通往链上扩容之路：极瘦区块（Xthin）对区块传输速度的影响

第4部分：极瘦区块（Xthin）通信所需字节更少

由Andrew Clifford、Peter R. Rizun、@sickpig、Andrew Stone以及Peter Tschipper撰写，特别感谢蚁池的吴忌寒提供区块资源，感谢@cypherdoc和其他慷慨解囊的捐赠者让我们可以支付位于中国大陆的节点。

读者注意：如果你错过了第3部分，你可以点击这里阅读中国的GFW对区块传输速度的影响。

本节，我们对比传输极瘦区块（Xthin）与传输标准区块所需的字节数。

图表1：使用极瘦区块（Xthin）传输技术，所需的字节数只有原来的1/24. 结果很简单：平均来说，传输1MB的瘦区块只需要42kB，因此区块传输所需的带宽只需要原来的1/24(1000kB/42kB)。

本节接下来将更仔细地探讨相关数据。首先，瘦区块技术可以大幅度减少所需字节数，GFC的存在也没有很大地改变平均压缩量。

统计数据与方差分析

下表显示，每bin区块传输字节数的均值、中位值和第95%位值。所有区块的未压缩大小都处在900kB到1MB之间，每bin中未压缩区块的平均大小为0.99MB.

区块传输所需每千字节数量的统计数据

使用极瘦区块（Xthin）显著地节约了带宽（41.3kB和42.6kB对比0.99MB），而且GFC似乎也产生了一点点影响。普通P2P网络上传输的瘦区块比GFC上传输的极瘦区块（Xthin）要少用3%的字节数。为了研究这一点是否具有显著统计意义，我们再进行一次2×2全因子方差分析，这一次是分析带宽数据。

极瘦区块（Xthin）的影响p值非常明显(p=3 x 10^-8796)，但GFC的影响p值并不高(p=0.4)。我们因此可以将极瘦区块（Xthin）影响相关的虚无假设抛开（极瘦区块（Xthin）的确可以降低带宽要求）；但是，我们不能直接否定GFC的影响（没有足够数据来判断GFC是否影响平均压缩量）。

就压缩量而言，bin2和bin4之间并不存在显著的统计数据差别，本节接下来合并分析所有的极瘦区块（Xthin）数据（也就是bin2和bin4）。

布隆过滤器与极瘦区块（Xthin）直方图

下图为：传输极瘦区块（Xthin）所需的字节数的平缓直方图、及其两个局部构件的直方图：极瘦区块（Xthin）（包括丢失交易的）以及布隆过滤器。注意下图的水平轴是以对数尺度呈现的，这是为了捕获数据完整的域。

图表2：布隆过滤器大小、极瘦区块（Xthin）大小（包括丢失交易的）以及总大小（布隆过滤器+极瘦区块）。包含bin2与bin4；N=6685.

盒须图

盒须图揭示了需要远超42kB进行传输的偶然异常值。所有情况中，这都是因为有“胖的”极瘦区块（Xthin），绝非布隆过滤器过大。

图表3：布隆过滤器大小、极瘦区块大小（包括丢失交易的）以及总大小（布隆过滤器+极瘦区块）的盒须图。

布隆过滤器有多大影响？

布隆过滤器是为了让传输节点知晓接收节点的存储池的内容。这使得传输节点在发送接收节点知晓的交易时，可以使用短哈希，而对于接收节点不知晓的交易则完整地发送。在第2部分中展示的那样，这使得区块传输在98.5%的情况下可以只走1.5个来回。

（https://medium.com/@peter_r/towards-massive-on-chain-scaling-block-propagation-results-with-xthin-a0f1e3c23919#.2cu90karu）

所以应该研究存储池(mempool)足够齐次以至于布隆过滤器没有影响的发生频率（也就是说除了coinbase TX（作为瘦区块的一部分总是会被发送）以外，接收节点已经知晓了区块中的全部交易。）

下图将回答这个问题。超过一半的情况中（53%），接收节点已经知晓区块中的全部交易；整个区块都以交易哈希传输，而布隆过滤器毫无作用。17%的情况中，接收节点缺失知晓一笔交易，9%的情况中，接收节点缺失知晓2笔交易，并如下图的机率密度函数所示，以此类推。总的来说，47%的情况下需要布隆过滤器来防止第二轮数据往返（除了绿色部分以外的所有情况）。

图表4：传输节点发送的瘦区块包含完整交易信息的频次0, 1, 2, ….10（coinbase TX总是会被发送，不计算在内）。

第5部分：通往大规模链上扩容之路

这一节将总结我们对实验性数据的分析。我们下一个，也是这个5节系列最后一个小节会对如何更好地使用这一技术提出建议（注意，它已经在Bitcoin Unlimited 0.12上部署并成功运行），并一窥究竟Bitcoin Unlimited Laboratory的内部。

（http://www.bitcoinunlimited.info/download）