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:

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。

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。

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。

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。

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。