小白如何理解比特币网络改进协议Erlay

Erlay将通过减少网络参与者之间不必要的通信，帮助比特币网络保持去中心化。

关于Erlay将如何影响比特币的猜想图

感谢Gleb Naumenko、Pieter Wuille、Gregory Maxwell、Sasha Fedorova以及Ivan Beschatnikh提出了这一令人惊叹的改进方案。

关于这一技术方案，我首先是在Bitcoin Optech Newsletter (#49)上看到的（强烈推荐）。特别感谢作者能够让技术型读者能够接触到这种技术，而我希望通过这篇文章，让更多的人了解它。

今天，比特币是怎样广播一笔交易的？

下面这个人是Bob（鲍勃）。

Bob（鲍勃）想要发送一笔比特币交易（我们不去考虑他的目的，你可以自行猜测）。

他显然希望自己的交易能够尽快被纳入区块链。为了实现这一点，如果比特币网络中的很多参与者知道Bob（鲍勃）的钱包广播了他的交易，这将是有所帮助的。这将增加他的交易被纳入下一个被创建的交易区块的机会（平均每10分钟发生一次）。

由于Bob（鲍勃）对做某些事情很感兴趣，他并不拥有自己的比特币节点。相反，他相信Alice（爱丽丝）的节点会广播从他钱包所接收到的交易。

Bob（鲍勃）知道Alice（爱丽丝）在使用她的节点时不可能偷他的钱

Alice（爱丽丝）的节点首先检查Bob（鲍勃）的交易，看他的钱包是否对交易进行了签名。

当然，Alice（爱丽丝）的节点还会检查Bob（鲍勃）之前是否有花过他的比特币，这是通过查看Bob（鲍勃）当前未使用交易的记录（称为UTXO）来实现的。

关于“什么是UTXO”的解释

“一笔比特币交易既有一个输入（你的比特币在你控制的地址上），又有一个输出（接收地址）。

每个交易输出，都可以反过来成为下一笔交易的输入。

为了确保你不会两次花费相同的比特币，节点可检查网络上亿笔交易的历史记录，以确定以前是否使用过相同的交易输入。

你可以想象，节点的工作量是有多么庞大，而为了更高效，节点将遍历整个历史记录一次，以创建一个尚未用作交易输入的所有交易输出的列表。

这被称为未花费交易输出，简称为UTXO。

今天，比特币网络中大约有5600万 个UTXO，占用了大约3GB的存储空间。另一方面，整个比特币区块链约220GB，包含超过4.22亿笔交易。

每次发送一笔交易时，节点都会删除已花费的旧UTXO，并添加新的UTXO，以使列表保持最新。”

在检查完所有内容之后，Alice（爱丽丝）的节点，会把有关Bob（鲍勃）的交易信息，告诉它所连接的8个节点。

Bob（鲍勃）可能盲目地信任Alice（爱丽丝）的节点，但它的对等节点则不是。它们将对Alice（爱丽丝）的节点执行与Bob（鲍勃）的交易相同的检查。

正如你可以想象的那样，很多节点在那之后会多次得知关于Bob（鲍勃）的交易，因为它们都以不同的方式连接，并且不知道谁接收到哪些信息。

显然，发送的消息要比需要的信息要多的多，虽然这让比特币用户高度确信：世界上所有的节点都会知道他们的交易。但这给节点带来了不必要且很大的负担。

这些节点发送和接收的数据远比需要的多。准确地说，研究表明，节点间44%的流量都是这些不必要的消息！

这给节点增加了很大的压力，尤其是那些网络连接较为落后的节点，或者随着比特币的使用越来越多，其所有者不能一直为其网络订阅支付越来越多的费用。

而这个问题，正是Erlay协议所要解决的。

如何使用 Erlay协议广播一笔交易

当你忙于了解UTXO以及节点的额外流量时，Bob（鲍勃）已通过教程学习了如何设置自己的比特币节点。

Bob（鲍勃）已使Alice（爱丽丝）成为他的对等节点之一，并将他的交易广播给她，以及其他7个对等节点。在验证了他的交易之后，Bob（鲍勃）的对等节点也会告诉它们的8个对等节点。

Bob（鲍勃）的对等节点用绿色线连接，对等节点各自的对等节点，则用蓝色线连接

一旦这笔交易通过了网络，并不是每个节点都收到了Bob（鲍勃）的交易。如果你没有被包含在一个由8个对等节点所组成的小组当中，你可能被漏掉了。

不用担心，节点不必听到Bob（鲍勃）的交易。相反，它将定期请求所有对等节点已接收的所有交易的概述（sketch）。

1. 每个对等节点发送一个表示它接收到的所有交易的概述（sketch），这比完整发送每笔交易占用的数据要少。

2. 然后，节点将生成它自己收到的交易的概述（sketch），并将此概述（sketch）与它收到的交易进行比较，这就好比一个“找茬”游戏。

3. 然后，节点可以从其对等节点请求其自己的概述（sketch）中所缺少的确切交易。

4. 理解概述（sketch）和缺失交易之间差异的一个很好的比喻，是景观的全景视图（所有交易）或景观中单个花朵或岩石的详细特写（一笔交易）。

Erlay协议的优点和缺点

通过比较这些概述（sketch）以找出差异的方法，会导致一个缺点。这使得一笔交易被全球比特币网络所有节点知道所需花费的时间，要稍长一些（2.6秒）。

由于比特币平均每10分钟产生一个新的数据块，因此这种减速相对于减轻节点大量的负担而言似乎是值得的。

通过这样做，节点可以做较少的工作，那么人们就更容易地运行自己的节点，比特币网络可以保持去中心化。

我们不希望看到只有几个大数据中心运行比特币全节点的情况，因为我们所有人都必须信任它们能够诚实地处理我们的交易。如果这样的事情发生了，我们就会再次回到一个由中央控制的金融机构组成的世界，这是比特币要避免发生的。

你可以试着想想这个Erlay协议是如何失败的，论文的作者也有考虑！

在这里，他们描述了用于比较这些概述（sketch）的最佳参数，以及在节点无法找到概述（sketch）之间差异时，节点可以依靠哪些步骤。

作者们还测试了该协议在一个由6万个节点组成的模拟网络和分布在世界各地的100个节点组成的实时网络上的性能。

如果节点将其对等节点的数量从8个增加到32个，那么它们的流量通常会增加300%，而使用Erlay协议之后，增加的流量花销仅为32%

那么，我们什么时候能够看到Erlay协议会被纳入比特币软件当中呢？

现在，这篇研究论文正在征求反馈意见的状态。

如果其他研究者、测试人员以及开发人员没有提出异议，Gleb Naumenko计划编写一个比特币改进提议（BIP）,然后将其纳入最流行的比特币节点软件：Bitcoin Core.

另外，Erlay只需要584行代码，它不需要对比特币进行任何基本的规则更改，因此不会导致新版本的软件与旧版本不兼容。实际上，激活这一协议，要比其他比特币改进提议要更容易得多。