如何减少比特币全节点相关的带宽

最近，我和格莱布·诺门科（Gleb Naumenko）以及前同事格雷格·麦克斯韦尔（Greg Maxwell）推出了一个名为miniketch的软件库，用于在分布式系统的节点间同步数据时降低带宽要求。

miniketch最初是作为一个项目的组成部分开发的，该项目研究使用set reconciliation在比特币上的节点之间共享交易数据，即“set reconciliation Relay”或SRR。SRR的目标是显著减少与运行比特币全节点相关的带宽。

该团队决定将miniketch与SRR分开发布，因为它预计将对比特币领域内外的许多其他应用程序有用。

为什么是Minisketch ？

传统上，所有分布式系统都难以在节点之间同步数据——在集中式系统中，告诉节点应该拥有哪些数据，不应该拥有哪些数据要容易得多。

例如，分布式网络中节点间数据同步的一种方法是可逆Bloom查询表（IBLT）。虽然IBLT的CPU需求相对较低，但这是以相对较高的带宽需求为代价实现的，特别是在差异数量较小的情况下。miniketch使用了一种称为PinSketch的带宽效率更高的算法。

与CPISync和Pinsketch最初的实现等其他带宽高效的集协调算法相比，miniketch使用的计算能力要小得多。它比PinSketch快20到100倍，有时比CPISync快1000多倍。

如何实现改进？

Set reconciliation（由miniketch实现）比简单地发送整个数据列表的带宽效率更高，因为它允许主节点生成其列表的数学“草图”。然后，主节点将此消息发送给其他节点，以便与它们自己的列表进行比较。草图的大小只取决于节点之间的期望差异数量，而不取决于集合的总大小。尽管如此，它仍然允许主节点从其他节点中确定地区分它们需要哪些数据。

如果我们把它简化成一个差值，很容易看出它是如何工作的：假设我有一个集合{3，5，7，11}，你有一个集合{3，5，7，9，11}，那么差值是{9}。我们都计算元素的和，得到3+5+7+11=26，你得到3+5+7+9+11=35。我把26这个和发给你，你从和中减去它;差是9。这是可行的，但仅限于找到单一的差异。miniketch通过发送各种类型的数据“和”来概括这一点。结果是，对于N个不同的和，您可以找到N个差异……只要集之间的差异的数量不超过发送的“和”的数量，miniketch总是能够成功地找到所有的差异。

比特币上的Minisketch

比特币网络的健壮性依赖于确保完整节点之间有足够的连接，以阻止Sybiland分区攻击。

不幸的是，比特币节点的大部分数据使用（通常在40%到70%之间）甚至都没有花在交易数据上，而是花在相互宣布新交易以找出要转发哪些交易上。现在，增加节点之间的连接数量会相应地增加带宽开销。这限制了每个节点可以支持的连接数量。

通过使用set reconciliation，可以有效地找出哪些事务尚未中继，而不需要向每个对等方宣布每个事务。查找要中继的事务的带宽开销。

这种解决方案的美妙之处在于，它不需要对比特币的网络共识规则进行任何修改。当双方的软件都支持SRR协议时，SRR将被启用，不会对不支持SRR协议的节点操作人员产生负面影响。

SRR协议仍处于研究的早期阶段，可能要过很长时间才能在比特币网络中得到采用，但像Minisketch这样的进展代表着在改进比特币完全节点的采用和可访问性（以及优化其他分布式网络）方面的一个非常重要的进展。