石墨烯和CTOR的运行原理介绍

CTOR（规范交易排序）是BCH在2018年11月硬分叉升级的一项内容。最初因为这项内容引发了广泛的讨论，提到CTOR必须提到石墨烯技术（Graphene协议），支持者认为CTOR能够有效的配合石墨烯技术压缩区块大小，优化区块传播，有明显的优势，没有明显的缺点。反对者则认为现有的TTOR（拓扑交易排序）稳定运行多年，更加安全，没有什么明显的劣势，而CTOR则会带来未知风险，且没有明显的作用。CTOR的争锋不断升级，甚至后来爆发的算力战也有关于CTOR的争锋，不过最终CTOR还是成功应用在BCH上。如今已将近半年，石墨烯怎么样了？CTOR究竟有没有作用呢？

矿工之痛

矿工希望能够提升区块传播到各个节点的效率，每一秒的延迟都会降低他们获得区块奖励和手续费的几率。而每一个打包区块里的交易数量都会增加区块体积，区块越大则占用带宽越多，则传播效率越低，为了获得区块奖励，矿工不得不限制区块里的交易数量，或者收取更高的交易费来弥补他们降低的成功率。不得不说这是一种极其低效的行为，所以长久以来很多研究都就“如何在尽可能小的宽带条件下实现区块传播”这一课题展开了深入的探讨。简而言之，占用的宽带越小，则传播的速率就越快。随后致密区块、极瘦区块都相继被提出，但目前为止，效果最好也最被看好的是石墨烯技术，是公认的宽带占用最少的方案来完成区块传播。

石墨烯和CTOR运行原理

当用户进行交易时，包含这笔交易的信息的区块会在全网所有的节点进行传播，最终同步至所有节点。在这一过程中，所有未经处理的交易都会存储在内存当中并被统称为mempool。通常情况下，该交易会在10分钟内被写入在一个区块中，在这种情况下，该交易被视为有效并且已经由网络处理。

如果一个节点需要传播一个区块上的所有交易，那么它将有如下选择：一是传递包含所有交易的整个区块，这也是过去比特币一直所采用的方法；二是为区块中的所有交易及其次序传递标识符，以便接收到标识符的节点能够基于mempool中已有的交易来构建区块。显然易见的是，第二种方式更有效率，石墨烯正是借助这种方式来减少区块传播所需的带宽。

使用石墨烯技术还原新区块的节点往往会构建两个数据结构：首先，它会构造一个包含区块中的所有交易的布隆过滤器；其次，它构建包含区块中的所有交易的IBLT（即可逆的布隆查找表）。随后，这些不附带整个节点的数据结构都会被发送到各个节点上。接收这些数据结构的节点将通过布隆过滤器传递mempool中的所有交易，从而提供区块中所有交易的列表。然而，由于布隆过滤器可能存在一定的误报率，因此列表中的交易可能会多于实际数量，也可能会遗漏mempool中的交易。考虑到这一隐患，接收数据结构的节点将会从IBLT中解压缩待处理的交易，从而识别任何误报或遗漏的交易。最后，接收数据结构的节点还会在必要的情况下向其它节点查询遗漏的交易。

通过Graphene协议的这两个数据结构足以恢复区块中的所有交易信息，那么，接下来的步骤就是将还原的交易回归到正确的顺序了。第一个版本的Graphene协议会通过布隆过滤器和IBLT来传递有关顺序的交易信息。虽然这些信息占用的宽带并不大，但还是会随着区块中的交易数量的增加而增加。而CTOR是作用是使区块按照既定规范顺序进行交易，自从以后，借助Graphene协议进行的区块传播可以不包含顺序信息。此举进一步强化了石墨烯技术的优势——区块可以变得极大，而布隆过滤器和IBLT却可以维持极小的状态。

石墨烯取得初步成效

就在几天之前，致力于合作开发石墨烯技术的马萨诸塞州立大学的团队与Bitcoin Unlimited在reddit/BTC板块发布了关于石墨烯技术的最新进展，对此我们也及时发布了文章同步动态，感兴趣的同学可以翻阅前文。团队表示石墨烯技术第一阶段的开发任务——引入了各种安全性和性能的改进已经完成，石墨烯技术开发工作已经完成了一半，第二阶段也是最后阶段的开发任务——实现了故障恢复和mempool同步将在两个月内开始。

团队也公布了开发成果，故障率大幅下降，在连续500个区块的测试中只有2次解码失败，4次丢失交易，在完成第二阶段后将彻底修复这一漏洞。而压缩区块的作用极其成功，平均压缩率高达99.5%，而超过1000笔TX的区块平均压缩率高达99.8%。

CTOR有没有用？‍

石墨烯的开发报告引起了社区的广泛讨论，其中很多人特别好奇的是关于CTOR的采用。对此，石墨烯团队专门发表了关于CTOR采用情况的报告。

报告显示，从BU客户端1.6.0版本开始，石墨烯默认使用CTOR，不需要再发送顺序信息。开发者进行一项单独的实验：

从区块000000000000000002b18e2235e5ae3f62abb4be1bd6e933bafd47899c2ab721开始，在主网上运行了两个不同的BU节点。一个为使用CTOR的版本，一个为不使用CTOR的版本。共有533个区块，其中13个区块的交易量超过1K。压缩率计算为1-g / f，其中g和f分别是石墨烯和完整块的字节大小。

with_ctor：

总体最佳压缩：0.9988310929281122

平均压缩（所有块）：0.9622354472957148

中值压缩（所有块）：0.9887816917208885

平均压缩（块》 1K tx）：0.9964066061006223

中值压缩（块》 1K tx）：0.9976625137327318

no_ctor：

总体最佳压缩：0.9960665539078787

平均压缩（所有块）：0.9595203105258268

中值压缩（所有块）：0.9855845466339916

平均压缩（块》 1K tx）：0.9915431691098592

中值压缩（块》 1K tx）：0.9929303640862496

使用with_ctor over no_ctor，对所有块的中值压缩的改进相当于区块大小减少约21％。对于交易量超过1K的区块，区块大小减少约71％。因此我们可以看到with_ctor比no_ctor实现更好的压缩。CTOR对压缩的提升尤其是对于超过1K笔交易的区块来说非常重要的。这可能也解释了为什么在BCH压力测试期间报告里顺序信息占了石墨烯区块尺寸的大部分，在报告里顺序信息平均达到了37.03KB，但在这次的实验里，只有321.37B，这足以显示CTOR的巨大作用。

BCH正在实现技术领先‍

石墨烯和CTOR的阶段性成功都显示了BCH开发组的强大力量，当然目前位置石墨烯还不是成熟的技术，仍需开发者继续努力，但从开发速度来看，石墨烯将会提前与我们见面的时间。

在目前的扩容方案中，闪电网络仍然仍然仍然（重要的事情说三遍）处于测试中，最新消息BTC未确认交易再次高达5万笔，交易确认缓慢，提现转账都受到了较大影响，二层网络扩容之路渺茫无期；或许是为了特意彰显128M的容量，BSV习惯性攒巨块，最近又爆出6个区块深度重组的丑闻，网络安全稳定受到质疑，交易所纷纷下架，前途堪忧。

在5月份的硬分叉升级中，BCH将领先BTC先一步上线成熟技术Schnorr签名，在此之后BCH的领先地位将进一步加强。