澳门新葡亰手机版带宽与区块链

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前言:由于区块链必须保持全球状态的同步,存在延迟问题,通过中继网络和致密区块,可以减少延迟,不过开发者还在致力于更多的优化。区块链让整个世界保持在一个状态上。当每个区块挖出,新的分类账本取代之前的状态。共识机制致力于确保该状态被更广泛的社区同意。在设计良好的系统中,激励确保不变性。在经过足够的时间之后,状态无法被篡改。这些区块链给予我们可编程的货币,并且正确地捕捉了很多人的想象力。比特币和以太坊是区块链两个早期的版本。这些账本被证明是受欢迎和稳健的,但通常也被认为是难以扩展的。为什么会这样?还有什么能改善这种情况?背景区块链自身被认为是layer
1。区块链充当网络中所有加密资产的当前位置的全局真相源。网络上的全节点持续跟踪分类账的当前状态。为维持去中心化,它必须能让小矿工验证并为区块链作出贡献。小矿工的系统资源和带宽远不如大玩家。为了让区块链可信任和抗审查,它们不能被任何单一实体或一个群体所控制。开发人员相信,不同大小的玩家都可参与是很重要的,它可以避免权力的集中和固化,避免出现单点控制。基于这样的原因,突破比特币区块大小的限制就存在阻力。该限制用于限制整个系统,以便让更广泛的人群参与。应该注意的是,可以在各方之间签订本地协议完成代币的转移,而这无须进行全局的状态更新。这通常被称为layer
2或链下交易,这对交易扩展(不一定是用户)有深远影响。这里的想法是,各方之间的交易在写入区块链前可以先汇总。在一些设计中,将本地状态刷新到全局区块链的窗口可能需要几个月甚至更长时间。工程师们乐观地认为,layer
2解决方案将为区块链带来巨大的可扩展性,并且它对加密货币能满足主流人群需求至关重要。然而,即使layer
2充当了巨大的杠杆作用,它只能放大基础区块链的规模。Layer
2无法自行提供不受限制的扩展。因此,优化网络以便为每个交易尽可能少地使用资源非常重要。问题“去中心化的比特币区块链是全球共享的广播媒体——可能是人类设计的最疯狂低效的通信模式。”——Greg
MaxwellLayer
1的基本问题是分类账的副本必须保持全球的同步。每个全节点存储一份区块链,这些副本必须彼此相同,且由各个节点独立验证。当找到新块,必须将其广播给所有其他节点。延迟对挖矿节点尤为重要,因为他们需要始终在最新区块上工作,否则他们的工作就白费了。为了验证最新区块,矿工需要知道包含了哪些交易以及所有这些交易的副本。当前比特币软件使用简单的方法来广播交易和区块。在收到交易时转发给所有对等节点。区块被批量传输,无须考虑接收者可能已有的数据。这些低效对于矿工来说是不可容忍的,因为他们需要确保能访问最新区块。补救措施比特币的低效众所周知。为让网络更加有效率,减少带宽负载以及加速广播已经推进了好多年。前比特币维护者Gavin
Andresen于2014年发布了O(1)
区块广播的路线图。路线图自那以后发生了重大改变,但想法仍然相关。(可视化的FIBRE网络,图片来源:bitcoinfibre.org)中继网络矿工已经主动采取措施实施区块中继网络,比如FIBRE和Falcon。这些中继网络通过使用低延迟+高带宽连接来工作,但它们具有诸如中心化和使用大量带宽来最小化延迟的缺点。它们不会减少运行非挖矿节点的总体带宽的需求,这是工程师在扩展系统时感到舒适所需的。致密区块(compact
block)当传输区块时,传输接收者已有的交易是次优选择。密码学家Greg
Maxwell认识到,接收者已经知道在新发现的区块中包含的内容。具体来说,接收者的内存池(一组收到但未确认的交易)可能包含新区块内的很多交易。他研究了这个问题,并在2015年12月起草了一份提案。核心开发者Matt
Corallo接受了Greg的工作,并对其进行了改进,它于2016年早期变成了BIP152提案,主要涉及致密区块。致密区块是一种协议,它发送区块头、缩短的交易ID列表、以及一组发送人认为接收者不太可能拥有的交易,而不是发送包含所有数据的区块。这个更改旨在节省带宽,但也有减少延迟的作用。Erlay比特币中基于大量广播的方法显然不是在网络中传播交易的最佳方法。节点可以接收每个交易的多个副本,并必须将其转发给它们所连接的对等节点。结果是消耗大量的带宽,导致不必要的开销。它还鼓励节点连接较少的对等节点,因为每个对等节点将需要每个交易的增量带宽。连接到较少的节点确实有利于减少带宽开销,但它也是危险的,因为它会使用户打开所谓的日蚀攻击(蓝狐笔记注:eclipse
attack,日蚀攻击是指对区块链的一种网络攻击,攻击者控制了点对点的网络,并模糊区块链上的节点视图。例如为了对比特币实施日蚀攻击,攻击者通过控制大量的IP地址来垄断连接到受害者节点的连接)。TumbleBit的创建者Ethan
Heilman于2015年发表了关于日蚀攻击的研究论文。其基本思路跟Sybil攻击相关。攻击者试图伪装成很多不同的主体,以使受害者感到困惑。攻击者垄断所有跟受害者节点的传出连接。通过充当受害者节点的唯一信息来源,他们挖掘特殊区块以伪造当前的状态。这是非常昂贵的攻击。不过如果攻击者可以让受害者相信他们已经收到大量的比特币,而实际上资金已经转移到其他地方,受害者可能会被说服他们已经收到了资金并释放财产。Erlay可以提供更好的连接和强大的网络。如果一个节点连接到32个对等节点,Erlay研究者发现他们的优化可以导致节点使用的带宽比当前少75%以上。下一步通过矿工使用的中继网络和为普通节点用户提供的致密区块,区块广播已经得到大量优化。尽管如此,研究者依然在努力消除系统的开销,使其尽可能简洁。只有当开发者满意当前吞吐量的带宽要求足够低时,才能提高吞吐量。

时间: 2019-06-13阅读: 208标签: 区块链

比特币和以太坊的去中心化

区块链使整个世界保持在同一页面上。当每个区块被铸造时,新的账本状态就将取代先前的状态。共识机制致力于确保更广泛的社区同意该状态。在一个设计良好的系统中,激励措施可确保不变性。经过足够的时间之后,状态就不会被篡改。这些区块链为我们提供了可编程的货币,并顺理成章地引起了许多人的兴趣。

作者:AdemEfe Gencer、Soumya Basu、IttayEyal、Robbert van Renesse和Emin
Gün Sirer。

比特币和以太坊是最早的两种区块链。事实证明,这些账本受人欢迎且健壮,但通常被诟病难以扩展。为什么会这样?我们还可以做什么来改善这种情况?

发表时间:2018年1月15日星期一早上7:37

背景

我们对比特币和以太坊网络的状态进行了纵向研究。我们不久前公布了耗时两年的研究成果,经过同行评议的论文将在2月份的金融密码学和数据安全大会(FinancialCryptography
and Data Security
)上发表。1

区块链本身被称为第1层(layer
1)。对全网所有加密资产的当前位置,区块链扮演了一种全球性的真实来源。网络上的全节点跟踪帐本的当前状态。为了保持去中心化或不出现权力中心,小矿工必须能够验证区块链并为其做贡献。而小矿工的系统资源和带宽可能远低于大玩家。

下面是我们研究成果中的一些要点。

为了让区块链去信任和抗审查,它们不能被任何单个实体或小团体控制。开发者们认为这一点非常重要:保持各种规模的玩家都能参与,以避免出现权力集中和单一控制点。正因为如此,提高比特币的区块大小限制才会遇到阻力。该限制用于限制整个系统,保持其可以被广泛访问。

比特币网络并未充分利用

应该注意的是,我们可以在各方之间签订本地协议来转移币,而不进行全局更新。这通常被称为第2层(layer
2)或链下(off-chain)交易
,对扩大交易(不一定是用户)有着深远的影响。这个想法是,在写入区块链之前,各方之间可以对交易进行汇总。在某些设计中,将本地状态刷新到全局区块链的窗口可能需要几个月甚至更长时间。

总的来说,比特币节点分配到的带宽要高于以太坊。与2016年的研究结果相比,比特币节点的带宽中值增加了1.7倍。普通的比特币节点可用的带宽要比以前多。

工程师们乐观地认为,第2层解决方案将为区块链带来巨大的可扩展性,并且在加密货币能够满足大规模用户群体的需求之前,这将是至关重要的。然而,即使第2层充当了巨大的杠杆作用,它也只能放大基础区块链的容量。第2层无法自行提供无限制的容量。因此,优化网络以便让每笔交易使用尽可能少的资源非常重要。

可以分配到更多带宽表明,网络可以在不影响孤块率的情况下增加区块大小,孤块率会影响去中心化。如果人们满足于2016年的去中心化程度感,他们应该可以将区块大小增加1.7倍,这样的话,每秒可处理的交易数量将增加两倍,而网络的去中心化程度保持不变。

问题

有些人认为提高区块大小的上限也会增加CPU和硬盘需求的成本。但是这些成本从一开始就是微不足道的,尤其是与如今的交易手续费相比,这些成本已经大幅下降。例如,2016年,1TB的硬盘是85美元,2017年只需70美元。2

去中心化的比特币区块链是全球共享的广播媒介——可能是人类设计的最疯狂低效的交流方式。——格雷格·麦克斯韦尔

迄今,我们没有看到有任何合理的、量化的论据可以说明最大比特币区块大小有何具体的价值。关于这个话题的讨论都是些含糊其辞、听起来是技术上的但在技术上不合理的争论,缺乏科学依据。这些听起来是技术性的论点与实际上的技术事实不一致[3].

第1层的基本问题是账本的副本必须在全球范围内保持同步。每个完整节点都存储区块链的副本,这些副本必须彼此相同并由每个节点独立验证。

以太坊比比特币更去中心化

当矿工找到一个新区块时,必须将其传递给所有其他节点。延迟对于挖矿节点尤其重要,因为它们需要始终在最近的区块上工作,否则它们的努力就会浪费掉。为了验证最近的区块,矿工需要知道包含哪些交易以及拥有所有这些交易的副本。

与以太坊相比,无论是在网络延迟方面,还是地理位置方面,比特币的节点更加集中。换句话说,以太坊拥有更多的节点,且更为分散地分布在世界各地。这表明以太坊完整节点的分布更为去中心化。

目前,比特币软件使用一种不成熟的(naive)方法来传播交易和区块。节点在收到交易时会把它们转发给所有节点。区块被批量传输而不考虑接收者可能已经有的数据。对于需要确保他们能够访问最新区块的矿工来说,这些低效率是不可容忍的。

出现这种情况的部分原因是,属于数据中心的比特币节点占比更高。具体来说,确定属于数据中心的以太坊节点占比是28%,而比特币的占到56%。

补救措施

节点属于数据中心表明企业化的程度会提高。这也是节点被用于部署各种不同实现(又叫做,部分女巫攻击,可以影响公众舆论)的一种征兆,这是在我们整个研究过程中会广泛提到一个假设。

比特币中的这些低效率是众所周知的。多年来,人们一直在努力使网络在减少带宽开销和加速传播上更加高效。在2014年,前比特币维护者加文·安德森(Gavin
Andresen)发布了一份O(1)区块传播路线图。此后路线图发生了重大变化,但这些想法仍然具有现实意义。

相反,以太坊节点更分布在一个种类更为广泛的自主系统中。

FIBER网络图示。来源:bitcoinfibre.org

二者都不完全去中心化

中继网络

比特币和以太坊挖矿都非常中心化,比特币的前四大矿工和以太坊的前三大矿工控制着超过50%的算力。

矿工们已经主动采取措施实施区块中继网络,如FIBER和Falcon。这些中继网络通过使用低延迟
+
高带宽连接来工作,但它们具有诸如中心化和使用大量带宽来尽量最小化延迟的缺点。它们并不会降低运行一个非挖矿节点的总体带宽需求,但只有满足了这一点之后,工程师们才会在扩容系统时感到轻松自在。

这两个系统的区块链都是由不到20个挖矿实体决定的。4虽然传统的拜占庭法定数目团体系统的运行方式与比特币和以太坊不同,但是拥有20个节点的拜占庭法定数目团体系统比比特币或是以太坊更为去中心化,资源成本更小。当然,设计一个可以开放式参与同时又公平选出20个节点排列交易的quorum协议非常困难。因此,在开发无需许可又高效节能的共识协议方面,我们需要进行更多的研究。

紧凑区块

以太坊浪费了本可以更好利用的算力

在传输一个区块时,传输那些接收者已经拥有的交易是不到最佳标准的。密码学家格雷格·麦克斯韦尔认识到,接收者已经知道了许多新发现的区块中所包含的内容。具体地说,接收者的内存池(mempool,一组已接收但未确认的交易)可能包含新区块内的许多交易。他研究了这个问题并在2015年12月起草了一份提案。

以太坊的叔块率比比特币的裁剪区块(孤块)率要高。这是有意而为之的,这样以太坊网络的运行可以接近其物理上的极限,实现更高的交易吞吐量。但是,这也导致以太坊用于处理交易的算力要小于比特币。换句话说,有些算力浪费在了叔块上,而不是直接用于打包链上交易。这说明,以太坊将极大地受益于中继网络,诸如比特币中继网络Falcon或是FIBRE。中继网络可以帮助矿工和全节点更快速地广播区块,有助于降低叔块率和孤块率,减少浪费。

核心开发者马特·克拉洛(Matt
Corallo)接下了格里格的工作并对其进行了改进,在2016年初,将其形成了为名为“紧凑区块”的比特币改进提案(BIP)152。紧凑区块是一种协议,它发送区块头、缩短的交易ID列表和发送者认为接收者不太可能拥有的一组交易,而不是发送一个包含所有数据的区块。这一改变旨在节省带宽,但也具有减少延迟的良好副作用。

以太坊的公平性更好,更有利于小矿工

Erlay

公平是一个很重要的指标:这决定了与大矿工相比,小矿工是否处于劣势。如果一个系统是完全公平的,那么矿工将资源投入到更大规模、联合协作的矿池的理由就更少。

比特币中基于洪水广播的方法显然不是在网络内传播交易的最佳方法。节点会接收到每笔交易的多个副本,并且必须将它们转发给所连接的每个节点。这导致消耗了大量的带宽,造成不必要的开销。它还鼓励节点连接到较少的其他节点,因为每个其他节点都会增加每笔交易的带宽。

为了衡量其公平性,我们用矿工打包到主链上的区块比重除以没有打包到区块链上的区块比重,也就是,被裁剪的区块(孤块)和叔块。在一个理想的系统里,这个指标应该等于1。

连接到较少的其他节点确实限制了带宽消耗,但它可能是危险的,因为它会让用户暴露在所谓的日食攻击(eclipse
attack)之下。TumbleBit的创造者伊森·赫尔曼(Ethan
Heilman)发表了一篇关于2015年日食攻击的研究论文。基本思想与女巫攻击(Sybil
attack)有关。攻击者伪装成许多不同的实体,以此来迷惑受害者。攻击者独占所有与受害者节点相连的传出连接。通过充当受害者唯一的信息来源,他们挖出特殊区块来伪造当前状态。这是代价高昂的,但如果攻击者可以让受害者相信自己已经收到了大量的比特币,而实际上资金已被转移到其他地方,受害者可能会被说服他们已经收到资金并释放财产。

以太坊和比特币的公平程度大致来说是相同的。但是,在公平的变化上,比特币表现出变化要更大。也就是说,对于比特币的小矿工来说,比特币的挖矿奖励更难以预测。部分原因是,以太坊出块率高,大数定律应用于以太坊的机会越多,而比特币,由于出块少,日积月累,不确定性会更大。

Erlay可以提供更好的连接和健壮的网络。如果一个节点连接到32个其他节点,Erlay研究人员发现,他们的优化将导致节点使用的带宽比当前软件少75%。

其他

下一步是什么?

我们如何获取数据以及我们的发现,全部的细节都用准确的术语写在我们的论文里。

通过矿工使用的中继网络和普通节点用户的紧凑区块,人们对区块传播进行了大量优化。尽管如此,研究人员仍在努力消除系统的开销,使其尽可能简化。只有当开发者满意于当前吞吐量的带宽要求已经尽可能低时,他们才能提高吞吐量。

附注

原文链接:-capital/bandwidth-and-the-blockchain-2ad35c57dbdf本文版权归原作者所有,仅代表作者本人观点

[1]我们的研究调查的对象仅为比特币和以太坊运行的网络和区块链。并不研究开发的中心化。Balaji
 Srinivasan和Leland Lee创造了一个指标,叫做中本聪系数(Nakamoto
Coefficient),用来表示不同领域的中心化程度。

[2]我们都知道,出于某些原因,很难找到历史价格数据。我们所是使用的信息来源是PC
 Part
Picker和Camel。与行业的平均水平相比,我们的个人体验差异很大,在相同的时间框架里,价格下跌近两倍。

[3]与此同时,Bitcoin
Core采取的说法是,这是一种存储价值,这实际上明确了代币不是一种促进支付的技术产品,而是一个后来者补偿早期使用者的投资工具。

[4]当然,有些实体是矿池。有些人认为,矿池提供了去中心化,因为他们由多个独立行为主体组成的。这个论点是不对的,理由是:(1)我们查阅了历史记录,当区块打包到区块链的时候,实际上矿池成员之间有一个无法否认的协议,使他们行为一致,(协议)现在记录在区块链上。(2)如果矿池破坏这种货币的话,矿池成员也许会离开,但是历史上,没有任何矿池拥有超过51%的算力,所以没有发生过这样的情况,(3)即使矿池成员离开要搞破坏的矿池,(例如,矿池选择性地审查交易)他们要有检测到这些行为的能力,才能这么做,而大多数的参与者并不会在一开始考虑检测他们。简而言之,矿池提供去中心化这种言论更像是空谈,而不是经过证明的事实。

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