可逆式布鲁姆查找表(IBLT) , 如何促进比特币的去中心化

比特币系统（Bitcoin）需要矿工（或者说矿池）以及全节点的分散化，以实现某些人认为的比特币核心属性：抗审查性（ censorship resistance）。因此，区块大小争议也意味着是一种权衡。更大的区块，允许比特币网络可以承载更多的交易，但也会带来问题，它需要更多的时间来传播交易，这将有利于大矿工和矿池，同时增加的数据传递对于用户运行全节点而言，也是一种打击。

幸运的是，当前也存在着一些提议，它们可以增加比特币网络的效率，并减少更大区块会产生的风险。而其中最有前途的创新，就是可逆式布鲁姆查找表（Invertible Bloom Lookup Table），或简称为IBLT。这一概念首先是由Bitcoin Core和Bitcoin XT开发者加文·安德烈森（Gavin Andresen）提出的，并且它也得到了应用，例如Blockstream的闪电网络（Lightning Network）开发者Paul “Rusty” Russell，他就在应用IBLT这一想法。

“如果我们能够完成这项工作，这意味着比特币网络对带宽的需求会更少，块数据也会更少，这将有利于网络的健康，” Russell说。

冗余

那这个可逆式布鲁姆查找表解决了什么问题呢？

通常情况下，所有的比特币交易，都是通过节点到节点来完成对等式网络的交易，然后通过个人节点的内存池（mempool，记录未确认的交易）进行存储。当一位矿工发现一个区块时，它包括（部分）区块中的交易，随后在同一对等网络中广播该区块。 当然，这意味着，区块中所有的交易，都有效地在网络上发送了两次：一次作为一笔交易，另一次则作为区块的一部分。

Russell 解释说：

“在区块中已经有了冗余。大多数节点已知道该区块包含的一些内容了。因为他们已经看到过了，如果我们能够优化它，那我们就可以加快区块的广播速度。这也降低了中心化的压力，因为矿工们可以更快地将他们的区块弄出来，同时网络也可以更好地运行… 这很赞哈。”

可逆式布鲁姆查找表的魔力

我们需要可逆式布鲁姆查找表来解决的问题，主要是区块中的交易集 , 它们通常并非完全相同的，原因在于，这些交易集存储在所有个人节点的内存池当中。而其中最大的差异，则是区块在被发现之前最后通过网络的交易。此外，所有个人节点的内存池，彼此之间通常也稍有不同。这就使得，如果没有看到整个区块，我们很难知道在一个新区块中，一位矿工所进行的交易。

这就是可逆式布鲁姆查找表要解决的问题，可逆式布鲁姆查找表结合了多种数学技巧，可以让交易集达到一致状态。因此，它们可以允许两个不同的内存池进行对照以及协调。

其基本原理如下：

首先，在一个区块中包含的所有交易，都会写入一个表（table）中，每一笔交易会始于表上每一个不同的点。然而，存在的交易数远多于表的空间（room），所以它会导致令人绝望的重叠结果。这使得IBLT显得非常地密集，但对于那些无法访问任何交易数据的人而言，IBLT是无法读取的，也是无法破译的。

而那些拥有交易数据的人，可通过使用类似的逻辑，将他自己的交易填充到一个IBLT，然后比较IBLT上的重叠交易数据。如果两个IBLT最终看起来完全一样，这意味着所有的交易，是完全匹配的。

即使这两个IBLT，最终看起来并不是完全相同，但只要交易集是非常相似的，这可能仍然是有用的。这种情况下，这两个IBLT可以进行比较，用这种方式，所有相同的交易就可以抵消掉一方。而IBLT中“剩余的”交易，往往可以用于重构丢失的交易。

因此没必要在对等式网络上广播完整的区块，节点可以广播更小的IBLT。这需要的数据也就更少了，速度也就更快了。

效率

而且这种想法也得到了改善。在Russell的设计中，甚至都不需要将新区块中所有的交易都填入IBLT中。取而代之的是，比特币对等式网络上相互连接的节点，让好的节点来广播给对等节点。 这可能会增加广播的时间，但会更进一步减少数据的使用。

“加文最初的想法，是矿工会产生IBLT，将同一个IBLT发送给网络上的每一个节点，” Russell说，“但是，当我们开始使用这个概念时，事实证明生成IBLT是非常快的。那么，为何不尝试让每一个节点都可以生成IBLT呢？让每一个对等节点都生成IBLT，因为每个节点对它的内存池，到一个对等节点有多近是最为了解的。”

此外，相互连接的节点可以不断学习理解对方节点的行为。一旦一个节点收到了网络中的一个IBLT，并构造出一个有效区块，该节点会知道它丢失了多少的交易。此外，节点会随时间了解到它的对等节点，会有多少交易是与它不同的。这种差异会体现在IBLT中，然后节点会发送给它的对等节点。

这样，IBLT系统就可以随时间而自我改善，限制通过网络的传输数据到最低限度。

“理想情况下，如果我们能将这个东西填入两个IP数据包，”他说，“我们将快如闪电。”

关于 IBLT和比特币的细节，可以在 Russell的博客和安德烈森在GitHub上的贡献中找到。

原文：https://bitcoinmagazine.com/articles/how-the-magic-of-iblts-could-boost-bitcoin-s-decentralization-1448382673
作者：Aaron van Wirdum
编译：洒脱喜
责编：洒脱喜
稿源（译）：巴比特资讯（http://www.8btc.com/iblts-bitcoin-decentralization）

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