比特币不断增长的UTXO问题以及Utreexo如何帮助解决这个问题

可扩展性仍然是比特币的一个关注点 – 但智能头脑继续提出解决瓶颈的创新建议。

特定可伸缩性问题之一是比特币节点持有的未使用事务输出（UTXO）数据集的增长。这是现有比特币的所有（分数）列表，以及如何使用比特币的详细信息。不幸的是，这个列表会随着时间的推移而增长，特别是当新用户进入系统时 – 他们的硬币也会反映在UTXO中。

为了解决这一日益严重的问题，麻省理工学院媒体实验室的数字货币计划（以及Lightning Network白皮书的共同作者）的Tadge Dryja提出了一种基于哈希的累加器，他将其称为“Utreexo”解决方案。

问题

用户的比特币余额是所有UTXO的总和。当您进行交易时，您的钱包应用程序将“翻找”您的UTXO集合，以找到足够的资金来支付交易。交易（在区块链上确认）然后基本上“销毁”所使用的UTXO，并“创建”新的UTXO：现在由交易的接收者控制，供他们在下一个交易中使用。

比特币节点还存储整个UTXO数据集，以便了解哪些输出尚未用完，确定哪些UTXO仍然可用。每当他们从网络收到新的交易时，他们会根据UTXO列表检查该交易，以确保在交易中花费的硬币确实存在，并且他们尚未花费。如果事务有效，则更新其UTXO数据集。

因此，比特币节点有两个大数据集要存储：区块链和UTXO列表。在撰写本文时，区块链超过230千兆字节，并且它以可预测的速度增长。不想存储这些数据的用户可以“修剪”（删除）旧的区块链数据：由于UTXO列表，他们仍然知道哪些硬币可以拼写。然而，目前已经有近6000万个UTXO，没有真正的激励措施来阻止该名单的增长率。并且无法删除此数据，因为节点需要它来告知哪些新事务有效。

随着比特币用户数量的增加以及UTXO数据集的增长，它正在成为运行整个节点不断增长的需求的重要因素。从长远来看，这个问题甚至可能比区块链的增长更大。

Utreexo

比特币开发人员多年来一直意识到UTXO问题，并提出了几种解决方案。最近的研究已经提出使用加密货币累加器，它是Merkle树的“堂兄”。 Merkle Tree将数据一起散列为单个散列，累加器将数据乘以固定大小的单个数据总和：“root”。结合其他一些数据 – “证据” – 累加器让用户检查一个特定的数据被“存储”在根目录中。

Dryja的Utreexo项目背后的想法是创建另一种类型的修剪，但对于UTXO集。 Utreexo使用累加器来创建UTXO集的根。通过仅存储此总和而不是完整的UTXO集，累加器将RAM和磁盘存储保持在小于1千字节的数据。使用此Utreexo累加器的节点称为“紧凑节点”。

当一个新的事务由一个紧凑的节点创建并通过网络传输时，它会发送包含证明以及事务。从那时起，每个紧凑节点都将事务和证明转发给其他紧凑节点。由于每个压缩节点具有相同的累加器状态和根，因此每个节点的证明是相同的。紧凑节点所做的就是将完全相同的消息转发给它的对等体。

一旦事务包含在块中，它们就会丢弃所有证据数据。这意味着紧凑型节点可以在其mempool中保留事务和包含证明，但实际上从不写入硬盘驱动器。

桥节点

但是，当事务不是由紧凑节点创建时会发生什么？

虽然紧凑型节点可以轻松地将这些事务相互通信，但并不是每个人都会保持紧凑的节点。为了允许紧凑节点与完整节点通信，Utreexo还引入了“桥节点”的概念。桥节点存储区块链和整个UTXO集。

该桥节点是现有网络的重要“引导程序”。压缩节点无法直接从标准完整节点接收事务，因为标准节点不会发送包含证明。当完整节点将事务发送到紧凑节点时，它首先通过桥节点。网桥节点查找UTXO，从其累加器构建证明，并将事务和证明转发到紧凑节点。紧凑节点将转发的包含证明检查到其自己的证明累加器，并在匹配时验证该事务。

一个重要的注意事项是桥节点仅在一个方向上需要。压缩节点能够将事务直接发送到完整节点。虽然紧凑节点存储的数据较少，但紧凑节点之间的消息除了包含证明外，还包含完整节点消息所做的所有数据。如果紧凑节点想要将事务发送到完整节点，则他们所要做的就是省略包含证明，标准完整节点将接受该事务。

交易

Utreexo确实需要权衡利弊。

如果Utreexo被广泛使用，人们担心节点的潜在中心化。桥接节点实际上需要比传统的完整节点更多的存储空间，因为它们不仅要求它们存储常规的UTXO集合，还需要存储它们转发到紧凑节点的包含证明。问题仍然是，是否有足够的“好撒玛利亚人”，没有直接的财政激励措施来运行这些桥梁节点。

还应该指出，Utreexo仍在进行中。目前没有具体计划将其纳入比特币核心，但由于它不是一致的变更，任何个人或实体都可以继续进行。

比特币发布的UTXO问题以及Utreexo如何帮助解决这个问题首先出现在比特币杂志上。