Un nuovo schema di routing della criptovaluta co-inventato dai ricercatori del MIT può aumentare l'efficienza e, in definitiva, profitti—di alcune reti progettate per accelerare le transazioni blockchain notoriamente lente.

Le criptovalute promettono transazioni finanziarie peer-to-peer, potenzialmente rendendo obsolete banche e carte di credito. Ma c'è un problema di scalabilità:Bitcoin, ad esempio, elabora solo una manciata di transazioni al secondo, mentre le principali carte di credito elaborano centinaia o migliaia. Questo perché la blockchain, le criptovalute del registro digitale su cui sono costruite, impiega molto tempo per elaborare le transazioni.

Una nuova soluzione sono le "reti di canali di pagamento" (PCN), dove le transazioni vengono completate con un coinvolgimento minimo dalla blockchain. Coppie di utenti PCN formano conti di deposito a garanzia fuori blockchain con una quantità di denaro dedicata, formando un grande, rete interconnessa di conti cointestati. Gli utenti instradano i pagamenti attraverso questi account, solo eseguire il ping della blockchain per stabilire e chiudere gli account, che accelera notevolmente le cose. Gli account possono anche riscuotere una piccola commissione quando le transazioni vengono instradate attraverso di loro.

Schemi di routing inefficienti, però, rallentare anche queste soluzioni veloci. Riducono frequentemente i saldi degli utenti in questi account, costringendoli a investire molti soldi in ogni conto o a riequilibrare frequentemente i loro conti sulla blockchain. In un documento presentato il mese prossimo all'USENIX Symposium on Networked Systems Design and Implementation, i ricercatori introducono "Spider, " uno schema di routing più efficiente che consente agli utenti di investire solo una frazione dei fondi in ciascun account ed elaborare circa quattro volte più transazioni prima di riequilibrarsi sulla blockchain.

"E' importante essere equilibrati, routing ad alto rendimento nei PCN per garantire che il denaro che gli utenti mettono in conti cointestati venga utilizzato in modo efficiente, " dice il primo autore Vibhaalakshmi Sivaraman, uno studente laureato nel Laboratorio di Informatica e Intelligenza Artificiale (CSAIL). "Questo dovrebbe essere un business efficiente e redditizio. Ciò significa instradare il maggior numero possibile di transazioni, con meno fondi possibili, per dare ai PCN il miglior rapporto qualità-prezzo".

Insieme a Sivaraman sul giornale ci sono l'ex postdoc Shaileshh Bojja Venkatakrishnan, studenti laureati CSAIL Parimarjan Negi e Lei Yang, e Mohammad Alizadeh, professore associato di ingegneria elettrica e informatica e ricercatore CSAIL; Radhika Mittal dell'Università dell'Illinois a Urbana-Champaign; e Kathleen Ruan e Giulia Fanti della Carnegie Mellon University.

Pagamenti a pacchetto

I PCN fanno molto affidamento su conti congiunti bidirezionali, in cui entrambe le parti possono ricevere e inviare denaro, in modo che il denaro possa essere instradato tra qualsiasi utente. L'utente B può avere un conto cointestato con l'utente A, collegandosi anche separatamente all'utente C. Gli utenti A e C non sono collegati direttamente, ma l'utente A può inviare denaro all'utente C tramite i conti cointestati A-B e B-C.

Per scambiare fondi, ciascuna parte deve approvare e aggiornare i saldi dei conti cointestati. I pagamenti possono essere instradati solo su canali con fondi sufficienti per gestire le transazioni, causando grossi problemi.

Gli schemi tradizionali inviano le transazioni lungo il percorso più breve possibile, senza essere a conoscenza del saldo di un determinato utente o della velocità di invio su tale account. Ciò può far sì che uno degli utenti nel conto cointestato gestisca troppe transazioni e scenda a un saldo zero, rendendolo incapace di instradare ulteriori transazioni. Cosa c'è di più, gli utenti possono inviare solo un pagamento completo. Se un utente vuole inviare, dire, 10 bitcoin, gli schemi attuali cercano di spingere l'intero importo sul percorso più breve possibile. Se quel percorso non può supportare tutti e 10 i bitcoin contemporaneamente, cercheranno il prossimo percorso più breve, e così via, che può rallentare o fallire completamente la transazione.

Ispirato da una tecnica per le comunicazioni Internet chiamata commutazione di pacchetto, Spider suddivide ogni transazione completa in "pacchetti" più piccoli che vengono inviati su diversi canali a velocità diverse. Ciò consente allo schema di instradare parti di questi grandi pagamenti attraverso conti potenzialmente a basso finanziamento. È quindi molto più probabile che ciascun pacchetto raggiunga la sua destinazione senza rallentare la rete o essere rifiutato in un determinato account per le sue dimensioni.

"Il percorso più breve può causare squilibri tra i conti che esauriscono i principali canali di pagamento e paralizzano il sistema, " Dice Sivaraman. "Instradare il denaro in modo che i fondi di entrambi gli utenti in ciascun conto cointestato siano bilanciati ci consente di riutilizzare gli stessi fondi iniziali per supportare il maggior numero possibile di transazioni".

Tutti in coda

Un'altra innovazione è stata la creazione di code agli account congestionati. Se un conto non è in grado di gestire le transazioni in entrata che richiedono l'invio di denaro, invece di rifiutarli, li mette in coda. Quindi, attende tutte le transazioni che reintegrano i suoi fondi, entro un lasso di tempo ragionevole, per essere in grado di elaborare tali transazioni.

"Se stai aspettando in coda, ma ti mando fondi entro il secondo successivo, puoi quindi utilizzare uno di questi fondi per inviare le tue transazioni in attesa, "Dice Sivaraman.

I ricercatori hanno anche adottato un algoritmo, creato da Alizadeh e altri ricercatori, che monitora la congestione del data center per identificare i ritardi nelle code negli account congestionati. Questo aiuta a controllare la velocità delle transazioni. Supponiamo che l'utente A invii fondi all'utente C tramite l'utente B, che ha una lunga coda. Il destinatario C invia il mittente A, insieme alla conferma del pagamento, un bit di informazione che rappresenta il tempo di attesa della transazione presso l'utente B. Se è troppo lungo, l'utente A instrada meno transazioni tramite l'utente B. Man mano che il tempo di attesa diminuisce, conto A instrada più transazioni attraverso B. In questo modo, monitorando solo le code, Spider è in grado di garantire che il tasso di transazioni sia equilibrato e il più alto possibile.

In definitiva, quanto più equilibrato è il routing dei PCN, minore è la capacità richiesta, ovvero fondi complessivi su tutti i conti cointestati, per un'elevata velocità di transazione. Nelle simulazioni PCN, Spider ha elaborato il 95% di tutte le transazioni utilizzando solo il 25% della capacità necessaria negli schemi tradizionali.

I ricercatori hanno anche eseguito test su transazioni complicate chiamate "DAG, " che sono pagamenti unidirezionali in cui un utente esaurisce inevitabilmente i fondi e deve riequilibrarsi sulla blockchain. Una metrica chiave per le prestazioni dei PCN sulle transazioni DAG è il numero di transazioni off-chain abilitate per ogni transazione sulla blockchain. A questo proposito, Spider è in grado di elaborare otto volte il numero di transazioni off-chain per ogni transazione on-chain. In contrasto, gli schemi tradizionali supportano solo il doppio delle transazioni fuori catena.

"Anche con riequilibri estremamente frequenti, gli schemi tradizionali non possono elaborare tutte le transazioni DAG. Ma con un riequilibrio a frequenza molto bassa, Spider può completarli tutti, "Dice Sivaraman.

Prossimo, i ricercatori stanno rendendo Spider più robusto per le transazioni DAG, che possono causare colli di bottiglia. Stanno anche esplorando problemi di privacy dei dati e modi per incentivare gli utenti a utilizzare Spider.