Blockchains marasa izinin, kamar yadda Bitcoin da Ethereum suka nuna, sun kawo sauyi mai girma ga tsarin da ba na tsakiya ba amma suna fuskantar suka mai mahimmanci saboda yawan albarkatun da suke bukata. Yayin da amfani da makamashi na Proof-of-Work (PoW) ya kasance batun muhawara, nauyin ajiya mai girma kuma yana karuwa da cikakken nodes ke bukata bai sami kulawa sosai ba. Wannan takarda tana magance wannan gibi ta hanyar gabatar da nazari na farko na zahiri kan yadda nodes na blockchain ke amfani da bayanan littafin lissafi don tabbatar da ma'amala da toshe. Babban manufa ita ce bincika da kuma auna dabarun da za su iya rage girman ajiyar tsarin blockchains na PoW daga gigabyte ɗari zuwa ma'auni mai sauƙi, ba tare da buƙatar canza tsarin sadarwar cibiyar sadarwa ba.
Tsarin tsaro na tsarin blockchains kamar Bitcoin yana buƙatar cikakkun nodes su adana kuma su tabbatar da duk tarihin ma'amala. Wannan yana haifar da babban cikas ga shiga, yana iyakance rarraba cibiyar sadarwa.
Har zuwa lokacin binciken, tsarin blockchain na Bitcoin yana buƙatar ajiya fiye da 370 GB. Wannan girma yana da layi tare da amfani da lokaci, yana haifar da ƙalubale na dogon lokaci. Babban buƙatun ajiya yana hana masu amfani gudanar da cikakkun nodes, wanda zai iya haifar da tsakiya tsakanin ƴan ƙungiyoyi masu albarkatu, wanda ya saba wa ka'idar tushe na rarraba.
Hanyoyin da suka gabata sun haɗa da tsarin bincike da tsarin hoto, waɗanda ke buƙatar ƙaƙƙarfan cokali mai yatsu ko canje-canje a matakin yarjejeniya. Bitcoin Core yana ba da zaɓi na yanke bishiya, amma ba shi da jagora mai hankali—dole ne masu amfani su zaɓi kofa na riƙewa (a cikin GB ko tsayin toshe) da son rai, suna haɗarin share Abubuwan Ma'amalar da ba a kashe ba (UTXOs) ko adana bayanan da ba dole ba.
Binciken ya dogara ne akan nazari na bayanai na ainihin aikin node na Bitcoin.
Marubutan sun ƙera abokan cinikin Bitcoin Core don saka idanu da yin rajista duk ayyukan karanta faifai yayin aikin node na yau da kullun na tsawon lokaci. Wannan ya haifar da cikakken bayani game da wane takamaiman bayani (tsofaffin tubalan, ma'amaloli) ana samun dama yayin tabbatar da sabbin tubalan da ma'amaloli.
Babban binciken shine cewa mafi yawan bayanan tarihin blockchain ba a cika samun dama ba. Tabbatarwa ya dogara da farko akan:
Wannan tsarin yana nuna babban maimaitawa a cikin adana dukan sarkar a cikin gida.
Dangane da nazarin zahiri, takarda ta ba da shawarar dabarun bangaren abokin ciniki.
Dabarar da ta fi dacewa nan da nan ita ce algorithm na yanke bishiya mai hankali. Maimakon yanke tsayin toshe mai sauƙi, node na iya riƙe da ƙarfi:
Wannan hanyar ta dace da abokan Bitcoin da ke akwai.
Don ƙarin ragewa, nodes na iya ɗaukar tsarin "jawo-mara-kyau". Idan ma'amalar tarihi da ake buƙata ba ta adana a cikin gida ba, node na iya nema ta akan-buƙata daga cibiyar sadarwar abokan. Wannan yana musanya ƙarar ƙarar lokacin tabbatarwa (lokacin jawo) don adana ajiya mai yawa. Hujjojin sirri, kamar hujjojin Merkle, na iya tabbatar da ingancin bayanan da aka jawo ba tare da amincewa da abokin ba.
Nazarin ya nuna cewa ta hanyar aiwatar da dabarar yanke bishiya mai hankali, cikakkiyar node na Bitcoin na iya rage buƙatun ajiya na gida zuwa kusan 15 GB yayin da yake riƙe da cikakkun ikon tabbatarwa. Wannan ya haɗa da saitin UTXO (~4-5 GB), duk kanun tubalan (~50 MB), da taga na cikakkun tubalan kwanan nan.
Dabarar "jawo-mara-kyau" tana haifar da ƙaramin nauyin lissafi don samarwa ko tabbatar da hujjojin Merkle. Babban musayar shine yuwuwar ƙara lokacin tabbatar da toshe lokacin da ake buƙatar jawo cibiyar sadarwa, wanda aka kiyasta ya kasance a cikin tsari na ɗaruruwan millisecond a ƙarƙashin yanayin cibiyar sadarwa na yau da kullun—ƙaramin farashi don ba da damar nodes akan na'urori masu ƙarancin albarkatu.
Ingancin bayanan da aka yanke da ma'amalolin da aka jawo akan-buƙata an kiyaye su ta hanyar Bishiyoyin Merkle. Node da ke neman ma'amala $tx$ daga tsayin toshe $h$ na iya tambayar aboki don ma'amala tare da hujjar hanyar Merkle $\pi_{tx}$. Node, wanda ke adana kanun toshe mai ɗauke da tushen Merkle $root_h$, na iya tabbatar da hujja ta hanyar sake lissafin:
$\text{Verify}(tx, \pi_{tx}, root_h) = \text{true}$ idan $\text{MerkleHash}(tx, \pi_{tx}) = root_h$
Wannan yana tabbatar da cewa ma'amalar ta kasance ɗaya daga cikin sarkar canonical ba tare da buƙatar dukan toshe ba. Yiwuwar buƙatar ma'amalar tarihi mai zurfi an ƙirƙira shi azaman aikin rarraba shekarun saitin UTXO, wanda binciken ya gano yana da karkata sosai zuwa ga abubuwan da aka fitar kwanan nan.
Yanayi: Wani sabon kamfani na farawa yana son gudanar da cikakkiyar node na Bitcoin don tabbatar da sabis na biyan kuɗi amma yana da ƙarancin kasafin ajiyar gajimare.
Aiwatar da Tsarin:
Wannan tsarin yana ba su damar ci gaba da tsaro da ikon mallaka yayin rage farashin ajiya da fiye da 95%.
Fahimta ta Asali: Babban gudummawar takarda ba kawai sabon algorithm na yanke bishiya ba ne—shi ne rushewar zahiri na "cikakkiyar node" dogma. Ya tabbatar da cewa blockchain na 370 GB galibi archive ne mai sanyi; saitin aiki mai mahimmanci na tsaro, yana da girma ƙasa da wannan. Wannan yana ƙalubalantar ra'ayin cewa matsanancin ajiya shine farashin da ba za a iya kaucewa ba na ikon mallaka, kamar yadda takardar CycleGAN ta sake ma'anar fassarar hoto zuwa hoto ta nuna ba kwa buƙatar bayanan da aka haɗa ba. Dukansu misalai ne na gano da amfani da rashin daidaituwar bayanan duniya na gaske da ke ɓoye.
Tsarin Ma'ana: Hujja tana da sauƙi mai ban sha'awa: 1) Auna abin da nodes suka yi amfani da shi (ba adana ba). 2) Gano cewa amfani yana da tattarawa sosai. 3) Don haka, a zubar da babban abin da ba a yi amfani da shi ba cikin aminci. 4) Bayar da hanyoyin da za a iya dogaro da su don jawo ɓangaren da ake buƙata da ba a saba gani ba. Wannan shine madauki na inganta injiniya da aka yi amfani da shi a tsarin da a baya ana ɗaukar shi ba zai iya canzawa ba.
Ƙarfafawa & Kurakurai: Ƙarfinsa yana cikin aiki da kuma aiwatarwa nan da nan. Ba ya buƙatar canjin yarjejeniya, yana mai da shi "nasara-nasara" da ba a saba gani ba a cikin filin blockchain da sau da yawa yake da rikici. Duk da haka, nazarin yana da mahimmanci, kurakuri mara bayyana: yana inganta don yanayin kwanciyar hankali. Yana raina buƙatun albarkatu yayin sake tsara sarkar (reorg). Reorg mai zurfi, ko da yake ba a saba gani ba, na iya buƙatar tabbatar da tsofaffin tubalan da yawa cikin sauri. Node da aka yanke zai buƙaci jawo gigabyte na bayanai a kan-tashi, yana iya haifar da saura baya kuma ya kasa tabbatar da sarkar mai gasa cikin lokaci—haɗarin tsaro. Don haka musayar takarda ba kawai jinkiri don ajiya ba ne, har ma da juriya ga matsanancin abubuwan cibiyar sadarwa don ingantaccen aiki na yau da kullun.
Fahimta mai Aiki: Ga masu haɓakawa, abin da za a ɗauka shi ne aiwatar da yanke bishiya mai hankali da za a iya saita shi nan da nan a cikin software na walat da node. Ga masu bincike, mataki na gaba shine auna haɗarin reorg da ƙirƙirar tsare-tsaren jawo masu ƙarfi ga damuwar cibiyar sadarwa. Ga masu saka hannun jari da ayyuka, wannan aikin yana rage farashin aiki na gudanar da node mai tsaro, yana sa tsarin kasuwanci na gaske na rarraba ya fi dacewa. Ƙaramin mataki ne amma mai mahimmanci a cikin motsa kayan aikin blockchain daga neman abin sha'awa zuwa aiki mai iya aiki, daidaitawa da manyan yanayin masana'antu da ƙungiyoyi kamar Gartner ke bi don ingantattun tsarin rarraba mai dorewa.