Mining im logarithmischen Raum: NIPoPoW-Power und Ergo

Dieser Artikel basiert auf einem kürzlich veröffentlichten Artikel von IOHK. Für eine zusätzliche Ressource siehe das folgende Video.

Einführung

Ob Ergo, Bitcoin oder ein anderes PoW-Konsensmodell, Miner werden benötigt, um die Blockchain ständig aufrechtzuerhalten. Neben der Nutzung von Rechenressourcen verwenden Miner auch Speicherressourcen, die alle Blockchain-Daten vom Genesis-Block speichern.

Problem

Ein neues Problem für Miner: Ist es unbedingt notwendig, alle Daten vom Genesis-Block herunterzuladen? Warum ist es nicht möglich, nur die relevantesten Blöcke herunterzuladen, um das Netzwerk aufrechtzuerhalten?

Lösung

Die Block-Header der Blockchain sollten ausreichen, um auf die notwendigen Daten zuzugreifen. NIPoPoWs (Non-Interactive Proofs of Proof of Work) können integriert werden, um miteinander verbundene Block-Header-Sets zu bilden, die den historischen Speicherbedarf reduzieren.

Wenn Miner auf Schlüsselblöcke in der Blockchain zugreifen müssen, sollten sie dies effizient aus den Headern der alten Blöcke tun können. Das liegt daran, dass jeder neue Block alle aktuellen Netzwerke angeben muss. Wenn neue Blöcke erstellt werden, kann eine Menge neuer Block-Header ausreichen, um das aktuelle UTXO-Set zu überprüfen. Da die neuen Blöcke die Daten alter verketteter Block-Header-Sets enthalten, ermöglicht dies leichtes Mining, indem die Notwendigkeit entfällt, alle Blockchain-Daten herunterzuladen.

Was versuchen wir zu optimieren, indem wir alte PoW-Geschichte verketten und in einen Snapshot zusammenfassen?

Wenn wir C=alte Blöcke und K=neue Blöcke sagen, dann können die in den Snapshot aufgenommenen Blöcke wachsen, wenn K=neue Blöcke konstant und C=alte Blöcke linear sind. Aber es kann auch schrumpfen, abhängig von den Anwendungen von Smart Contracts. Das Problem, dass Miner große Datenmengen verwalten müssen, kann durch Bootstrapping über NIPoPoWs gelöst werden. 

NIPoPoW-Implementierung

Anstatt auf alle Blöcke zuzugreifen, sind Superblöcke (oder Light-Clients) ausreichend, um alle Blöcke zu verifizieren. Dies wird erreicht, indem die historischen Daten der Blockchain durch Smart Contracts aufrechterhalten werden. Die Einführung dieser Superblock-Clients auf NIPoPoWs kann durch sanfte Forks erfolgen, und danach können „leichte“ Miner durch „online“ Mining bootstrappen.

NIPoPoWs ermöglichen es Smart Contracts, historische Daten zu verwalten, sodass neue „leichte“ Miner in einer sogenannten „online“ Weise arbeiten können. Dies ist die Hauptidee des logarithmischen Raum-Mining, bei dem anstelle der lokalen Speicherung aller Blockchain-Daten auf Knoten der unnötige Teil davon in die Blockchain selbst kompiliert werden kann. Neue Miner müssen die historischen Daten nicht mitführen, und während sie weiterhin minen, werden neue "leichte" Miner anderen "leichten" Minern beim Bootstrapping helfen. Es wird nicht notwendig sein, alte historische Daten zu tragen, und alte Miner können historische Daten für leichteres Mining aufgeben. So kann die gesamte Miner-Population alte Blöcke aufgeben und das System viel effizienter machen.