最近Blockstream团队成员Pieter Wuille和Gleb Naumenko以及前同事Greg Maxwell共同揭晓了Minisketch，这个软件库将能够减少在分布式系统中同步数据时所需的带宽。

Minisketch原本是一个项目中的组成部分，这个项目旨在研究如何利用配置对账（set reconciliation）来在比特币节点之间传递交易信息，即“配置对账中继”（Set Reconciliation Relay，简称SRR）。SRR的目标就是要大幅度降低运行比特币全节点的带宽要求。

开发团队决定将Minisketch从SRR项目中拿出来单独发布，是因为这项技术在比特币以及其他行业都有十分广阔的应用前景。

为什么选择Minisketch？ 

所有分布式系统一直都面临着在不同节点之间同步数据的困难，如果是一个中心化的系统的话，只需要中心下令哪些数据应该保存、哪些数据应该删除即可。

例如，在去中心化网络上进行数据同步的一个方法是Invertible Bloom Lookup Tables （IBLT）。IBLT对CPU的要求比较低，但这是以较高的带宽要求为代价换取的，特别是当差异数量很小时。Minisketch使用的则是更加节省带宽要求的算法PinSketch。

和其他宽带利用效率较高的配置对账算法，如CPISync和Pinsketch最初的配置相比，Minisketch将占用更少计算资源，比PinSketch快20到100倍，有时候比CPISync快上1000倍。

如何实现改进？

由Minisketch实现的配置对账可以更加高效地利用带宽，不是简单地将所有的数据列都发送过去，而是让节点自己产生数据列的“素描（sketch）”。节点接着把这个“素描”发给其他节点进行对比。这个“素描”的大小只与节点之间差异数量期望有关，而与整个数据组的大小无关。尽管如此，节点仍然能够确定他们从其他节点需要哪些数据。

“假设只有一个差别，这样就很好理解了：我有一个数列{3,5,7,11}，你有一个数列{3,5,7,9,11}，我和你的差别就是{9}。我们都对这个数列里的数字进行求和，那么我会得到3+5+7+11=26，而你会得到3+5+7+9+11=35。我把我的求和结果26发给你，你用你的求和结果35相减之差为9。这个原理只有在差别数量为1时才能求出差别。Minisketch推广了这个原理，发送数据的不同种类的“求和”，有N个不同的求和结果，也就能够找到N中差别… 只要不同数据组差别的数量不大于发送的求和结果数量，Minisketch就一定能成功地找到所有的差别。”

--Pieter Wuille, Blockstream联合创始人

Minisketch在比特币中的应用 

比特币网络的稳定性取决于全节点间是否有足够的连接来阻止Sybil和分区攻击。

不幸的是，一个比特币节点大部分数据用量（一般在40%至70%）甚至根本不是用来储存交易数据，而是用来宣布新交易的产生以及找到下一个中继节点。目前的情况下，提高节点间的连接数量也会在一定程度上提高对带宽的要求，这就限制了每个节点所能支持的连接数量。

配置对账让我们能够高效地找出哪些交易尚未被中继，而不需要每笔交易都要向其他所有节点宣布。寻找尚未被中继的交易所占用的带宽就不再受连接数量的影响，可能会提高每个节点所能支持的连接数量。

这个解决方案的美妙之处就在于完全不需要对比特币网络共识规则做任何改动。当双方的软件都支持SRR协议的时候，SRR就会启动，而且不会对不想参与的节点运营者产生任何影响。

SRR协议目前仍在研究初期阶段，要真正应用到比特币网络上还有很长的路要走，但像Minisketch这样的成果代表了比特币全节点普及应用（以及其他分布式网络的优化）中的一个非常重要的里程碑。该项目的更多进展，敬请拭目以待！

了解更多关于Minisketch的详情，请查看Minisketch Github repository。

原文链接：https://blockstream.com/2019/01/07/minisketch-reducing-node-bandwidth-requirements/