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全节点与区块大小:比特币中保持验证成本低的重要性

2019-07-03 22:58:53
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全节点:比特币共识机制的生命线

全节点是比特币共识机制的核心,因为交易验证是赋予交易真实性及随之而来价值的基础组件。毫不意外,降低运行这些验证节点的成本(如数据存储、带宽等)在比特币社区中具有重要价值。降低全节点运行成本意味着更好的去中心化、更强大的网络,以及所有抗审查优势——尤其是比特币的固定货币政策。在全节点验证者之上,是比特币社会共识对"什么是比特币"的定义,而实际的全节点则强化了比特币协议的可编程和社会共识规则。

区块大小争论

关于节点验证成本的争论以多种形式出现,特别是似乎永无止境的区块大小争论。在自中本聪离开后最具争议的权衡决策之一中,比特币核心社区一直保持着保守、严格限制的区块大小立场。不同的观点最终导致比特币现金从比特币中分裂出来,随后比特币SV又从比特币现金中分裂。

许多比特币核心开发者和贡献者自然将重点放在保持全节点的低验证成本上。讨论范围从减少节点的存储负担(如数据修剪)到提高带宽效率。为什么?因为比特币的长期可行性和可持续性,特别是在其抵抗任意改变固定货币政策方面,严重依赖于繁荣的全节点验证者生态系统。

许多山寨币项目——其中许多是比特币的分叉——详细说明了技术变化,通常是更大的区块大小。更大的区块使每轮共识(在比特币中为10分钟)能够包含更多数据,但代价是全节点验证者需要更大的区块链规模和更多存储空间,以及可能导致矿工中心化而使得手续费市场不复存在。

同样,更大的区块包含更多数据,导致更长的传播周期和延迟,这可能为众多网络层攻击向量打开大门。更大甚至可能无上限区块的最显著影响之一是,它们可能成为任意数据存储的媒介——这对比特币的安全模型构成威胁。

支持更大区块的论点往往强调链上扩容的优势,因为比特币需要在协议之上进行扩展。然而,比特币的闪电网络正逐渐通过长期视角使这种观点显得错误。

因此,比特币社区强调在协议层面平滑验证成本。虽然有许多改进比特币的提案正在酝酿中,但社区普遍认可正在进行的努力并取得了有意义的进展。

减轻存储和节点带宽负载

与比特币相比,以太坊面临着巨大的数据存储问题,这一点在以太坊2.0提出的"状态租金"系统中得到了体现。以太坊的全节点如此之大,以至于开发者称其为"大而可怕的节点",这使得运行完整的验证全节点对绝大多数用户来说成本过高。

比特币虽然没有以太坊那样严重的验证节点存储问题,但仍存在长期问题。保持区块大小上限是一个开始,但关于区块链修剪或压缩验证的讨论可能会在未来几年获得更多关注。比特币的区块链规模是线性增长的,因此其未来规模很容易预测,目前约为227 GB。

今年5月提出的Erlay提案是另一项帮助降低成本、提高验证节点连接性和安全性的最新提案。该论文由知名比特币核心开发者Gregory Maxwell、Pieter Wuille等人发表,阐述了一种降低带宽成本的方法,同时可以在不增加带宽消耗的情况下实现更多连接。

根据该论文:"我们提出了一种新的交易传播协议Erlay,它不仅在当前连接性下减少了40%的带宽消耗,而且随着连接性的增加,带宽使用几乎保持不变。相比之下,现有协议会随着连接数的增加而线性增加带宽消耗。通过以较小的成本允许更多连接,Erlay提高了比特币网络的安全性。而且,正如我们展示的那样,Erlay还能加强网络对试图了解交易起源节点的攻击的防御。"

理解Erlay的安全优势至关重要。通过改变交易广播协议,可以在不增加带宽成本的情况下增加完全验证节点的对等节点数量(据报道可达到32个)。其结果是验证节点之间更具弹性/鲁棒性的连接,这对针对特定全节点的Eclipse攻击等漏洞具有直接优势。

此外,根据该论文:"目前,运营比特币节点所需的总带宽中有一半仅用于交易广播。与区块中继不同,交易传播在之前的工作中很少受到关注。"

一致的带宽成本使得运行全节点更加可行,更重要的是,可以在消费级计算机上实现。在提高安全性方面,Erlay的另一个附带效应是能够通过精确定位交易广播的IP位置来缓解试图去匿名化用户的行为。其他倡议,如Dandelion,也试图规避这种交易映射,随着安全研究人员开始在比特币网络层发现更多漏洞(如BGP劫持),全节点连接成本的作用在比特币未来的设计考虑中占据突出位置显得尤为重要。

从网络层攻击的角度来看,比特币的验证成本是其整体安全模型的关键组成部分,也是维护一个去中心化、抗审查网络的关键,该网络防止其固定货币政策被任意改变——这可以说是其主要价值主张。在全节点层面发现漏洞的努力正在进行中,比特币社区的倡议似乎正通过Erlay等创新来匹配这些努力。

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