Giver cryptocurrency-brugere mere valuta for pengene

En ny cryptocurrency-routing-ordning opfundet af MIT-forskere kan øge effektiviteten - og, ultimativt, overskud - af visse netværk designet til at fremskynde notorisk langsomme blockchain-transaktioner.

Kryptovalutaer lover for peer-to-peer finansielle transaktioner, potentielt gøre banker og kreditkort forældede. Men der er et skalerbarhedsproblem:Bitcoin, for eksempel, behandler kun en håndfuld transaktioner i sekundet, mens større kreditkort behandler hundreder eller tusinder. Det skyldes, at blockchain – den digitale hovedbog, kryptovalutaer er bygget på – tager rigtig lang tid at behandle transaktioner.

En ny løsning er "betalingskanalnetværk" (PCN'er), hvor transaktioner gennemføres med minimal involvering fra blockchain. Par af PCN-brugere danner off-blockchain escrow-konti med et dedikeret beløb, danner en stor, indbyrdes forbundne netværk af fælles konti. Brugere dirigerer betalinger gennem disse konti, pinger kun blockchain for at etablere og lukke konti, hvilket fremskynder tingene dramatisk. Konti kan også opkræve et lille gebyr, når transaktioner bliver dirigeret gennem dem.

Ineffektive ruteplaner, imidlertid, bremse selv disse hurtige løsninger. De opbruger ofte brugernes saldi på disse konti, tvinge dem til at investere mange penge på hver konto eller ofte rebalancere deres konti på blockchain. I et papir, der præsenteres næste måned på USENIX Symposium om netværkssystemers design og implementering, forskerne introducerer "Spider, "en mere effektiv routing-ordning, der lader brugere investere kun en brøkdel af midlerne på hver konto og behandle omkring fire gange flere transaktioner, før de rebalancerer på blockchain.

"Det er vigtigt at have balance, high-throughput routing i PCN'er for at sikre, at de penge, som brugere sætter ind på fælles konti, bruges effektivt, " siger førsteforfatter Vibhaalakshmi Sivaraman, en kandidatstuderende i Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory (CSAIL). "Dette burde være effektivt og en lukrativ forretning. Det betyder at dirigere så mange transaktioner som muligt, med så få midler som muligt, at give PCN'er det bedste valuta for pengene."

Med Sivaraman på papiret er tidligere postdoc Shaileshh Bojja Venkatakrishnan, CSAIL-kandidatstuderende Parimarjan Negi og Lei Yang, og Mohammad Alizadeh, en lektor i elektroteknik og datalogi og en CSAIL-forsker; Radhika Mittal fra University of Illinois i Urbana-Champaign; og Kathleen Ruan og Giulia Fanti fra Carnegie Mellon University.

Pakkebetalinger

PCN'er er stærkt afhængige af tovejs fælles konti - hvor begge parter kan modtage og sende penge - så penge kan dirigeres mellem alle brugere. Bruger B kan have en fælles konto med bruger A, mens de også linker separat til bruger C. Bruger A og C er ikke direkte forbundet, men bruger A kan sende penge til bruger C via A-B og B-C fælles konti.

For at udveksle penge, hver part skal godkende og opdatere saldi på deres fælles konti. Betalinger kan kun dirigeres på kanaler med tilstrækkelige midler til at håndtere transaktionerne, forårsager store problemer.

Traditionelle ordninger sender transaktioner ad den kortest mulige vej, uden at være opmærksom på en given brugers saldo eller afsendelseshastigheden på den konto. Dette kan få en af ​​brugerne på den fælles konto til at håndtere for mange transaktioner og falde til en nulsaldo, gør det ude af stand til at dirigere yderligere transaktioner. Hvad mere er, brugere kan kun sende en fuld betaling. Hvis en bruger ønsker at sende, sige, 10 bitcoins, nuværende ordninger forsøger at presse det fulde beløb på den kortest mulige vej. Hvis den sti ikke kan understøtte alle 10 bitcoins på én gang, de vil søge efter den næste korteste vej, og så videre - hvilket kan bremse eller fuldstændig mislykkes transaktionen.

Inspireret af en teknik til internetkommunikation kaldet pakkeskift, Spider opdeler hver fuld transaktion i mindre "pakker", der sendes på tværs af forskellige kanaler med forskellige hastigheder. Dette lader ordningen rute dele af disse store betalinger gennem potentielt lavt finansierede konti. Hver pakke er så langt mere tilbøjelig til at nå sin destination uden at bremse netværket eller blive afvist på en given konto på grund af dens størrelse.

"Den korteste rute kan forårsage ubalancer mellem konti, der udtømmer vigtige betalingskanaler og lammer systemet, " Sivaraman siger. "Routing penge på en måde, så midlerne fra begge brugere på hver fælles konto er i balance, giver os mulighed for at genbruge de samme indledende midler til at understøtte så mange transaktioner som muligt."

Alle stod i kø

En anden nyskabelse var at skabe køer på overbelastede konti. Hvis en konto ikke kan håndtere indgående transaktioner, der kræver, at den sender penge, i stedet for at afvise dem, det stiller dem i kø. Derefter, det venter på, at alle transaktioner, der vil genopbygge sine midler – inden for en rimelig tidsramme – for at kunne behandle disse transaktioner.

"Hvis du venter i en kø, men jeg sender dig penge inden for det næste sekund, du kan derefter bruge enhver af disse midler til at sende dine ventende transaktioner, " siger Sivaraman.

Forskerne vedtog også en algoritme – bygget af Alizadeh og andre forskere – der overvåger overbelastning af datacentre for at identificere køforsinkelser på overbelastede konti. Dette hjælper med at kontrollere transaktionshastigheden. Lad os sige, at bruger A sender penge til bruger C gennem bruger B, som har lang kø. Modtager C sender afsender A, sammen med betalingsbekræftelsen, en bit information, der repræsenterer transaktionens ventetid hos bruger B. Hvis den er for lang, bruger A ruter færre transaktioner gennem bruger B. Efterhånden som køtiden falder, konto A dirigerer flere transaktioner gennem B. På denne måde, alene ved at overvåge køerne, Spider er i stand til at sikre, at transaktionshastigheden er både afbalanceret og så høj som muligt.

Ultimativt, jo mere afbalanceret ruten af ​​PCN'er, jo mindre den krævede kapacitet – dvs. samlede midler på tværs af alle fælles konti - for høj transaktionsgennemstrømning. I PCN-simuleringer, Spider behandlede 95 procent af alle transaktioner med kun 25 procent af den nødvendige kapacitet i traditionelle ordninger.

Forskerne kørte også tests på vanskelige transaktioner kaldet "DAG'er, " som er envejsbetalinger, hvor en bruger uundgåeligt løber tør for midler og skal rebalancere på blockchainen. En nøglemåling for udførelsen af ​​PCN'er på DAG-transaktioner er antallet af off-chain-transaktioner aktiveret for hver transaktion på blockchainen. I denne forbindelse Spider er i stand til at behandle otte gange så mange off-chain-transaktioner for hver transaktion on-chain. I modsætning, traditionelle ordninger understøtter kun dobbelt så mange off-chain-transaktioner.

"Selv med ekstremt hyppig rebalancering, traditionelle ordninger kan ikke behandle alle DAG-transaktioner. Men med meget lavfrekvent rebalancering, Spider kan fuldføre dem alle, " siger Sivaraman.

Næste, forskerne gør Spider mere robust over for DAG-transaktioner, som kan forårsage flaskehalse. De udforsker også problemer med databeskyttelse og måder at tilskynde brugere til at bruge Spider.