加密貨幣可望擺脫專業礦機？MIT人員開發Vault，數據量減少99％

麻省理工學院研究人員開發了一種新型加密貨幣，它能顯著減少用戶加入網路和驗證交易時所涉及的數據量，相比現在流行的加密貨幣，減少幅度最多可達 99%。這意味著網路擴展性將大大提高。

根據麻省理工學院官方新聞發布，在一篇即將於下月在網路與分散式系統安全研討會（Network and Distributed System Security Symposium）上展示的論文中，MIT 研究人員提出了 Vault，這種加密貨幣讓用戶僅需下載部分交易數據就可以加入這個網路。

（來源：MIT News）

在實驗中，與比特幣相比，用戶加入 Vault 網路及驗證交易時所需下載的相關數據量減少了99%，與以太坊相比則是減少 90%。重要的是，Vault 依然確保所有節點都驗證所有的交易，提供與現有各加密貨幣相同的安全性。

該論文共同作者、計算機科學與人工智慧實驗室（CSAIL）研究生 Derek Leung 表示，目前許多加密貨幣在新用戶加入網路和存儲方面遇到了瓶頸，而 Vault 的主要目標是為越來越多的用戶提供更好的可擴展性。

以傳統加密貨幣而言，用戶必須競爭解出方程來驗證區塊，進而獲取相應的獎勵。在這種模式下，隨著網路的擴展，整個系統的速度就會變慢。

以比特幣為例，隨著比特幣的賬戶超過 2200 萬個，其對存儲的要求也愈發地高。2018 年時，若一個用戶想加入比特幣網路，則必須下載高達 150G 的數據。此外還需要存儲所有的賬戶餘額，才能幫助驗證新的用戶，並確保交易者有足夠的資金餘額。這就大大減慢了比特幣網路的速度。

Vault 是搭建在一個名為 Algorand 的新型加密貨幣網路之上，後者是由圖靈獎得主、MIT 教授 Silvio Micali 所發明。

Algorand 使用 「權益證明」（proof-of-stake）的概念來更高效地驗證區塊，並使新用戶更容易加入。對於每一個區塊，都有一個相應的 「驗證代理人委員會」（a representative verification committee）負責。擁有更多「股份」（stake）或者金錢的人，越有可能被選為代理人以驗證交易。用戶所需驗證的是每一筆交易憑證，而非交易本身。

不過 Algorand 的每個塊都包含著驗證當前交易憑證所需的部分關鍵信息，這意味著新用戶必須從鏈中的第一個區塊開始，連同其憑證，按順序依次驗證每個區塊，這可能非常耗時。

為了加快這一過程，研究人員根據一個區塊之前的幾百至 1 千個區塊，給出每個區塊新的憑證驗證信息——稱為「麵包屑」（breadcrumb）。當一個新用戶加入時，他們只需將一個早期區塊的麵包屑與 1 千個區塊之後的麵包屑相匹配，而後者再與另一個位於它 1 千個區塊之後的麵包屑相匹配，依此類推。

正如 Leung 在解釋 Vault 的機理時所講到的，Vault 的論文題目一語雙關。它既是你可以存儲金錢的地方，即金庫，也是可以使你在加入網路時「躍過區塊」（vault over blocks）的區塊鏈。當你需要驗證交易時，只需用使用很久之前的一個區塊來驗證很久之後的一個區塊，並跳過中間所有的塊。這可以大大降低對帶寬的佔用，節省很多時間。

為了降低數據存儲的容量要求，研究人員在設計 Vault 時採用了新型的「分片」（sharding）技術。這種技術將交易數據在整個網路上分成多個更小的部分，或者碎片，使得個人用戶只需運行少量數據以驗證交易。

為了能夠安全地運用分片技術，Vault 使用了一種二進位的數據結構——默克爾樹（Merkle tree）。二進位樹狀結構原理大概是：一個頭部的節點（top node），延伸出兩個分支成為子節點（children node），這兩個子節點又各自延伸出兩個新的分支，形成新的子節點，以此類推。

當需要驗證交易的時候，網路會將兩個子節點組合以獲取其父節點（parent node）的哈希值，重複這個動作，往上推進，直到將所有節點的哈希值匯入」根哈希「（root hash）。如果匯合後的哈希值，與根哈希數值匹配，那麼交易就完成了驗證。儘管只需驗證最終的數值，但對於傳統加密貨幣的用戶來說，他們必須存儲整個樹狀結構的數據。

在 Vault 中，研究人員將默克爾樹劃分為數個碎片（separate shards），並將其分發給多組用戶。每個用戶只需存儲其所持那部分賬戶的餘額信息，以及根哈希值。而這每個碎片都可以使用戶驗證整個網路上的交易，而無需存儲全部樹狀結構的數據。

此外，研究人員還設計了一種新的方案，使網路可以識別和廢棄那些在指定時間內沒有餘額的碎片賬戶；當用戶在 Vault 存儲賬戶數據時，網路會忽略那些舊的、空的賬戶。相比之下，傳統的加密貨幣會保留所有的空賬戶，這增加了數據的存儲量，卻沒有真正的用途，因為後者是不需要進行驗證的。

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