可擴展的 UTXO 智能合約：透過細粒度分散式狀態

核心概念

提出一種技術,可以在擴展的 UTXO 區塊鏈上有效執行智能合約,將合約狀態分散到多個 UTXO 中,以減少交易大小和費用,並提高交易並行驗證的效率。

摘要

本文提出了一種新的混合 UTXO (hUTXO) 區塊鏈模型,以提高 UTXO 智能合約的性能和可擴展性。主要內容如下:

1. 將合約狀態分散到多個 UTXO 中,而不是集中在單一 UTXO 中。這樣可以減少交易大小和費用,並提高交易並行驗證的效率。

2. 將合約餘額獨立存儲在帳戶中,而不是存儲在 UTXO 中。這樣可以避免在提取合約資金時出現競爭,進一步提高並行性。

3. 引入合約 ID 機制,防止惡意創建偽造的 UTXO 來破壞合約狀態。只有經過驗證的 UTXO 才能更新合約狀態。

4. 設計了一種高級合約語言 hURF,並開發了一個編譯器,可以將 hURF 合約編譯成安全的 hUTXO 交易。這樣可以讓開發者專注於合約邏輯,而不必擔心低級別的 hUTXO 攻擊。

5. 提出了一種並行驗證區塊交易的算法,充分利用多核 CPU 的計算能力。實驗結果顯示,並行驗證器的性能接近可用線程數的線性加速。

統計資料

在 UTXO 模型中,任何涉及同一合約的操作都是不可並行的,因為它們試圖消費同一個輸出。
在 UTXO 模型中,任何交易都必須包含整個更新後的合約狀態,當狀態變大時會成為性能瓶頸。

引述

"在 UTXO 模型中,任何涉及同一合約的操作都是不可並行的,因為它們試圖消費同一個輸出。"
"在 UTXO 模型中,任何交易都必須包含整個更新後的合約狀態,當狀態變大時會成為性能瓶頸。"

從以下內容提煉的關鍵洞見

Scalable UTXO Smart Contracts via Fine-Grained Distributed State

by Massimo Bart... 於 arxiv.org 10-01-2024

https://arxiv.org/pdf/2406.07700.pdf

深入探究

除了本文提出的技術,還有哪些其他方法可以提高 UTXO 智能合約的性能和可擴展性?

除了本文提出的分散式合約狀態技術，還有其他幾種方法可以提高 UTXO 智能合約的性能和可擴展性。首先，可以考慮使用狀態通道（State Channels）技術，這種方法允許用戶在鏈下進行多次交易，僅在最終結算時將結果提交到區塊鏈上，從而減少鏈上交易的數量和成本。其次，利用分片技術（Sharding）可以將區塊鏈的數據和交易負載分散到多個子鏈上，這樣可以提高整體的交易吞吐量。此外，優化交易的驗證算法，例如使用更高效的共識機制（如權益證明 PoS），也能顯著提升性能。最後，實施更高效的數據結構，如 Merkle 樹，來管理和驗證合約狀態，能進一步提高查詢和更新的效率。

如何在保持 UTXO 模型優勢的同時,解決本文提到的合約狀態和餘額管理問題?

為了解決合約狀態和餘額管理問題，同時保持 UTXO 模型的優勢，可以採用混合 UTXO（hUTXO）模型。這種模型將合約狀態分散到多個 UTXO 中，而合約餘額則存儲在一個獨立的賬戶中。這樣的設計不僅能夠減少每筆交易中需要傳輸的狀態數據量，還能避免因為合約餘額集中在單一 UTXO 而導致的交易衝突。通過這種方式，合約的狀態更新可以在多個 UTXO 上並行進行，從而提高交易的並行性和整體性能。此外，使用合約 ID 來標識合約的 UTXO，可以有效防止合約狀態的篡改，進一步增強安全性。

分散式合約狀態是否會帶來新的安全隱患,需要考慮哪些潛在的攻擊向量?

分散式合約狀態確實可能帶來新的安全隱患，特別是在 UTXO 模型中，攻擊者可以創建具有任意數據字段的 UTXO，這可能導致合約狀態的篡改。潛在的攻擊向量包括：首先，偽造 UTXO 攻擊，攻擊者可以創建一個包含不正確合約狀態的 UTXO，並試圖利用這一點來獲取不當利益。其次，重放攻擊，攻擊者可以重用有效的交易來干擾合約的正常運行。第三，合約邏輯漏洞，若合約的驗證邏輯不夠嚴謹，可能會導致合約狀態的錯誤更新。為了防範這些攻擊，必須實施嚴格的驗證機制，例如使用合約 ID 來確保只有合法的 UTXO 能夠參與合約的狀態更新，並且在合約邏輯中加入必要的檢查和限制。