MIT-Forscher entwickeln eine schnellere und effizientere Kryptowährung:Vault

• Der neue Kryptowährungs-Tresor verringert drastisch die Datenmenge, die ein Benutzer benötigt, um dem Netzwerk beizutreten und Transaktionen zu überprüfen.
• Es reduziert die Speicher- und Bootstrapping-Kosten für 500 Millionen Transaktionen auf 477 MB, verglichen mit 143 GB für Bitcoin und 5 GB für Ethereum.

Für dezentrale elektronische Zahlungen scheinen Kryptowährungen heutzutage der vielversprechendste Ansatz zu sein. Um jedoch eine große Anzahl von Benutzern und Transaktionen zu unterstützen, müssen Kryptowährungen zwei wichtige und damit verbundene Engpässe angehen:Bootstrapping (wie viele Daten ein Benutzer herunterladen muss, um dem Netzwerk beizutreten) und Speicherung (wie viele Daten jeder Benutzer speichern muss).

Um beispielsweise dem Bitcoin-Netzwerk beizutreten und zu überprüfen, ob es einen korrekten Status erhalten hat, muss ein Benutzer ab Januar 2019 ungefähr 200 GB Daten herunterladen. Dies macht den Vorgang für einige Benutzer extrem langsam.

Kürzlich hat ein Forschungsteam am MIT eine neue Kryptowährung entwickelt, die die Datenmenge, die ein Benutzer benötigt, um dem Netzwerk beizutreten und Transaktionen zu überprüfen, im Vergleich zu bestehenden bekannten Kryptowährungen drastisch um bis zu 99% reduziert. Somit kann das Netzwerk gut skalieren (im Gegensatz zu Bitcoin steigen die Kosten nicht linear mit der Anzahl der Transaktionen).

Wie funktioniert diese neue Kryptowährung?

Die neue Kryptowährung namens Vault ermöglicht es Benutzern, dem Netzwerk beizutreten, indem sie nur einen kleinen Teil der gesamten Transaktionsdaten herunterladen. Zur Verifizierung werden nur die neuesten Transaktionsdaten verwendet, die aufgeteilt und über das Netzwerk verteilt werden, um die Verarbeitungs- und Datenspeicheranforderungen des Benutzers zu minimieren.

Jeder einzelne Block in dieser Kryptowährung besteht aus einem Hash (eindeutiger Identifikationsstring), seiner Position in der Blockchain und einem Zeitstempel. Jeder neue Block besteht aus einem Hash des vorherigen Blocks, und ein Block kann bis zu 10 MB Daten – oder bis zu 10.000 Transaktionen – enthalten, die von allen Benutzern verifiziert werden müssen.

Vault basiert auf einem gesicherten Kryptowährungsnetzwerk namens Algorand, das skalierbarer ist als andere bestehende Kryptowährungen. Es verwendet ein „Proof-of-Stake“-Modell, um Blöcke zu überprüfen und es neuen Benutzern zu ermöglichen, dem Netzwerk auf effiziente Weise beizutreten.

Referenz: Schnelles Bootstrapping für Kryptowährungen | MIT CSAIL

Für jeden Block wird ein repräsentativer Verifizierungsausschuss gewählt. Benutzer, die einen höheren Anteil (Geld) im Netzwerk tragen, haben höhere Chancen, ausgewählt zu werden. Anstatt jede Transaktion zu überprüfen, müssen Benutzer nur Zertifikate überprüfen, um dem Netzwerk beizutreten.

Jedes neue Zertifikat enthält Verifizierungsinformationen, die auf Hunderten von vorherigen Blöcken basieren, die als "Breadcrumb" bekannt sind. Zum Zeitpunkt des Beitritts gleichen die Benutzer den Breadcrumb der vorherigen Blöcke mit einem Breadcrumb der folgenden Blöcke ab.

Dieser Breadcrumb kann dann weiter mit einem anderen Breadcrumb der folgenden Blöcke abgeglichen werden, und so weiter. Auf diese Weise benötigen Benutzer nur einen vorherigen Block, um in Zukunft einen anderen Block zu überprüfen, alle dazwischen liegenden Blöcke zu überspringen und eine erhebliche Menge an Bandbreite zu sparen.

Wie es die Anforderungen an die Datenspeicherung reduziert?

Das Sharding-Schema in Vault teilt die Transaktionsdaten in kleinere Blöcke auf und verteilt sie über das Netzwerk, sodass jeder Benutzer keine großen Datenmengen verarbeiten muss, um Transaktionen zu überprüfen.

Um dies auf sichere Weise zu tun, implementiert Vault einen binären Merkle-Baum, in dem der Wurzelknoten einen Hash eines einzelnen Blocks enthält und jeder untere Knoten einen Hash enthält, der die Kontostandsinformationen eines Kontos darstellt, das an einer Blocktransaktion beteiligt ist.

Der Baum wird von unten nach oben aufgebaut und Block-Hash und Balance-Hash werden miteinander verbunden. Das Netzwerk verbindet die beiden untergeordneten Knoten, um den Hash des übergeordneten Knotens zu erhalten und jede einzelne Transaktion zu überprüfen.

Der Merkle-Baum ist in einzelne Shards unterteilt und verschiedenen Benutzergruppen zugeordnet. Im Gegensatz zu herkömmlichen Kryptowährungen speichert jeder Shard ein kleineres Stück einer massiven Datenstruktur, die es Benutzern ermöglicht, Transaktionen aus anderen Teilen des Netzwerks zu überprüfen.

Darüber hinaus werden Shard-Konten, die für einen bestimmten Zeitraum kein Guthaben aufweisen, automatisch verworfen, wodurch Speicherplatz im Netzwerk frei wird.

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Die Implementierung des Vault-Prototyps hat gezeigt, dass die Bandbreite beim Beitritt zum Netzwerk um 90,5 % im Vergleich zu Ethereum und um 99,7 % im Vergleich zu Bitcoin reduziert werden kann, wenn ein Ledger mit 500 Millionen Transaktionen heruntergeladen wird.