石墨烯和CTOR的運(yùn)行原理介紹

CTOR（規(guī)范交易排序）是BCH在2018年11月硬分叉升級(jí)的一項(xiàng)內(nèi)容。最初因?yàn)檫@項(xiàng)內(nèi)容引發(fā)了廣泛的討論，提到CTOR必須提到石墨烯技術(shù)（Graphene協(xié)議），支持者認(rèn)為CTOR能夠有效的配合石墨烯技術(shù)壓縮區(qū)塊大小，優(yōu)化區(qū)塊傳播，有明顯的優(yōu)勢，沒有明顯的缺點(diǎn)。反對(duì)者則認(rèn)為現(xiàn)有的TTOR（拓?fù)浣灰着判颍┓€(wěn)定運(yùn)行多年，更加安全，沒有什么明顯的劣勢，而CTOR則會(huì)帶來未知風(fēng)險(xiǎn)，且沒有明顯的作用。CTOR的爭鋒不斷升級(jí)，甚至后來爆發(fā)的算力戰(zhàn)也有關(guān)于CTOR的爭鋒，不過最終CTOR還是成功應(yīng)用在BCH上。如今已將近半年，石墨烯怎么樣了？CTOR究竟有沒有作用呢？

礦工之痛

礦工希望能夠提升區(qū)塊傳播到各個(gè)節(jié)點(diǎn)的效率，每一秒的延遲都會(huì)降低他們獲得區(qū)塊獎(jiǎng)勵(lì)和手續(xù)費(fèi)的幾率。而每一個(gè)打包區(qū)塊里的交易數(shù)量都會(huì)增加區(qū)塊體積，區(qū)塊越大則占用帶寬越多，則傳播效率越低，為了獲得區(qū)塊獎(jiǎng)勵(lì)，礦工不得不限制區(qū)塊里的交易數(shù)量，或者收取更高的交易費(fèi)來彌補(bǔ)他們降低的成功率。不得不說這是一種極其低效的行為，所以長久以來很多研究都就“如何在盡可能小的寬帶條件下實(shí)現(xiàn)區(qū)塊傳播”這一課題展開了深入的探討。簡而言之，占用的寬帶越小，則傳播的速率就越快。隨后致密區(qū)塊、極瘦區(qū)塊都相繼被提出，但目前為止，效果最好也最被看好的是石墨烯技術(shù)，是公認(rèn)的寬帶占用最少的方案來完成區(qū)塊傳播。

石墨烯和CTOR運(yùn)行原理

當(dāng)用戶進(jìn)行交易時(shí)，包含這筆交易的信息的區(qū)塊會(huì)在全網(wǎng)所有的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行傳播，最終同步至所有節(jié)點(diǎn)。在這一過程中，所有未經(jīng)處理的交易都會(huì)存儲(chǔ)在內(nèi)存當(dāng)中并被統(tǒng)稱為mempool。通常情況下，該交易會(huì)在10分鐘內(nèi)被寫入在一個(gè)區(qū)塊中，在這種情況下，該交易被視為有效并且已經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)處理。

如果一個(gè)節(jié)點(diǎn)需要傳播一個(gè)區(qū)塊上的所有交易，那么它將有如下選擇：一是傳遞包含所有交易的整個(gè)區(qū)塊，這也是過去比特幣一直所采用的方法；二是為區(qū)塊中的所有交易及其次序傳遞標(biāo)識(shí)符，以便接收到標(biāo)識(shí)符的節(jié)點(diǎn)能夠基于mempool中已有的交易來構(gòu)建區(qū)塊。顯然易見的是，第二種方式更有效率，石墨烯正是借助這種方式來減少區(qū)塊傳播所需的帶寬。

使用石墨烯技術(shù)還原新區(qū)塊的節(jié)點(diǎn)往往會(huì)構(gòu)建兩個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：首先，它會(huì)構(gòu)造一個(gè)包含區(qū)塊中的所有交易的布隆過濾器；其次，它構(gòu)建包含區(qū)塊中的所有交易的IBLT（即可逆的布隆查找表）。隨后，這些不附帶整個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)都會(huì)被發(fā)送到各個(gè)節(jié)點(diǎn)上。接收這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)將通過布隆過濾器傳遞mempool中的所有交易，從而提供區(qū)塊中所有交易的列表。然而，由于布隆過濾器可能存在一定的誤報(bào)率，因此列表中的交易可能會(huì)多于實(shí)際數(shù)量，也可能會(huì)遺漏mempool中的交易。考慮到這一隱患，接收數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)將會(huì)從IBLT中解壓縮待處理的交易，從而識(shí)別任何誤報(bào)或遺漏的交易。最后，接收數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)還會(huì)在必要的情況下向其它節(jié)點(diǎn)查詢遺漏的交易。

通過Graphene協(xié)議的這兩個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)足以恢復(fù)區(qū)塊中的所有交易信息，那么，接下來的步驟就是將還原的交易回歸到正確的順序了。第一個(gè)版本的Graphene協(xié)議會(huì)通過布隆過濾器和IBLT來傳遞有關(guān)順序的交易信息。雖然這些信息占用的寬帶并不大，但還是會(huì)隨著區(qū)塊中的交易數(shù)量的增加而增加。而CTOR是作用是使區(qū)塊按照既定規(guī)范順序進(jìn)行交易，自從以后，借助Graphene協(xié)議進(jìn)行的區(qū)塊傳播可以不包含順序信息。此舉進(jìn)一步強(qiáng)化了石墨烯技術(shù)的優(yōu)勢——區(qū)塊可以變得極大，而布隆過濾器和IBLT卻可以維持極小的狀態(tài)。

石墨烯取得初步成效

就在幾天之前，致力于合作開發(fā)石墨烯技術(shù)的馬薩諸塞州立大學(xué)的團(tuán)隊(duì)與Bitcoin Unlimited在reddit/BTC板塊發(fā)布了關(guān)于石墨烯技術(shù)的最新進(jìn)展，對(duì)此我們也及時(shí)發(fā)布了文章同步動(dòng)態(tài)，感興趣的同學(xué)可以翻閱前文。團(tuán)隊(duì)表示石墨烯技術(shù)第一階段的開發(fā)任務(wù)——引入了各種安全性和性能的改進(jìn)已經(jīng)完成，石墨烯技術(shù)開發(fā)工作已經(jīng)完成了一半，第二階段也是最后階段的開發(fā)任務(wù)——實(shí)現(xiàn)了故障恢復(fù)和mempool同步將在兩個(gè)月內(nèi)開始。

團(tuán)隊(duì)也公布了開發(fā)成果，故障率大幅下降，在連續(xù)500個(gè)區(qū)塊的測試中只有2次解碼失敗，4次丟失交易，在完成第二階段后將徹底修復(fù)這一漏洞。而壓縮區(qū)塊的作用極其成功，平均壓縮率高達(dá)99.5%，而超過1000筆TX的區(qū)塊平均壓縮率高達(dá)99.8%。

CTOR有沒有用？?

石墨烯的開發(fā)報(bào)告引起了社區(qū)的廣泛討論，其中很多人特別好奇的是關(guān)于CTOR的采用。對(duì)此，石墨烯團(tuán)隊(duì)專門發(fā)表了關(guān)于CTOR采用情況的報(bào)告。

報(bào)告顯示，從BU客戶端1.6.0版本開始，石墨烯默認(rèn)使用CTOR，不需要再發(fā)送順序信息。開發(fā)者進(jìn)行一項(xiàng)單獨(dú)的實(shí)驗(yàn)：

從區(qū)塊000000000000000002b18e2235e5ae3f62abb4be1bd6e933bafd47899c2ab721開始，在主網(wǎng)上運(yùn)行了兩個(gè)不同的BU節(jié)點(diǎn)。一個(gè)為使用CTOR的版本，一個(gè)為不使用CTOR的版本。共有533個(gè)區(qū)塊，其中13個(gè)區(qū)塊的交易量超過1K。壓縮率計(jì)算為1-g / f，其中g(shù)和f分別是石墨烯和完整塊的字節(jié)大小。

with_ctor：

總體最佳壓縮：0.9988310929281122

平均壓縮（所有塊）：0.9622354472957148

中值壓縮（所有塊）：0.9887816917208885

平均壓縮（塊》 1K tx）：0.9964066061006223

中值壓縮（塊》 1K tx）：0.9976625137327318

no_ctor：

總體最佳壓縮：0.9960665539078787

平均壓縮（所有塊）：0.9595203105258268

中值壓縮（所有塊）：0.9855845466339916

平均壓縮（塊》 1K tx）：0.9915431691098592

中值壓縮（塊》 1K tx）：0.9929303640862496

使用with_ctor over no_ctor，對(duì)所有塊的中值壓縮的改進(jìn)相當(dāng)于區(qū)塊大小減少約21％。對(duì)于交易量超過1K的區(qū)塊，區(qū)塊大小減少約71％。因此我們可以看到with_ctor比no_ctor實(shí)現(xiàn)更好的壓縮。CTOR對(duì)壓縮的提升尤其是對(duì)于超過1K筆交易的區(qū)塊來說非常重要的。這可能也解釋了為什么在BCH壓力測試期間報(bào)告里順序信息占了石墨烯區(qū)塊尺寸的大部分，在報(bào)告里順序信息平均達(dá)到了37.03KB，但在這次的實(shí)驗(yàn)里，只有321.37B，這足以顯示CTOR的巨大作用。

BCH正在實(shí)現(xiàn)技術(shù)領(lǐng)先?

石墨烯和CTOR的階段性成功都顯示了BCH開發(fā)組的強(qiáng)大力量，當(dāng)然目前位置石墨烯還不是成熟的技術(shù)，仍需開發(fā)者繼續(xù)努力，但從開發(fā)速度來看，石墨烯將會(huì)提前與我們見面的時(shí)間。

在目前的擴(kuò)容方案中，閃電網(wǎng)絡(luò)仍然仍然仍然（重要的事情說三遍）處于測試中，最新消息BTC未確認(rèn)交易再次高達(dá)5萬筆，交易確認(rèn)緩慢，提現(xiàn)轉(zhuǎn)賬都受到了較大影響，二層網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容之路渺茫無期；或許是為了特意彰顯128M的容量，BSV習(xí)慣性攢巨塊，最近又爆出6個(gè)區(qū)塊深度重組的丑聞，網(wǎng)絡(luò)安全穩(wěn)定受到質(zhì)疑，交易所紛紛下架，前途堪憂。

在5月份的硬分叉升級(jí)中，BCH將領(lǐng)先BTC先一步上線成熟技術(shù)Schnorr簽名，在此之后BCH的領(lǐng)先地位將進(jìn)一步加強(qiáng)。