MIT introduceert Vault: snellere, efficiëntere cryptocurrency met 99% minder data

De nieuwe cryptocurrency Vault verlaagt drastisch de hoeveelheid data die een gebruiker nodig heeft om het netwerk te joinen en transacties te verifiëren. Het vermindert de opslag- en opstartkosten voor 500 miljoen transacties tot 477 MB, vergeleken met 143 GB voor Bitcoin en 5 GB voor Ethereum.

Knelpunten in cryptocurrencies

Voor gedecentraliseerde elektronische betalingen lijken cryptocurrencies de veelbelovendste aanpak. Om echter een groot aantal gebruikers en transacties te ondersteunen, moeten cryptocurrencies twee belangrijke en gerelateerde knelpunten aanpakken: Bootstrapping (hoeveel data een gebruiker moet downloaden om het netwerk te joinen) en opslag (hoeveel data elke gebruiker moet opslaan).

Bijvoorbeeld: om het Bitcoin-netwerk te joinen en te verifiëren dat men een correcte staat ontving, moest een gebruiker per januari 2019 ongeveer 200 GB aan data downloaden. Dit maakt het proces extreem traag voor sommige gebruikers.

Onlangs ontwikkelde een onderzoeksploeg van MIT een nieuwe cryptocurrency die de benodigde data voor het joinen en verifiëren met 99% vermindert ten opzichte van bekende cryptocurrencies. Hierdoor kan het netwerk goed schalen (in tegenstelling tot Bitcoin, waar de kosten niet lineair stijgen met het aantal transacties).

Hoe werkt Vault?

Vault stelt gebruikers in staat het netwerk te joinen door slechts een klein deel van de totale transactiedata te downloaden. Voor verificatie gebruikt het alleen de meest recente transactiedata, die wordt opgesplitst en verdeeld over het netwerk om de verwerkings- en opslagvereisten van de gebruiker te minimaliseren.

Elke blok in deze cryptocurrency bestaat uit een hash (unieke identificatiestring), zijn locatie in de blockchain en een timestamp. Elk nieuw blok bevat een hash van het voorgaande blok, en één blok kan tot 10 MB data dragen — of tot 10.000 transacties — die door alle gebruikers geverifieerd moeten worden.

Vault is gebouwd op een beveiligd cryptocurrency-netwerk genaamd Algorand, dat schaalbaarder is dan andere bestaande cryptocurrencies. Het gebruikt een 'proof-of-stake'-model voor het verifiëren van blokken en het efficiënt laten joinen van nieuwe gebruikers.

Referentie: Fast Bootstrapping for Cryptocurrencies | MIT CSAIL

Een representatieve verificatie-'commissie' wordt gekozen voor elk blok. Gebruikers met meer stake (geld) in het netwerk hebben grotere kans om geselecteerd te worden. In plaats van elke transactie te verifiëren, hoeven gebruikers alleen certificaten te verifiëren om het netwerk te joinen.

Elk nieuw certificaat bevat verificatie-informatie gebaseerd op de voorgaande honderden blokken, bekend als 'broodkruimel'. Bij het joinen matchen gebruikers de broodkruimel van eerdere blokken met die van volgende blokken.

Die broodkruimel kan vervolgens weer gematcht worden met een andere broodkruimel van volgende blokken, en zo verder. Op deze manier hebben gebruikers slechts één vorig blok nodig om een ander blok in de toekomst te verifiëren, waarbij alle tussenliggende blokken overgeslagen worden en een aanzienlijke hoeveelheid bandbreedte bespaard wordt.

Hoe het data-opslagvereisten vermindert

Het sharding-schema in Vault splitst de transactiedata in kleinere stukken en verdeelt het over het netwerk, zodat elke gebruiker geen grote hoeveelheid data hoeft te verwerken om transacties te verifiëren.

Om dit veilig te doen, implementeert Vault een binaire Merkle-boom, waarin de wortelknoop een hash van een enkel blok bevat en elke bladknoop een hash vertegenwoordigt van balansinformatie van één rekening betrokken bij één bloktransactie.

De boom wordt van onder naar boven opgebouwd en de blok-hash en balans-hash worden met elkaar verbonden. Het netwerk voegt de twee kind-knooppen samen om de ouder-knoophash te verkrijgen en een individuele transactie te verifiëren.

De Merkle-boom wordt opgedeeld in individuele shards en aan verschillende sets gebruikers toegewezen. In tegenstelling tot conventionele cryptocurrencies slaat elke shard een kleiner stuk van een massive datastructuur op, wat gebruikers in staat stelt transacties uit andere delen van het netwerk te verifiëren.

Bovendien worden shard-rekeningen met nul saldo voor een bepaalde periode automatisch verwijdert, wat ruimte op het netwerk vrijmaakt.

De implementatie van de Vault-prototype toonde aan dat het de bandbreedte voor het joinen van het netwerk met 90,5% kan verminderen ten opzichte van Ethereum en 99,7% ten opzichte van Bitcoin bij het downloaden van een ledger van 500 miljoen transacties.