MIT stellt Vault vor: Schnellere, effizientere Kryptowährung

Die neue Kryptowährung Vault verringert drastisch die Datenmenge, die ein Nutzer benötigt, um dem Netzwerk beizutreten und Transaktionen zu verifizieren. Sie reduziert Speicher- und Bootstrap-Kosten für 500 Millionen Transaktionen auf 477 MB, verglichen mit 143 GB bei Bitcoin und 5 GB bei Ethereum.

Herausforderungen bei Kryptowährungen

Für dezentrale elektronische Zahlungen scheinen Kryptowährungen derzeit der vielversprechendste Ansatz. Um jedoch viele Nutzer und Transaktionen zu unterstützen, müssen sie zwei wichtige, verwandte Engpässe angehen: Bootstrapping (wie viele Daten ein Nutzer herunterladen muss, um dem Netzwerk beizutreten) und Speicher (wie viele Daten jeder Nutzer speichern muss).

Um beispielsweise dem Bitcoin-Netzwerk beizutreten und zu verifizieren, dass es einen korrekten Zustand empfangen hat, musste ein Nutzer ab Januar 2019 etwa 200 GB Daten herunterladen. Dies macht den Prozess für manche Nutzer extrem langsam.

Kürzlich entwickelte ein Forschungsteam am MIT eine neue Kryptowährung, die die Datenmenge, die ein Nutzer benötigt, um dem Netzwerk beizutreten und Transaktionen zu verifizieren, um bis zu 99 % im Vergleich zu bestehenden bekannten Kryptowährungen verringert. Damit kann das Netzwerk gut skalieren (anders als Bitcoin steigen die Kosten nicht linear mit der Transaktionsanzahl).

Funktionsweise von Vault

Die neue Kryptowährung namens Vault ermöglicht es Nutzern, dem Netzwerk beizutreten, indem sie nur einen kleinen Teil der gesamten Transaktionsdaten herunterladen. Zur Verifizierung verwendet sie nur die aktuellsten Transaktionsdaten, die aufgeteilt und über das Netzwerk verteilt werden, um die Verarbeitungs- und Speicheranforderungen der Nutzer 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 enthält einen Hash des vorherigen Blocks, und ein Block kann bis zu 10 MB Daten – oder bis zu 10.000 Transaktionen – tragen, die von allen Nutzern verifiziert werden müssen.

Vault basiert auf einem sicheren Kryptowährungsnetzwerk namens Algorand, das skalierbarer ist als andere bestehende Kryptowährungen. Es nutzt ein «Proof-of-Stake»-Modell zur Verifizierung von Blöcken und zum effizienten Beitritt neuer Nutzer.

Referenz: Fast Bootstrapping for Cryptocurrencies | MIT CSAIL

Ein repräsentatives Verifikations-«Komitee» wird für jeden Block ausgewählt. Nutzer mit mehr Einsatz (Geld) im Netzwerk haben höhere Chancen, ausgewählt zu werden. Statt jede Transaktion zu verifizieren, müssen Nutzer nur Zertifikate verifizieren, um dem Netzwerk beizutreten.

Jedes neue Zertifikat enthält Verifikationsinformationen basierend auf den vorherigen hunderten Blöcken, bekannt als «Breadcrumb». Beim Beitritt vergleichen Nutzer den Breadcrumb vorheriger Blöcke mit dem Breadcrumb nachfolgender Blöcke.

Dieser Breadcrumb kann dann mit einem weiteren Breadcrumb nachfolgender Blöcke abgeglichen werden, und so weiter. Auf diese Weise benötigen Nutzer nur einen vorherigen Block, um einen anderen Block in der Zukunft zu verifizieren, wobei alle dazwischenliegenden Blöcke übersprungen werden und erheblich Bandbreite gespart wird.

Reduzierung der Datenspeicheranforderungen

Das Sharding-Schema in Vault teilt die Transaktionsdaten in kleinere Teile auf und verteilt sie über das Netzwerk, sodass nicht jeder Nutzer ein großes Datenvolumen verarbeiten muss, um Transaktionen zu verifizieren.

Um dies sicher zu tun, implementiert Vault einen binären Merkle-Baum, in dem der Wurzelknoten einen Hash eines einzelnen Blocks enthält und jeder untere Knoten einen Hash, der die Bilanzinformationen eines an einer Blocktransaktion beteiligten Kontos repräsentiert.

Der Baum wird von unten nach oben aufgebaut, und Block-Hash und Bilanz-Hash werden miteinander verbunden. Das Netzwerk verbindet die beiden Kindknoten, um den Elternknoten-Hash zu erhalten und jede einzelne Transaktion zu verifizieren.

Der Merkle-Baum wird in einzelne Shards aufgeteilt und verschiedenen Nutzergruppen zugewiesen. Im Gegensatz zu konventionellen Kryptowährungen speichert jeder Shard ein kleineres Stück einer massiven Datenstruktur, was Nutzern ermöglicht, Transaktionen aus anderen Netzwerkteilen zu verifizieren.

Zudem werden Shard-Konten, die für einen bestimmten Zeitraum einen Nullsaldo aufweisen, automatisch verworfen, was Speicherplatz im Netzwerk freigibt.

Die Implementierung des Vault-Prototyps zeigte, dass sie die Bandbreite für den Netzwerkbeitritt um 90,5 % im Vergleich zu Ethereum und 99,7 % im Vergleich zu Bitcoin reduzieren kann, wenn ein Ledger mit 500 Millionen Transaktionen heruntergeladen wird.