Turboproof 證明系統初探_TUR

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：

火必：已從Signature Bank和Silvergate Capital撤出所有資金:3月14日消息，火必已從 Signature Bank 和 Silvergate Capital 撤出所有資金，而該交易所客戶的資金未受影響。

火必發言人表示“火必之前在 Silvergate 有一個銀行賬戶，但所有資產都在一段時間前被轉出，目前沒有金融合作伙伴關系”，并補充說存放在 Signature Bank 的資金已取出，送往其他金融機構。孫宇晨表示他們的業務沒有受到那些銀行倒閉的影響。（金十）[2023/3/14 13:03:05]

-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

WGFdesocial完成2000萬美元種子輪融資，Dao venture capital領投:據官方消息，WGFdesocial完成2000萬美元種子輪融資，Dao venture capital領投，WGFdesocial的聯合創始人兼首席執行官Humza Saleem表示，WGFdesocial是一個完全區去中心化的社交平臺，不采集用戶任何數據，這筆資金60%用于早期參與者空投，40%用于WGF生態開發和團隊擴招，WGFdesocial生態將于Q3季度上線，所有參與前期交互的貢獻者獲得空投。[2023/3/5 12:42:45]

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：

Primitive Ventures創始合伙人Dovey Wan宣布認領ApeAvatar頭像:9月28日，Primitive Ventures的創始合伙人，CoinDesk顧問委員會董事Dovey Wan發布推文宣布，她已經認領了專屬的“ApeAvatar”NFT頭像，APENFT基金會捐款總額將達到30000美元。本次慈善NFT認領活動由APENFT基金會聯合幣安NFT平臺、幣安慈善基金會共同舉辦，每有一位嘉賓確認認領，APENFT將捐贈5000美元，善款將被用于應對全球氣候變化，活動計劃邀請50位全球知名人士參與該活動。[2021/9/28 17:11:43]

-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：

idexo完成250萬美元戰略融資，Outlier Ventures等參投:9月15日消息，跨鏈NFT API開發商idexo宣布完成250萬美元戰略融資，投資方包括：Outlier Ventures、Floem Capital、InSquare Ventures、BlackDragon、Heat Capital、Panony、Aspectures Ventures、DAO Capital、CSP DAO、Defiants、C2G Ventures、Crypto Avengers、Moonwhale Ventures 和 Titan Ventures等。資金將用于構建跨鏈NFT和游戲API，推進NFT和GameFi協議的互操作性和可訪問性。idexo生態系統的首次發布將支持Arweave、Avalanche、以太坊、BSC和Polygon區塊鏈。（U.Today）[2021/9/16 23:28:04]

-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：

Social Trading平臺Fbit正式成立一級市場基金Fbit Ventures:據官方消息，Social Trading平臺Fbit正式成立一級市場基金Fbit Ventures，將專注于投資孵化基于Web3.0的交易類早期創業項目，近期已經完成了第一期三千萬美金規模基金的募集。

Fbit作為資管領域平臺，也在探索鏈上資管解決方案。Fbit Ventures還會對被投項目進行流量、技術、商業模式等其他方面的支持，Fbit將與被投項目共建繁榮的web3.0交易生態。[2021/8/3 1:31:32]

-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

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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