TREE: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。

金色午报 | 7月17日午间重要动态一览:7:00-12:00关键词：Visa、币安、Revolut

1.Visa和万事达卡：正在监控币安相关的监管合规动向；

2.Revolut资深员工有机会兑现其持有的公司股份的20%；

3.Polygon链上Sushiswap上线限价订单功能；

4.Uniswap社区发起V3流动性挖矿提案 建议分配165万UNI作为初始奖励；

5.收益聚合器Pancakebunny在Polygon上的版本遭外部攻击 已暂停所有Sushi机池；

6.数据：USDT占比特币交易比重约为63.69%。[2021/7/17 0:59:14]

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。

金色午报 | 10月15日午间重要动态一览:7:00-12:00关键词：Filecoin、华山论剑、数字人民币、加密征税

1.Filecoin官方将对矿工进行补偿，使其进入主网前没有负债。

2.樊纲：深圳开展数字人民币红包试点揭示着未来发展路径。

3.Coinbase、火币等5家大型交易所持有比特币总量的10%。

4.报告：2020上半年加密并购价值已超2019年全年。

5.富士通、JCB和瑞穗银行测试数字身份互操作性。

6.以太坊上的锚定比特币流通量突破14万枚。

7.韩国区块链协会敦促政府推迟2021年10月对加密征税的计划。

8.朱嘉明：我们需要看到区块链和数字转型代表的社会变化。

9.阿里云创始人王坚：城市大脑的数据资源流动在区块链之上。[2020/10/15]

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。

金色晚报 | 4月11日晚间重要动态一览:12:00-21:00关键词：ETH、Reddit、BCH、中芯国际

1. Bitfinex约90%的期货交易员在该平台做多ETH，或与ETH2.0进展有关。

2. Reddit区块链积分系统细节曝光：在以太坊上运行，积分总量2.5亿、可兑换会员福利。

3. 报告：Compound贷款市场累计已达15亿美元。

4. 自媒体：中芯国际或首次入局矿机，与嘉楠合作Q2出货。

5. 广东省委常委会召开会议：运用区块链等技术加强社区网格化智慧化治理。

6. RogerVer：无需担心BCH算力下跌，应专注于增加加密货币的实用性。

7. 点对点加密货币市场VertexMarket获得110万美元投资。

8. KyberSwap现已支持预言机协议BandProtocol。[2020/4/11]

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。

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。

现场 | 金色独家 SEC专家Gary：屏蔽美国公民购买数字资产有悖国家长期利益:SEC专家Gary Aguirre在接受金色财经采访时提到，SEC完全屏蔽美国公民购买数字资产的行为是不合理的，而且有悖于美国的长期利益。他举例说，假设把帝国大厦变成可以购买的数字资产但不能被美国公民所购买，那么以后美国的数字资产将全部被外国人所持有，甚至，今后的升值也跟美国人没有关系，这是很不合理的，而行业正在倒逼SEC重新审视ICO。[2018/6/26]

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。

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。

金色财经现场报道 北京大学国家发展研究院特聘教授周宏骐：未来的智能合约应该是可编程的票据:金色财经现场报道，在2018FINWISE东京纷智峰会上，新加坡国立大学教授、北京大学国家发展研究院特聘教授周宏骐进行以《解构区块链 + 驱动的商业模式创新》为题的现场演讲，他在演讲中指出：数字资产变成智能合约是以太坊2.0时代为我们带来的惊喜。2018年，聪明人都在做公链，这其中最难做的就是智能合约，未来的智能合约应该是可编程的票据，要把商业合约和加密货币写进去。通过使用智能合约与加密货币，重构“商业共生体内”的“交易结构”。区块链技术的出现，减少了角色和业务活动，改变经济效率；让共生体内产生了小型组织、减少摩擦。所有可以成为数字资产的，都可以成为区块链行业的急先锋。区块链可以通过智能合约实现网络上自发自治的新式“自动化组织”。区块链还有增加分配角色的商业逻辑，放大“社区生态”能量场总价值：用智能合约去激励社区更活跃；让个人社交资产变现，共同做大做强。[2018/5/21]

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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