Een nieuw cryptocurrency-routingschema, mede uitgevonden door MIT-onderzoekers, kan de efficiëntie verhogen - en, uiteindelijk, winsten - van bepaalde netwerken die zijn ontworpen om notoir trage blockchain-transacties te versnellen.

Cryptocurrencies zijn veelbelovend voor peer-to-peer financiële transacties, waardoor banken en creditcards mogelijk overbodig worden. Maar er is een schaalbaarheidsprobleem:Bitcoin, bijvoorbeeld, verwerkt slechts een handvol transacties per seconde, terwijl de belangrijkste creditcards honderden of duizenden verwerken. Dat komt omdat de blockchain - de digitale grootboek-cryptocurrencies zijn gebouwd op - erg lang duurt om transacties te verwerken.

Een nieuwe oplossing is "payment channel networks" (PCN's), waar transacties worden voltooid met minimale betrokkenheid van de blockchain. Paren van PCN-gebruikers vormen off-blockchain escrow-accounts met een speciaal bedrag, vormen een grote, onderling verbonden netwerk van gezamenlijke rekeningen. Gebruikers routeren betalingen via deze accounts, alleen de blockchain pingen om de accounts op te zetten en te sluiten, wat de zaken enorm versnelt. Accounts kunnen ook een kleine vergoeding innen wanneer transacties via hen worden gerouteerd.

Inefficiënte routeringsschema's, echter, vertragen zelfs deze snelle oplossingen. Ze putten de saldi van gebruikers in deze accounts vaak uit, hen dwingen om veel geld in elke rekening te investeren of hun rekeningen regelmatig opnieuw in evenwicht te brengen op de blockchain. In een paper die volgende maand wordt gepresenteerd op het USENIX Symposium on Networked Systems Design and Implementation, introduceren de onderzoekers "Spin, " een efficiënter routeringsschema waarmee gebruikers slechts een fractie van het geld in elk account kunnen investeren en ongeveer vier keer meer transacties kunnen verwerken voordat ze opnieuw in evenwicht worden gebracht op de blockchain.

"Het is belangrijk om in balans te zijn, high-throughput routing in PCN's om ervoor te zorgen dat het geld dat gebruikers op gezamenlijke rekeningen zetten, efficiënt wordt gebruikt, " zegt eerste auteur Vibhaalakshmi Sivaraman, een afgestudeerde student in het Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory (CSAIL). "Dit moet efficiënt en lucratief zijn. Dat betekent zoveel mogelijk transacties routeren, met zo min mogelijk geld, om PCN's de beste waar voor hun geld te geven."

Naast Sivaraman op het papier zijn voormalig postdoc Shaileshh Bojja Venkatakrishnan, CSAIL-afgestudeerde studenten Parimarjan Negi en Lei Yang, en Mohammed Alizadeh, een universitair hoofddocent elektrotechniek en informatica en een CSAIL-onderzoeker; Radhika Mittal van de Universiteit van Illinois in Urbana-Champaign; en Kathleen Ruan en Giulia Fanti van de Carnegie Mellon University.

Pakketbetalingen

PCN's zijn sterk afhankelijk van bidirectionele gezamenlijke rekeningen - waar beide partijen geld kunnen ontvangen en verzenden - zodat geld tussen alle gebruikers kan worden gerouteerd. Gebruiker B kan een gezamenlijke rekening hebben met gebruiker A, terwijl ook afzonderlijk wordt gekoppeld aan gebruiker C. Gebruikers A en C zijn niet rechtstreeks verbonden, maar gebruiker A kan geld naar gebruiker C sturen via de gezamenlijke rekeningen A-B en B-C.

Om geld te wisselen, elke partij moet de saldi in hun gezamenlijke rekeningen goedkeuren en bijwerken. Betalingen kunnen alleen worden gerouteerd op kanalen met voldoende geld om de transacties af te handelen, grote problemen veroorzaken.

Traditionele schema's sturen transacties langs de kortst mogelijke weg, zonder op de hoogte te zijn van het saldo van een bepaalde gebruiker of de verzendsnelheid op dat account. Dit kan ertoe leiden dat een van de gebruikers in de gezamenlijke rekening te veel transacties afhandelt en terugvalt naar een saldo van nul, waardoor het geen verdere transacties kan routeren. Bovendien, gebruikers kunnen alleen een volledige betaling verzenden. Als een gebruiker wil verzenden, zeggen, 10 bitcoins, de huidige regelingen proberen het volledige bedrag op de kortst mogelijke weg te duwen. Als dat pad niet alle 10 bitcoins tegelijk kan ondersteunen, ze zullen zoeken naar het volgende kortste pad, enzovoort, wat de transactie kan vertragen of volledig kan mislukken.

Geïnspireerd door een techniek voor internetcommunicatie genaamd pakketschakeling, Spider splitst elke volledige transactie op in kleinere "pakketten" die met verschillende snelheden over verschillende kanalen worden verzonden. Hierdoor kan het schema delen van deze grote betalingen via potentieel laaggefinancierde rekeningen routeren. Elk pakket heeft dan een veel grotere kans om zijn bestemming te bereiken zonder het netwerk te vertragen of in een bepaald account vanwege zijn grootte te worden afgewezen.

"De kortste routeroutering kan onevenwichtigheden veroorzaken tussen accounts die belangrijke betalingskanalen uitputten en het systeem verlammen, "zegt Sivaraman. "Door geld zo te routeren dat de fondsen van beide gebruikers op elke gezamenlijke rekening in evenwicht zijn, kunnen we dezelfde initiële fondsen hergebruiken om zoveel mogelijk transacties te ondersteunen."

Allemaal in de wachtrij

Een andere innovatie was het creëren van wachtrijen bij overbelaste accounts. Als een rekening geen inkomende transacties aankan waarvoor geld moet worden overgemaakt, in plaats van ze af te wijzen, het zet ze in de rij. Vervolgens, het wacht op alle transacties die zijn geld zullen aanvullen - binnen een redelijk tijdsbestek - om die transacties te kunnen verwerken.

"Als je in de rij staat te wachten, maar ik stuur je geld binnen de volgende seconde, u kunt vervolgens elk van deze fondsen gebruiken om uw wachtende transacties te verzenden, ' zegt Sivaraman.

De onderzoekers hebben ook een algoritme gebruikt - gebouwd door Alizadeh en andere onderzoekers - dat de congestie van datacenters in de gaten houdt om wachttijden bij overbelaste accounts te identificeren. Dit helpt de transactiesnelheid te beheersen. Stel dat gebruiker A geld naar gebruiker C stuurt via gebruiker B, die een lange wachtrij heeft. De ontvanger C stuurt de zender A, samen met de betalingsbevestiging, een stukje informatie dat de wachttijd van de transactie bij gebruiker B weergeeft. Als het te lang is, gebruiker A leidt minder transacties via gebruiker B. Naarmate de wachtrijtijd afneemt, rekening A leidt meer transacties via B. Op deze manier door alleen de wachtrijen te bewaken, Spider is in staat om ervoor te zorgen dat het transactiepercentage zowel in evenwicht als zo hoog mogelijk is.

uiteindelijk, hoe evenwichtiger de routering van PCN's, hoe kleiner de vereiste capaciteit, wat betekent, totale fondsen over alle gezamenlijke rekeningen - voor een hoge transactiedoorvoer. In PCN-simulaties, Spider verwerkte 95 procent van alle transacties met slechts 25 procent van de capaciteit die nodig is in traditionele schema's.

De onderzoekers voerden ook tests uit op lastige transacties genaamd "DAG's, " Dit zijn eenrichtingsbetalingen waarbij een gebruiker onvermijdelijk geen geld meer heeft en opnieuw moet worden gebalanceerd op de blockchain. Een belangrijke maatstaf voor de prestaties van PCN's op DAG-transacties is het aantal off-chain-transacties dat is ingeschakeld voor elke transactie op de blockchain. In dit verband, Spider kan acht keer zoveel off-chain transacties verwerken voor elke transactie on-chain. In tegenstelling tot, traditionele schema's ondersteunen slechts twee keer zoveel transacties buiten de keten.

"Zelfs bij extreem frequente herbalancering, traditionele schema's kunnen niet alle DAG-transacties verwerken. Maar met zeer laagfrequente herbalancering, Spider kan ze allemaal voltooien, ' zegt Sivaraman.

Volgende, de onderzoekers maken Spider robuuster voor DAG-transacties, wat voor knelpunten kan zorgen. Ze onderzoeken ook problemen met gegevensprivacy en manieren om gebruikers te stimuleren om Spider te gebruiken.