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。
金色财经挖矿数据播报:ETH今日全网算力上涨2.13%:金色财经报道,据蜘蛛矿池数据显示:
BTC全网算力146.137EH/s,挖矿难度20.60T,目前区块高度667099,理论收益0.00000701/T/天。
ETH全网算力337.833TH/s,挖矿难度4479.62T,目前区块高度11702422,理论收益0.00699383/100MH/天。
BSV全网算力0.692EH/s,挖矿难度0.10T,目前区块高度671041,理论收益0.00130103/T/天。
BCH全网算力1.476EH/s,挖矿难度0.24,目前区块高度671390,理论收益0.00060973/T/天。[2021/1/22 16:45:25]
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。
金色财经链上活跃度播报丨BTC 24h链上交易量上升4.31%:欧科云链OKLink数据显示,BTC 24h链上活跃地址数总计917103,较前日上升3.62%;链上交易量总计700147.99BTC,较前日上升4.31%;链上交易笔数总计298398,较前日上升5.93%;BTC链上活跃度上升。
截至上午10时,全网算力约为93.49EH/s,较前日下降0.95EH/s,全网算力呈下降趋势。[2020/5/22]
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。
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。
金色沙龙 | BybitCEO?:交易所的风控是硬实力:今日举行的金色沙龙圆桌讨论中,针对“交易所如何设计合理的风控机制、设计原则是什么”的问题,Bybit 联合创始人兼CEO?Ben表示,交易所的风控是硬实力,市面上虽然很多新衍生品交易所诞生,但是真正风控过关且保证吞吐量达标的没几个。大部分产品也不是自己研发的,要么买一套白标,要么直接用合约云。此类产品在行情以来的时候,就很容易出问题。 夸张点的订单撮合出错,保证金和余额对不上。有的吞吐量不行下单延迟和停机维护的也经常见到。那么怎么衡量交易所的风控能力和硬实力?通俗点说就是任何时候稳如狗、高可用性,任何大行情下,服务下单不中断且流畅。让交易员用起来爽的系统就是好系统。客户追求的爽是什么? 任何行情下系统不卡,入场出场轻松快捷,然后深度也够,滑点少,这就很爽了。风控当然也包括核心的安全架构,保证客户资金安全是交易所的首要任务。[2020/2/26]
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。
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。
金色晚报 | 12月9日晚间重要动态一览:12:00-21:00关键词:“上海常务会议、Tether、i深圳、比特大陆、新华社”
1. Tether官方宣布即将2亿枚USDT从Omni迁移至ERC20协议
2. OKEx发布第七批删减TOKEN交易对名单
3. 中国能源报:区块链发展,能源领域不能盲目跟风
4. 一月内9国央行为数字货币发声 中、法正积极推进
5. 以太坊伊斯坦布尔硬分叉后,已有 96.3%的节点完成升级
6. 工信部副部长:积极开展区块链等领域网络安全技术研发
7. 比特大陆召开股东会詹克团提议罢免全体董事遭股东否决
8. 上海常务会议:聚焦区块链等技术,推进金融科技研发及应用
9. 新华社:在上链等多重技术托举下,新经济新业态不断涌现
10. 深圳政务服务APP“i深圳”正式上线区块链电子证照应用平台[2019/12/9]
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。
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。
金色财经现场报道 中国电子商务协会区块链专业委员会副秘书长袁书艺:2018中国区块链行业分析报告:金色财经现场报道,在西部中小企业发展论坛上,中国电子商务协会区块链专业委员会副秘书长袁书艺以《2018中国区块链行业分析报告》为题发表演讲,他指出:目前的区块链技术无法做到完全的去中心化,我们提倡多中心化。可以从四个维度对项目进行有效辨别:1. 必要性,指该项目是否有必要使用区块链技术来实现,区块链技术能给项目带来什么核心价值;2. 团队,整体是否具备技术、业务、管理等方面的完整能力;3. 市值,区块链社区中的KOL对于该项目的评价,及项目在社区和论坛中的口碑,还包括该项目发行的加密货币的市价总值及价格波动情况;4. 商业价值,业务模式是否具有可行性,是否有满足特定市场的产品,市场需求是否真实存在。[2018/4/28]
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。
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
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