作者|jack
排版|木木
设计|土豆
小辣椒说：本文来源麻省理工学院新闻网站，发布时间为2019年1月23日，由小辣椒区块链翻译。英文水平有限，恐翻译过程或有疏漏、错误，小辣椒把英文原文放在翻译后面，供大家参考学习。
像比特币这类加密货币是建立在区块链上的网络。在这个网络上，金融交易的账本数据格式化在一系列的区块里。这些网络是分布式的，没有银行或组织管理账户余额资金，由用户联合起来存储和验证交易信息。
但是，分布式会导致网络可扩展性不足的问题。新的用户节点在加入时，需要下载存储此前成千上万个区块数据。新用户加入后还要继续存储新的区块数据，并且帮助验证交易。这使得过交易过程缓慢，或者从计算角度来说有些不切实际。
一篇将在下个月网络和分布式系统安全研讨会展示的论文中，麻省理工的研究人员会介绍一个叫金库(Vault)的加密货币，能够让用户在加入网络时下载仅占总交易数据的一小部分数据。
它还集成了删除占用空间的空账本技术，并允许核查只使用被划分和共享在网络上，尽量减少个人用户的数据存储和处理要求的最新交易数据。
在实验中，与比特币相比，Vault将加入其网络的带宽减少了99%，与以太网相比减少了90%。重要的是，Vault仍然确保所有节点都验证所有事务，提供与现有节点相同的严格安全性。
“目前有很多加密货币在新用户加入和存储方面遇到了瓶颈。我们这里的主要目标时给越来越多的用户提供好的扩展性，”作为的参与者，计算机科学与人工智能实验室(CSAIL)的研究生莱昂说道。
CSAIL的研究人员YossiGilad和NickolaiZeldovich也参与了这项研究。NickolaiZeldovich也是电子工程与计算机科学系(EECS)的教授;还有最近的校友AdamSuhl'18。
跨过区块
加密货币网络中的每个块都包含一个时间戳、它在区块链中的位置以及固定长度的数字和字母字符串(称为“散列”)，这基本上是块的标识。每个新块都包含区块链中前一个块的散列。Vault中的块还包含多达10,000个事务——或10兆字节的数据——这些事务都必须由用户进行验证。区块链的结构，特别是哈希链，确保了对手在不被发现的情况下无法攻击块。
新用户通过下载所有过去的交易数据来加入加密货币网络，或“引导”，以确保它们是安全的和最新的。例如，要在去年加入比特币，用户需要下载50万个区块，总计约为150g。用户还必须存储所有帐户余额，以帮助验证新用户并确保用户有足够的资金完成交易。随着比特币的账户数量超过2200万个，存储要求也越来越高。
研究人员在一种名为Algorand的新型加密货币网络的基础上构建了他们的系统。这种网络由麻省理工学院的福特工程教授SilvioMicali发明。
灰度比特币持仓量降至2021年初水平:金色财经报道，据OKLink数据显示，自2022年年初至今灰度已减持近1万枚BTC，当前灰度比特币持仓量已降至2021年初水平，持有超63.5万枚BTC，占总供应量的3.32%。此前消息，灰度比特币信托负溢价率达35.3%，创历史新低。[2022/9/27 22:33:01]
对于传统的加密货币，用户竞相解验证块的方程，第一个解得到资金的方程。随着网络的扩展，这会减慢事务处理时间。Algorand使用“利害关系证明”概念来更有效地验证块并更好地支持新用户加入。对于每一个区块，都会选出一个具有代表性的核查“委员会”。在网络中拥有更多资金或股份的用户被选中的可能性更高。要加入网络，用户需要验证每个证书，而不是每个事务。
但是每个块都包含一些关键信息，以便在它之前立即验证证书，这意味着新用户必须从链中的第一个块及其证书开始，然后依次验证每个块，这可能很耗时。为了加快速度，研究人员基于几百块或1000块后面的一个块(称为“面包屑”)给每个新的证书验证信息。当一个新用户加入时，他们会将一个早期块的面包屑匹配到前面1000个块的面包屑。这个面包屑可以与前面1000个块的另一个面包屑匹配，等等。
莱昂说:“论文标题是一个双关语。”“金库是一个你可以储存钱的地方，但区块链也让你在加入一个网络时‘金库’跨越街区。”当我引导时，我只需要一个来自过去的块来验证未来的块方法。我可以跳过中间的所有块，这为我们节省了很多带宽。
分而丢弃
为了减少数据存储需求，研究人员设计了一种新的“分片”方案。该技术将事务数据分成更小的部分(或碎片)，在整个网络中共享，因此单个用户只需处理少量数据来验证事务。
为了以一种安全的方式实现共享，Vault使用了一种众所周知的数据结构，称为二进制Merkle树。在二叉树中，单个顶部节点分支为两个“子”节点，而这两个节点又各自分解为两个子节点，以此类推。
在Merkle树中，顶部节点包含一个哈希，称为根哈希。但是树是由底部向上构造的。树将底部的每一对子散列组合起来，形成它们的父散列。它在树中重复这个过程，从每对子节点中分配一个父节点，直到将所有内容组合到根哈希中。在加密货币中，顶部节点包含单个块的散列。每个底部节点包含一个散列，表示块中一个事务涉及的一个帐户的余额信息。balance散列和block散列绑定在一起。
为了验证任何一个事务，网络组合两个子节点以获得父节点散列。它在树上重复这个过程。如果最终的组合散列与块的根散列匹配，则可以验证事务。但是对于传统加密货币，用户必须存储整个树结构。
通过Vault，研究人员将Merkle树分成不同的碎片，分配给不同的用户组。每个用户帐户只在其分配的分片中存储帐户的余额，以及根散列。诀窍是让所有用户存储一层节点，该节点横切整个Merkle树。当用户需要从碎片外部验证事务时，他们会跟踪到该公共层的路径。从这个公共层，他们可以确定分片之外的帐户余额，并正常地继续验证。
上海已研发完成面向web3.0技术的互联网操作系统:金色财经报道，今日下午，上海市政府举行“奋进新征程 建功新时代”党委专题系列第二场新闻发布会——科技创新专场。记者从发布会上获悉，近年来，上海支撑引领新兴产业创新发展，已研发完成面向web3.0技术的互联网操作系统（Conflux OS）。（上证报）[2022/9/20 7:08:29]
莱昂说:“网络的每个碎片负责存储大数据结构的一小部分，但这一小部分允许用户验证来自网络所有其他部分的交易。”
此外，研究人员还设计了一种新的方案，可以识别和丢弃用户指定的在一定时间内没有余额的碎片帐户。其他加密货币保留所有空帐户，这增加了数据存储需求，但没有真正的用途，因为它们不需要验证。当用户在Vault中存储帐户数据时，他们会忽略那些旧的、空的帐户。
英文原文
title：Afaster,moreefficientcryptocurrency
abstract:Designreducesby99percentthedatausersneedtojointhenetworkandverifytransactions.
MITresearchershavedevelopedanewcryptocurrencythatdrasticallyreducesthedatausersneedtojointhenetworkandverifytransactions—byupto99percentcomparedtotoday’spopularcryptocurrencies.Thismeansamuchmorescalablenetwork.
Cryptocurrencies,suchasthepopularBitcoin,arenetworksbuiltontheblockchain,afinancialledgerformattedinasequenceofindividualblocks,eachcontainingtransactiondata.Thesenetworksaredecentralized,meaningtherearenobanksororganizationstomanagefundsandbalances,sousersjoinforcestostoreandverifythetransactions.
Butdecentralizationleadstoascalabilityproblem.Tojoinacryptocurrency,newusersmustdownloadandstorealltransactiondatafromhundredsofthousandsofindividualblocks.Theymustalsostorethesedatatousetheserviceandhelpverifytransactions.Thismakestheprocesssloworcomputationallyimpracticalforsome.
Coinbase Prime已面向机构上线ETH2质押:6月22日消息，官方消息，Coinbase Prime宣布已面向机构上线ETH2质押，今天开始产生收益。客户现在可以创建一个ETH2钱包并直接从Coinbase Prime发起质押。[2022/6/22 4:44:10]
InapaperbeingpresentedattheNetworkandDistributedSystemSecuritySymposiumnextmonth,theMITresearchersintroduceVault,acryptocurrencythatletsusersjointhenetworkbydownloadingonlyafractionofthetotaltransactiondata.
Italsoincorporatestechniquesthatdeleteemptyaccountsthattakeupspace,andenablesverificationsusingonlythemostrecenttransactiondatathataredividedandsharedacrossthenetwork,minimizinganindividualuser’sdatastorageandprocessingrequirements.
Inexperiments,Vaultreducedthebandwidthforjoiningitsnetworkby99percentcomparedtoBitcoinand90percentcomparedtoEthereum,whichisconsideredoneoftoday’smostefficientcryptocurrencies.Importantly,Vaultstillensuresthatallnodesvalidatealltransactions,providingtightsecurityequaltoitsexistingcounterparts.
“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.
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，翻译小辣椒&有道，来源MITNEWS。链接：
http://news.mit.edu/2019/vault-faster-more-efficient-cryptocurrency-0124
如果大家对研究成果有疑问，可以邮件联系麻省理工学院新闻办公室负责人Abby。
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