以太坊:Turboproof 證明系統初探

編者按：本文來自以太坊愛好者，作者：GuillaumeBallet，翻譯&校對:TrumanW&阿劍，Odaily星球日報經授權轉載。以太坊的狀態數據正不受限制地快速增長，長此以往，將只有少數大型公司才能負擔運行節點的成本。應Alexey的要求，本文描述了我對turboproof證明系統的理解，該技術未來有可能會應用在多種輕客戶端上。以太坊區塊鏈的狀態數據使用十六叉帕特里夏樹來存儲的。數據存儲有兩個層次：地址樹是從地址到賬戶數據的映射。智能合約的數據也存儲在一棵數據樹中，該樹就是由從32字節內存地址到32字節的值的映射構成的。這些默克爾樹存儲對。請注意，鍵的基本單位是半字節，而不是一個字節。這些默克爾樹具有3種類型的節點：葉子節點：這些是對，它們始終是默克爾樹的終端節點。分支節點：內部節點，并且此節點及其所有子節點共享相同的前綴。每個分支節點有17個條目。前16個條目對應于子節點的鍵后綴的第一個半字節。如果存在，則第17個條目是與鍵前綴關聯的值。擴展節點：“捷徑節點”，讓所有子節點共享一個公共前綴。有了擴展節點，就不會建出很多只有一個葉子的分支節點了。舉個例子，以下的樹有一組葉子節點，分支節點以及擴展節點：

Parex完成650萬美元融資，DWF Labs與Bitgert Ventures參投:5月14日消息，社區驅動的去中心化自治組織 Parex 宣布完成 650 萬美元新一輪融資， DWF Labs 和 Bitgert Ventures 參投，其中 DWF Labs 投資了 300 萬美元，Bitgert Ventures 投資了 350 萬美元。

Parex 是由 ParexChain、Parex Pockets、RaccoonSwap、Change 和其他去中心化應用構建的社區驅動的 DAO 生態系統，新資金將用于加速構建環境友好型 DeFi 和 DAO 生態，并計劃推出 PEP-20 測試網之后上線主網。[2023/5/14 15:02:05]

-圖1.一個Trie編碼以下鍵值對：，，和。在此示例中，鍵和值已縮短為2個字節，以提高可讀性。標簽為0到15的行表示分支節點，延伸出來的箭頭所指的半字節是其子節點的前綴。第17個條目未使用，因此未顯示。的那一行是擴展節點，這意味著其子節點必須以這兩個半字節為前綴。終端節點是葉子，左邊的兩個具有前綴，右邊的兩個不需要前綴，因為根據指向它的路徑就能得到完整的鍵。-在實際應用中，這個模型是以太坊很多效率問題的根源，但是它也被證明有很強的韌性。序列化值

Bitstamp：正常運營不受Signature Bank破產影響:金色財經報道，加密交易所Bitstamp推特稱，盡管Signature Bank不幸破產，但我們的正常運營不受影響。[2023/3/13 12:59:58]

一些用例需要在用戶之間傳遞元組。例如，為了節省空間，輕型客戶端僅存儲各默克爾樹的根。因此，為了與狀態進行交互，用戶需要告訴輕客戶端自己的狀態是什么樣的，以便輕客戶端可以執行操作并計算新的狀態根。為壓縮數據，該建構必須能夠將多個賬戶的狀態變化打包成單個證明。在前面的示例的基礎上，這是樹中同時存在和的證明：

-圖2.證明圖1中的樹包含和。除了這兩個值以外的子樹所存儲的值都用原值相應哈希值替代。。-只要在該證明中提供的哈希值就是原值的哈希值，那么根據圖2中的信息計算出的樹根哈希值將與圖1中的樹根哈希值一致。問題是如何序列化數據：給定一個哈希表列表和對列表，人們如何找出樹的結構？例如，僅給出以下輸入：和的對表示子樹的哈希值。人們可能重建出下面這棵樹：

Crypto Capital Venture創始人：比特幣價格可能在六個月內飆升:金色財經報道，Crypto Capital Venture創始人Dan Gambardello在Twitter上分享了他對當前加密貨幣熊市的看法。他認為，與許多人所說的不同，加密市場目前所處的狀態并不比加密社區之前看到的狀態差。 他分享了一張圖表，暗示旗艦加密貨幣比特幣可能有望上漲。

此前，前交易員、主持比特幣播客的知名比特幣人Max Keiser在推特上發布了他對2023年的預測。其中包括比特幣將達到10萬美元，另外兩個國家采用BTC作為法定貨幣，BTC成為主要的選舉議題2023 年的美國大選和其他一些也與比特幣有關。[2023/1/3 22:21:18]

-圖3.因為缺少結構信息而建出的錯誤數據樹-也可能建出下面這樣的數據樹：

dFuture即將開啟DIP-003治理投票:據官方消息，dFuture于9月6日發布DIP-003提案草案后，將于明日17：00正式開啟DAO治理投票。社區可抵押平臺幣DFT獲得投票權，1DFT對應1張票，抵押方式包括DFT抵押分紅、LP抵押加速和LP Token二池抵押。提案DIP-003治理投票將持續5天，預計10月19日17:00結束。[2021/10/13 20:26:25]

-圖4.另一棵因為缺乏結構信息而產生的錯誤數據樹-因此，我們需要編碼結構信息的方法。Turboproof

AlexeyAkhunov的提案仍在制定中，而我這篇獨立的文章也想略盡綿薄，為定義整個概念做點工作。這里介紹的解決方案與我和SinaMahmoodi合作的rust實現相對應。Turboproof分為三個部分：葉子節點的清單哈希值的列表，與樹的原始分支一一對應“結構信息”，即僅使用提供的哈希和葉子如何重建樹的指令列表。為能重建出正確的數據樹，最后一部分被編碼為供堆棧器執行的一系列指令：LEAF表示應從證明的葉子序列中彈出一個葉子節點；BRANCH規定需要創建一個新的分支節點，并且之前構造的節點應存儲為新分支節點的第i個子節點。然后將新節點存儲在堆棧中；ADD規定，應將堆棧頂部的節點設置為堆棧上位于其下方的分支節點的第i個子節點；EXTENSION規定應將堆棧頂部的節點設置為擴展節點的子節點，整個子樹的前綴由半字節ext的序列表示；HASH是表示子樹哈希值的節點。一些例子

動態 | 開源項目Knockturn Allee獲得幣安實驗室獎金:據6月12日幣安實驗室官方消息，開源項目Knockturn Allee及其開發者Alexey Miroshkin獲得最新一輪幣安實驗室獎金。Knockturn Allee為一個Grin支付處理工具，目前Knockturn Allee提供API和WooCommerce/WordProcess插件兩種形式，讓商家可以接受Grin幣支付。其開發者Alexey Miroshkin是Grin核心開發者，也是Grin理事會成員。幣安實驗室獎金由幣安實驗室3月份發起，專門獎勵加密貨幣開源項目。據公開信息，4月份3個加密貨幣開源項目分別獲得15000美元的幣安實驗室獎金。[2019/6/14]

樹

假設整個狀態由以下4個對組成：

這些鍵值對所組成的數據樹表示如下：

-圖5.初始數據樹-證明

我們的證明將是針對兩個鍵0xcafecafe和0xcafedeca的。不需要用到的兩個葉子節點將被轉化為哈希值。然后將證明序列化為：節點以深度優先的順序序列化：

-圖6.證明的節點部分-哈希也按深度優先順序進行序列化。只有一個哈希值，代表0xd*子樹用于重建樹的指令集：

用戶現在可以證明他們知道樹的當前狀態。他們可以將證明發送給中繼器或任何想要確保用戶知道他們自己狀態的人。重建樹

一開始，節點和哈希列表被接受，接著堆棧被初始化為空。

-圖7.重建樹過程的初始狀態-讓我們跟隨這個程序。1.LEAF

-圖8.第一個葉子節點被推入堆棧-2.LEAF

-圖9.兩個葉子節點都在堆棧中-3.BRANCH(14)

-圖10.將序列中的節點設為分支節點，然后彈出堆棧頂部的節點，將后者設置為前者的第14個子節點。如此組成的子樹隨后立即被推入棧頂。-4.ADD(13)

-圖11.彈出堆棧頂部的兩個元素，并添加第二個元素作為第一個元素的第13個子元素。結果被推回堆棧。-5.EXTENSION()

-圖12.將序列中的節點設為擴展節點，擴展節點的前綴為“0xafe”，然后棧頂的元素成為該擴展節點的子節點。完成操作后，整個子樹被推回堆棧。-6.BRANCH(13)

-圖13.將序列中的節點設為分支節點，并讓棧頂的元素成為其第13個子節點。結果再次被壓入堆棧。-7.HASH

-圖14.哈希從證明的哈希列表中提取并推入堆棧的頂部。-8.ADD(14)

-圖15.棧頂的哈希值被添加為樹的第14個子節點。-該程序至此終止，并且堆棧的頂部存有樹的最終版本。該樹與圖6中的樹具有相同的根哈希，并且很簡單就能驗證兩個鍵均存在。Turboproof的意義

以太坊狀態數據正在增長。在撰寫本文時，狀態數據已增長到約占20GB。對于手機來說，這個量級已經太大了。想讓所有人都能訪問網絡，就必須保證不那么強大的設備也能訪問網絡。有了這樣的證明方式，用戶就可以只存儲他們感興趣的數據，并在他們想與區塊鏈進行交互時證明所有權。這就是所謂的輕客戶端。想深一步，人們可以構想用這種“無狀態”的方式來維護主鏈，用戶只需保存鏈上狀態中跟自己有關的部分，并在需要時發布這些信息。這將有助于阻止狀態所需空間的持續增長，并使所有人都能使用以太坊。為了使證明尺寸較小并能快速處理，仍需要做一些工作，好在讓它們變得更加普及也會有助于我們的工作。致謝仰賴于AlexeyAkhunov和SinaMahmoodi的投入和反饋，這篇文章才得以寫就。

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