTC这样的去中心化系统中，加入新功能需要分叉，而分叉会带来很大风险。BTC硬分叉在很大程度上不可能实现，因为不值得为了一个功能而进行硬分叉。软分叉也很难实现，因为需要大量社区支持。

另一方面，在无需分叉的条件下，如果可以直接添加一个新功能，那么这个功能的部署就会简单得多。例如，BIP-152压缩区块继电器得到了广泛采用，无需分叉。对于BIP-152，节点可以选择是否加入，因为该提议没有强制性，没有选择加入的节点不用做出任何改变。

第4点的实现

这是最容易实现的一点，因为TadgeDryja第一次写Utreexo论文时，它就解决了。我们通过使用称为“桥接节点”的过渡节点，避免软分叉，这种节点能够连接新的Utreexo节点和当前的BTC节点。

BAYC：“Summoning”已正式开启:3月16日消息，“无聊猿”BAYC在官推宣布“Summoning”已正式开启，对所有符合条件的下水道通行证Sewer Pass持有者开放。

“Summoning”是猴子吉米试炼中的下一个重大事件，允许销毁下水道通行证已召唤Power Sources，但目前BAYC尚未公布如何使用Power Sources，仅透露将基于Dookey Dash排名有八种不同类型的Power Sources。

此外BAYC还表示用户可以不急于铸造Power Sources，因为召唤“Summoning”将无限期开放，目前有大约3500枚下水道通行证Sewer Pass NFT从未被认领，789个被认领但不符合召唤资格。[2023/3/16 13:07:11]

当非utreexo节点连接到桥接节点时，桥接节点的功能与当前的BTC全节点相同。然而，一个Utreexo节点连接到桥接节点后，它将提供正常区块的Utreexo证明，同样也会将该证明提供给一个非Utreexo节点。

那篇4月发表的文章提到，会对Utreexo二进制文件进行硬编码，而且只能连接到我们运行的桥接节点，避免干扰BTC测试网。

第1点的重要性

要运行一个完整节点，上文提到的UTXO集合是必要条件。然而，越来越多节点采用这种集合后，再加上BTC的单位能够越分越细，UTXO集合将会变大。目前，UTXO集合大小约是4GB，但对于价格低廉设备，这个大小可能会继续增加，超过这些设备的处理能力。BTC如果能够得到广泛使用，降低UTXO集合的大小非常重要。

比特币矿企Luxor收购NFT交易平台OrdinalHub:金色财经报道，比特币挖矿公司Luxor收购NFT交易平台OrdinalHub。该公司表示，它希望成为“新兴运动”的“核心参与者”，并指出这个新兴市场仍然缺乏“用于索引收集、托管交易和促进价格发现的强大企业级解决方案”。

该公司在一份声明中说：\"所有这些收藏品的铸造和交易都是在不同的Discord服务器上进行的，这使得收藏家和创作者很难跟踪这一快速发展领域的所有项目。OrdinalHub将通过为Ordinal社区提供一个中央枢纽来解决这些问题。

Luxor首席运营官Ethan Vera表示，没有计划在OrdinalHub以外的领域进行额外的收购，两者将继续作为独立品牌运营。[2023/2/23 12:24:04]

在当前BTC节点中，一个区块引用任何UTXO时，节点需要获取该UTXO，要么通过硬盘，要么通过缓存。节点如果硬盘速度较慢，就会造成问题，这也是BTC目前的瓶颈之一。对于修剪型节点，这是一个更大的约束，因为当区块经过修剪后，各个缓存的UTXO会写入磁盘。BTC开发者PieterWuille也指出了这个问题，修剪型节点的同步速度比未修剪节点慢。

Utreexo致密状态节点能够提高同步速度，因为无需对UTXO集合进行磁盘读取。这说明在任何存储中，无论是基于NVMe协议的固态硬盘还是其他硬盘，Utreexo致密状态节点都能发挥出同样性能。

第1点的目前进展

全节点大小尚未缩小到只有几千字节，因为区块头等元数据就占用了几百兆字节。尽管chainstate占用空间小，如果要实现目标，其他数据的大小也不容忽视。在这次发布版本中，目标是缩小到几百兆字节。

法国巴黎银行已加入摩根大通基于区块链的交易网络Onyx:5月23日消息，法国银行业巨头法国巴黎银行已加入摩根大通基于区块链的固定收益市场交易网络 Onyx，Onyx Digital Assets 网络使用代币在固定收益市场进行短期交易，使得投资者可以在几个小时内借出资产而无需该资产实际离开资产负债表。回购市场上四分之三的交易由政府债券支持。（金融时报）[2022/5/23 3:36:11]

下图对比了Utreexo致密状态节点与比特币核心节点的chainstate。

如上图所示，Utreexo致密状态节点的chainstate大小仅为424字节，因此对于节点中的chainstate大小，出现了舍入错误。实际上，用于重新连接已知节点进行重启的peers.json文件占用了205kb，其大小约是chainstate的483倍。

以下对比了修剪型比特币核心节点和Utreexo致密状态节点之间的性能差异，观察基于NVMe协议的固态硬盘和其他硬盘的读写速度。

这项测试会指定节致密状态节点连接到一个不同的本地Utreexo桥接节点，从基于NVMe协议的固态硬盘读取数据，从而进行基准测试。假设比特币核心节点中前1864000个区块都经过了验证，将同样的设置应用到致密状态节点中。测试网3达到1906000区块高度后，完成测试。

本次测试使用了以下硬件：

CPU:：AMDRyzen3600

内存：三星32GBDDR42666MHz

作为本地服务节点的基于NVMe协议固态硬盘：2TBSandiskULTRA.2NVMe.2

作为测试节点的基于NVMe协议固态硬盘：1TBHPSSDEX950M.2

测试节点硬盘：WesternDigitalWD10EZEX-22BN5A01TB7200RPM

以下是发送到比特币核心节点的标志：

-prune=550

-connect=127.0.0.1

-disablewallet

-blocksonly?

-testnet

对于比特币核心节点，在基于NVMe协议的固态硬盘上运行需要784秒，而在其他硬盘上则需要1066秒。对于Utreexo致密状态节点，在基于NVMe协议的固态硬盘上运行需要1,643秒，而在其他硬盘上需要1,700秒。

请注意，就当前Utreexo致密状态节点的实现而言，仍然要进行许多性能优化。它目前速度比比特币核心节点慢，因为我们分叉了一个比后者慢得多的btcd节点。我们后续会发布一个版本和一篇重点说明性能的文章。

为何第2点如此重要？

为了避免混淆，本文提到是指链级并行下载。这意味着单个节点将同时验证多个区块，比如100001到200000然后是200001到300000。第2点指的不是区块层级的并行下载，在这种并行下载中，区块的交易签名接受并行验证，这在btcd和比特币核心节点中已经实现。

在计算机领域，并行化是指同时执行多个进程。这可以提高空闲硬件的使用率，例如CPU，如果硬件处于空闲状态，性能可能会提高。近年来，由于物理限制，在提高时钟频率方面，CPU开发出现了困难。所以，人们更多地关注的是增加核心数量，而不是提高时钟频率。针对这种情况，软件开发也做出了相应改变，越来越强调并行化，目的是充分利用更多CPU核心。

并行化区块初始下载可以大幅减少同步全节点所需的时间，这样个人用户而言，运行一个全节点也更容易。更多的节点将使BTC网络更能抵御攻击。从这个角度来看，并行化也能够增加BTC的安全性。

第2点的目前进展

任何区块的验证都需要前一个块的UTXO集合。例如，如果我们正在验证区块501，我们需要区块500的UTXO集合。然而，要获得区块500的UTXO集合，需要区块499的UTXO集合。这会产生一个问题，那就是要追溯到BTC的硬编码创世区块，阻碍着链级并行化的实现。

有了Utreexo后，这个问题更加容易解决，因为UTXO集合只有几百字节，而不是几千字节。这让我们可以将整个UTXO集合表示硬编码到软件中，作为并行验证的起点。

请注意一点，有可能会出现恶意节点，发送伪造UTXO集合。然而，这并不会降低我们的安全要求，因为我们有多个CPU核心，能够验证从创世区块开始一直到499区块高度。在这之后，我们会从501个区块继续验证，充分利用闲置CPU内核。完成前一步后，我们会检查区块，验证区块499和区块500的UTXO集合是否匹配。因此，经过硬编码的UTXO集合表示仅作为提示，以提升处理速度，实际上所有区块都会经过验证。

为了支持这种类型的链级并行化，代码库必须支持多个chainstate保持活跃状态。对于拥有多个chainstate而言，主要困难在于必须记录多个UTXO集合。UTXO集合需要一个数据库，磁盘上也要有该集合的缓存，这样读取速度才能加快，在这种条件下，运行节点的硬件要求会变高。但是，Utreexo致密状态节点即使没有数据库，也可以储存UTXO集合，所以这不是问题。

拥有多个chainstate的目标正在实现。对于Utreexo致密状态节点，工作量大大降低，因为不需要为每个chainstate建立数据库，这样就可以拥有多个chainstate。对于btcd节点，输入Blockchain即可访问CChainstate数据库，

目前，我们仍在研究每个chainstate应该如何处理p2p网络消息，尝试不同的方法，例如使用两个初始区块下载管理器，或者记录每个chainstate对区块发出的请求，但实现这个目标的过程仍然很漫长。

本次发布版本的缺陷

当前版本不支持区块链重组和内存池。因此，节点将以“blocksonly”模式运行，如果发生重组，节点会崩溃。Utreexo尚未能够实现对这两者的支持，所以这次发布的只是演示版本。BTC主网不会支持这个版本，它不应该用于实际交易中，因为它仍然是早期版本，也存在漏洞。

展望未来

第1点的目前进展中提到，我们会对Utreexo致密状态节点进行更多性能优化。这包括加速开发Utreexo累加器和btcd组件。我们目前注意到许多问题，一旦修复这些问题，致密状态节点的速度能够得到提升，只是需要进行更多测试来实现。

去年就开始了对区块链重组支持的测试，但出现了许多其他更紧迫的问题，暂停了该测试，在不久的将来，重组会得到实现。虽然还没有开始内存池支持的测试，但是我们已经计划了一段时间。我非常期待在今年实现支持内存池。

目前Utreexo累加器需要Go语言来编写。将累加器代码移植到Rust和c++是一项持久工作。我们不确定要花多长时间，不过现在已经打造了代码基础，需要各方通力合作。Utreexo的发展仍然任重而道远。

本文内容来自于BitMEX

来源：金色财经

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