MIT -forskare har utvecklat en ny kryptovaluta som drastiskt minskar dataanvändarnas behov för att gå med i nätverket och verifiera transaktioner - med upp till 99 procent jämfört med dagens populära kryptovalutor. Detta innebär ett mycket mer skalbart nätverk.

Kryptovalutor, som den populära Bitcoin, är nätverk byggda på blockchain, en ekonomisk huvudbok formaterad i en sekvens av enskilda block, var och en innehåller transaktionsdata. Dessa nätverk är decentraliserade, vilket betyder att det inte finns några banker eller organisationer för att hantera medel och saldon, så att användare går samman för att lagra och verifiera transaktionerna.

Men decentralisering leder till ett skalbarhetsproblem. För att gå med i en kryptovaluta, nya användare måste ladda ner och lagra all transaktionsdata från hundratusentals enskilda block. De måste också lagra dessa data för att kunna använda tjänsten och hjälpa till att verifiera transaktioner. Detta gör processen långsam eller beräknande opraktisk för vissa.

I ett dokument som presenteras på Network and Distributed System Security Symposium nästa månad, MIT -forskarna introducerar Vault, en kryptovaluta som låter användare gå med i nätverket genom att bara ladda ner en bråkdel av den totala transaktionsdata. Det innehåller också tekniker som tar bort tomma konton som tar plats, och möjliggör verifieringar med endast de senaste transaktionsdata som delas och delas över nätverket, minimera en enskild användares datalagring och bearbetningskrav.

I experiment, Vault minskade bandbredden för att ansluta sig till sitt nätverk med 99 procent jämfört med Bitcoin och 90 procent jämfört med Ethereum, som anses vara en av dagens mest effektiva kryptovalutor. Viktigt, Valv säkerställer fortfarande att alla noder validerar alla transaktioner, tillhandahåller tät säkerhet lika med sina befintliga motsvarigheter.

"För närvarande finns det många kryptovalutor, men de träffar flaskhalsar relaterade till att gå med i systemet som ny användare och lagring. Det breda målet här är att göra det möjligt för kryptovalutor att skala bra för fler och fler användare, "säger medförfattaren Derek Leung, en doktorand i datavetenskap och artificiell intelligenslaboratorium (CSAIL).

Anslutande till Leung på tidningen är CSAIL -forskarna Yossi Gilad och Nickolai Zeldovich, som också är professor vid Institutionen för elektroteknik och datavetenskap (EECS); och den senaste alumnen Adam Suhl '18.

Valv över block

Varje block i ett kryptovaluta -nätverk innehåller en tidsstämpel, dess plats i blockchain, och sträng med fast längd med siffror och bokstäver, kallas "hash", "det är i princip blockets identifiering. Varje nytt block innehåller hash från det tidigare blocket i blockchain. Block i Vault innehåller också upp till 10, 000 transaktioner - eller 10 megabyte data - som alla måste verifieras av användarna. Blockchainens struktur och, särskilt, haschkedjan, säkerställer att en motståndare inte kan hacka blocken utan detektion.

Nya användare går med i kryptovaluta -nätverk, eller "bootstrap, "genom att ladda ner alla tidigare transaktionsdata för att säkerställa att de är säkra och uppdaterade. För att gå med i Bitcoin förra året, till exempel, en användare skulle ladda ner 500, 000 block på totalt 150 gigabyte. Användare måste också lagra alla kontosaldon för att verifiera nya användare och se till att användare har tillräckligt med pengar för att slutföra transaktioner. Lagringskraven blir stora, eftersom Bitcoin expanderar bortom 22 miljoner konton.

Forskarna byggde sitt system ovanpå ett nytt kryptovaluta -nätverk som heter Algorand - uppfunnet av Silvio Micali, Ford -professor i teknik vid MIT - det är säkert, decentraliserad, och mer skalbar än andra kryptovalutor.

Med traditionella kryptovalutor, användare tävlar om att lösa ekvationer som validerar block, med den första att lösa ekvationerna som tar emot medel. När nätverket skalas, Detta saktar ner transaktionens behandlingstider. Algorand använder ett "proof-of-stake" -koncept för att mer effektivt verifiera block och bättre möjliggöra för nya användare att gå med. För varje block, väljs en representativ verifieringskommitté. Användare med mer pengar - eller insats - i nätverket har större sannolikhet att bli utvalda. För att gå med i nätverket, användare verifierar varje certifikat, inte varje transaktion.

Men varje block innehåller en del viktig information för att validera certifikatet omedelbart före det, vilket innebär att nya användare måste börja med det första blocket i kedjan, tillsammans med sitt certifikat, och validera var och en i ordning, vilket kan vara tidskrävande. För att påskynda saker, forskarna ger varje ny certifikatverifieringsinformation baserad på ett block några hundra eller 1, 000 kvarter bakom det - kallat en "ströbröd". När en ny användare ansluter sig, de matchar ströbrödet i ett tidigt block till ett brödsmul 1, 000 kvarter framåt. Att brödsmulan kan matchas med en annan ströbröd 1, 000 kvarter framåt, och så vidare.

"Papperstiteln är en ordlek, "Säger Leung." Ett valv är en plats där du kan lagra pengar, men blockchain låter dig också "välva" över block när du ansluter till ett nätverk. När jag startar, Jag behöver bara ett block from way tidigare för att verifiera ett block sätt i framtiden. Jag kan hoppa över alla block däremellan, vilket sparar oss mycket bandbredd. "

Dela och släng

För att minska kraven på datalagring, forskarna designade Vault med ett nytt "sharding" -schema. Tekniken delar upp transaktionsdata i mindre delar - eller skärvor - som de delar över nätverket, så enskilda användare behöver bara bearbeta små mängder data för att verifiera transaktioner.

För att implementera delning på ett säkert sätt, Vault använder en välkänd datastruktur som kallas ett binärt Merkle-träd. I binära träd, en enda toppnod förgrenar sig till två "barn" -noder, och de två noder bryter var och en i två barnnoder, och så vidare.

I Merkle -träd, den översta noden innehåller en enda hash, kallas en root hash. Men trädet är konstruerat från botten, upp. Trädet kombinerar varje par barn hashar längs botten för att bilda deras förälder hash. Det upprepar att processen upp i trädet, tilldela en föräldernod från varje par barnnoder, tills det kombinerar allt i rothashen. I kryptovalutor, den översta noden innehåller en hash av ett enda block. Varje nedre nod innehåller en hash som anger balansinformationen om ett konto som är involverat i en transaktion i blocket. Balanshashen och blockhashen är bundna ihop.

För att verifiera en transaktion, nätverket kombinerar de två barns noder för att få föräldernoden hash. Det upprepar den processen att arbeta upp trädet. Om den slutliga kombinerade hash matchar rothashen i blocket, transaktionen kan verifieras. Men med traditionella kryptovalutor, användare måste lagra hela trädstrukturen.

Med valv, forskarna delar upp Merkle -trädet i separata skärvor som tilldelas separata grupper av användare. Varje användarkonto lagrar bara kontonas saldo i sitt tilldelade skärv, samt rothasar. Tricket är att låta alla användare lagra ett lager av noder som skär över hela Merkle -trädet. När en användare behöver verifiera en transaktion från utsidan av sin skärva, de spårar en väg till det gemensamma lagret. Från det gemensamma lagret, de kan bestämma kontosaldot utanför deras skärva, och fortsätter valideringen normalt.

"Varje skärva i nätverket ansvarar för att lagra en mindre bit av en stor datastruktur, men det här lilla segmentet tillåter användare att verifiera transaktioner från alla andra delar av nätverket, "Säger Leung.

Denna artikel publiceras på nytt med tillstånd av MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), en populär webbplats som täcker nyheter om MIT -forskning, innovation och undervisning.