小白如何理解比特币网络改进协议Erlay

前言：此前译者翻译介绍了Pieter Wuille、Gregory Maxwell等人提出的比特币网络改进协议Erlay，但由于文章面向技术读者，理解难度较大。 对此，Sam Wouters 写了一篇更通俗易懂的科普文章，目的是让更多人了解这一改进提案对比特币的积极影响。

以下为译文：

我写这篇非技术性的解释是因为我相信 Erlay 将是比特币最重要的性能改进之一。

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

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Erlay 将如何影响比特币的推测图

感谢 Gleb Naumenko、Pieter Wuille、Gregory Maxwell、Sasha Fedorova 和 Ivan Beschatnikh 做出的这一惊人改进。

我首先在 Bitcoin Optech Newsletter (#49)（强烈推荐）上阅读了这个技术解决方案。 特别感谢作者让技术读者能够接触到这项技术，也希望通过这篇文章，让更多的人了解它。

比特币今天如何广播交易？

下面这个人是鲍勃（Bob）。

鲍勃（Bob）想发送一笔比特币交易（先不考虑他的目的，大家自己猜）。

他显然希望他的交易尽快被包含在区块链中。 为实现这一点，如果比特币网络中的许多参与者知道 Bob 的钱包广播了他的交易，将会很有帮助。 这将增加他的交易被包含在下一个正在创建的交易块中的机会（平均每 10 分钟发生一次）。

由于 Bob 对做某些事情感兴趣，他不拥有自己的比特币节点。 相反，他信任爱丽丝的节点广播从他的钱包收到的交易。

鲍勃（Bob）知道爱丽丝（Alice）在使用她的节点时不能偷他的钱

Alice 的节点首先检查 Bob 的交易，看他的钱包是否签署了交易。

当然，Alice 的节点也会检查 Bob 之前是否花费过他的比特币，这是通过查看 Bob 当前未使用的交易记录（称为 UTXO）来实现的。

关于“什么是UTXO”的解释

“

比特币交易既有输入（您控制的地址中的比特币）又有输出（接收地址）。

每笔交易的输出又可以成为下一笔交易的输入。

为确保您不会两次花费相同的比特币，节点会检查网络的数十亿笔交易历史，以确定之前是否使用过相同的交易输入。

可以想象，节点的工作量是巨大的，为了更高效，节点会遍历整个历史一次，创建一个列表，列出所有还没有被用作交易输入的交易输出。

这称为未花费的交易输出，简称 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为 220GB，包含超过 4.22 亿笔交易。

每次发送交易时，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。

核对无误后，Alice 的节点会将 Bob 的交易信息告知与其相连的 8 个节点。

Bob 可能会盲目地信任 Alice 的节点，但它的对等节点不会。 他们将对 Alice 的节点执行与 Bob 的交易相同的检查。

可以想象，之后很多节点会多次了解 Bob 的交易，因为它们都是以不同的方式连接的，不知道谁收到了哪些信息。

显然，发送的消息比需要的多，尽管这让比特币用户高度相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的巨大负担。

这些节点发送和接收的数据远远超过需要。 准确的说，研究表明节点间44%的流量都是这些无用的消息！

这给节点带来了很大压力，尤其是那些网络连接滞后的节点，或者随着比特币的使用越来越多，其所有者无法继续为网络订阅支付越来越多的费用。

而这个问题也正是Erlay协议要解决的。

如何使用 Erlay 协议广播交易

当您忙于了解 UTXO 和节点的额外流量时，Bob 已经学习了如何设置他自己的比特币节点的教程。

Bob 已经让 Alice 成为他的同伴之一，并向她广播他的交易，以及其他 7 个同伴。 在验证了他的交易之后，Bob 的同行也告诉了他们的 8 个同行。

Bob的peer用绿线连接，他们各自的peer用蓝线连接

一旦交易通过网络，并不是每个节点都收到了 Bob 的交易。 如果您不在 8 人一组中，您可能会被错过。

别担心怎么拥有比特币，节点不必听到 Bob 的交易。 相反，它将定期请求所有对等方已收到的所有交易的草图。

每个节点发送一个代表它收到的所有交易的草图，这比发送每个交易的整体需要更少的数据。 然后，节点将生成自己收到的交易草图，并将该草图与收到的交易进行比较，这是一场“找不同”的游戏。 然后，一个节点可以向其对等节点请求其自己的草图中缺少的确切交易。

理解概览（草图）和缺失交易之间区别的一个很好的比喻是风景的全景图（所有交易）或风景中一朵花或岩石的详细特写（一次交易）。

Erlay协议的优点和缺点

比较这些草图以找出差异的方法导致了一个缺点。 这使得全球比特币网络中的所有节点都知道一笔交易的时间稍长（2.6 秒）。

由于比特币平均每 10 分钟产生一个新区块，与节点的沉重负担相比怎么拥有比特币，这种放缓似乎是值得的。

通过这样做，节点可以做更少的工作，然后人们就可以更容易地运行自己的节点，并且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，因为我们都必须相信他们会诚实地处理我们的交易。 如果发生这样的事情，我们将再次回到中央控制金融机构的世界，而这正是比特币试图避免的。

大家可以试着想想这个Erlay协议是怎么失败的，论文作者也考虑过了！

在这里，他们描述了比较这些草图的最佳参数，以及节点在无法找到草图之间的差异时可以依赖的步骤。

作者还在 60,000 个节点的模拟网络和分布在全球的 100 个节点的实时网络上测试了该协议的性能。

如果节点将其对等体的数量从 8 个增加到 32 个，则其流量通常会增加 300%，而使用 Erlay 协议时，增加的流量成本仅为 32%。

那么，我们什么时候才能看到 Erlay 协议被整合到比特币软件中呢？

这篇研究论文的状态现在正在寻求反馈。

如果其他研究人员、测试人员和开发人员没有异议，Gleb Naumenko 计划编写一份比特币改进提案 (BIP)，然后将其纳入最流行的比特币节点软件：Bitcoin Core。

此外，Erlay 只需要 584 行代码，并且不需要对比特币进行任何基本规则更改，因此不会导致新版本软件与旧版本不兼容。 事实上，激活这个协议比其他比特币改进提议要容易得多。

我希望你喜欢这个解释，这对我来说有点实验性。 如果您喜欢它或对其他比特币相关主题有建议，请告诉我！