Ethereum fast sync

Transcript

1. Ethereum fast sync @koropicot blockchain.tokyo #10 1

2. 自己紹介 ころ @koropicot Mobile Factory, Inc. ブロックチェーン関連のなにかを やっている (IR以上のことは言えない) 2

3. ブロックチェーンの初期同期 3

4. ブロックチェーンの初期同期 4 Block 1 Block 2 Block N-1 Block N

   Block 3 Block 1 Remote Node New Node

5. ブロックチェーンの初期同期 5 Block 1 Block 2 Block N-1 Block N

   Block 3 Block 1 Block 2 Block N-1 Block N Block 3 Remote Node New Node

6. ブロックチェーンの初期同期 6 Block 1 Block 2 Block N-1 Block N

   Block 3 Block 1 Block 2 Block N-1 Block N Block 3 ✔ Remote Node New Node

7. Ethereumの初期同期 7

8. Ethereum Block 8 Tx Root Prev Hash Nonce etc. Receipt

   Root State Root Header Body Transaction 1 Transaction N ... ※ Uncleは省略 Transaction 2

9. Merkle Root 9 Transactions Tx Root Transaction Receipts Receipt Root

   World State State Root Body内の トランザクションか ら構築可能 一つ前の状態から トランザクションを 実行することで構築可能

10. 素朴な同期 10 Block 1 Block N-127 Block N Block N-128

    S R S R Block 1 R R Remote Node New Node

11. 素朴な同期 11 Block 1 Block N-127 Block N Block N-128

    S R S R Block 1 R R Block N-127 Block N Block N-128 Remote Node New Node

12. 素朴な同期 12 Block 1 Block N-127 Block N Block N-128

    S R S R Block 1 R R Block N-127 Block N Block N-128 ✔ ✔ ✔ ✔ Remote Node New Node

13. 素朴な同期 13 Block 1 Block N-127 Block N Block N-128

    S R S R Block 1 R R Block N-127 Block N Block N-128 R ↻ S Remote Node New Node

14. 素朴な同期 14 Remote Node Block 1 Block N-127 Block N

    Block N-128 New Node S R S R Block 1 R R Block N-127 Block N Block N-128 S R S R R R ↻ S S ↻ ↻ ↻

15. 問題 • ブロックの取得が遅い – 1ノードからひたすらダウンロード • ブロックのnonceの検証が遅い – ASIC耐性をもたせたEthashが重い •

    トランザクションの再生が遅い – ブロックが伸びると線形に時間がかかる 15

16. fast synchronization algorithm 16

17. fast sync algorithm • 状態の同期とnonce検証の高速化 – pull-req: https://github.com/ethereum/go-ethereum/pull/1889 • gethの初期同期のデフォルトモード

    • eth/63プロトコル を使って同期 – https://github.com/ethereum/wiki/wiki/Ethereum-Wire-Protocol#fast-sy nchronization-pv63 • 以下ではそれ以前からの手法も含めて説明 17

18. 高速に同期するために • 並列なブロックダウンロード – 複数のノードから並列に取得 • nonce検証の省略 – いかに安全性を確保しつつ省くか •

    トランザクション再生の省略 – いかに再生をせずに状態を同期するか 18

19. 並列なブロックダウンロード 19

20. 1 1 2 2 3 3 N-M N-M N-M+1 N-M+1

    N N 20 1 Node A Node B New Node 1 2 2 3 3 N-M N-M N-M+1 N-M+1 N N 1 1 並列なブロックダウンロード

21. 1 1 2 2 3 3 N-M N-M N-M+1 N-M+1

    N N 21 1 Node A Node B New Node 1 2 2 3 3 N-M N-M N-M+1 N-M+1 N N 1 1 N-M N 並列なブロックダウンロード fetch header N-M fetch header N

22. 22 Node A Node B New Node 並列なブロックダウンロード skeleton 1

    1 2 2 3 3 N-M N-M N-M+1 N-M+1 N N 1 1 2 2 3 3 N-M N-M N-M+1 N-M+1 N N 1 1 N-M N

23. 1 1 2 2 3 3 N-M N-M N-M+1 N-M+1

    N N 23 1 Node A Node B New Node 1 2 2 3 3 N-M N-M N-M+1 N-M+1 N N 1 1 2 3 N-M N-M+1 N 並列なブロックダウンロード fetch header (1, M) fetch header (N-M, N)

24. 1 1 2 2 3 3 N-M N-M N-M+1 N-M+1

    N N 24 1 Node A Node B New Node 1 2 2 3 3 N-M N-M N-M+1 N-M+1 N N 1 1 2 3 N-M N-M+1 N 並列なブロックダウンロード

25. 1 1 2 2 3 3 N-M N-M N-M+1 N-M+1

    N N 25 1 Node A Node B New Node 1 2 2 3 3 N-M N-M N-M+1 N-M+1 N N 1 1 2 3 3 3 N-M N-M N-M+1 N-M+1 N N fetch body 2 fetch body 3 fetch body N-M fetch body N-M+1 fetch body N 並列なブロックダウンロード

26. 1 1 2 2 3 3 N-M N-M N-M+1 N-M+1

    N N 26 1 Node A Node B New Node 1 2 2 3 3 N-M N-M N-M+1 N-M+1 N N 1 1 2 3 3 3 N-M N-M N-M+1 N-M+1 N N 並列なブロックダウンロード

27. 27 並列なブロックダウンロード • ヘッダとボディを分けて並列に取得 • ヘッダも先に一定間隔で取得してから間を埋め ることで並列化 – まとめて取得する上限の192ブロック毎 –

    間を埋めれなかったときは取得元のpeerを dropしてやり直し

28. nonce検証の省略 28

29. 29 New Node nonce検証の省略 1 K K+1 2K 2K+1 3K

30. 30 New Node nonce検証の省略 1 Rand [1,K] K K+1 2K

    2K+1 3K Rand [K+1, 2K] Rand [2K+1, 3K] Kブロックの範囲からランダムに1つ

31. 31 New Node nonce検証の省略 1 Rand [1,K] K K+1 2K

    2K+1 3K Rand [K+1, 2K] Rand [2K+1, 3K] ✔ ✔ ✔

32. 32 nonce検証の省略 • Kブロックの範囲からランダムに選んだ1ヘッダ を検証する • 十分な長さNのチェーンですべて検証が通れば 確率的に十分な安全性を確保できる – K=100,

    N=2048 が選択されている – 検証に失敗したらNブロックを捨てる

33. トランザクション再生の省略 33

34. 34 トランザクション再生の省略 Remote Node 1 Pivot +1 N Pivot New

    Node S R S R 1 R R Pivot +1 N Pivot S

35. 35 トランザクション再生の省略 Remote Node 1 Pivot +1 N Pivot New

    Node S R S R 1 R R Pivot +1 N Pivot R R S fetch tx receipt fetch tx receipt

36. 36 トランザクション再生の省略 Remote Node 1 Pivot +1 N Pivot New

    Node S R S R 1 R R Pivot +1 N Pivot R R S

37. 37 トランザクション再生の省略 Remote Node 1 Pivot +1 N Pivot S

    R S R 1 R R Pivot +1 N Pivot R R S sync state trie S ※ 全アカウントの全状態を同期 New Node

38. 38 トランザクション再生の省略 Remote Node 1 Pivot +1 N Pivot S

    R S R 1 R R Pivot +1 N Pivot R R S S New Node

39. 39 トランザクション再生の省略 Remote Node 1 Pivot +1 N Pivot New

    Node S R S R 1 R R Pivot +1 N Pivot S R S R R R S ↻ ↻ S

40. 40 トランザクション再生の省略 • pivotまでは再生せずに結果(receipt)のみ取得 • pivotに達したら全状態を同期 • 以降は通常通り再生して状態・結果を構築 • Sybil攻撃で状態自体を不正できてしまう

    – 普通は二重支払いが限度 – 安全のため初回同期のみに限定 • これでOKな理由はよくわからなかった

41. fast sync の効果 41

42. 42 fast sync の効果 • pull-req (2015 Oct) に示されている値 –

    今の実装だと多少変わるかも – 時間 8分の1, ストレージ 5分の1 くらいの効率化 Dataset: Olympic, 837869 blocks, 10.2M states

43. 43 まとめ • ブロックチェーンの初期同期は大変 – フルノードは全部を同期する必要がある – サイズは増える一方 • Ethereum

    (geth) は様々な手法によって 安全性を確保しつつ高速化を実現している 間違いなどあったら @koropicot まで (⁎･‸･⁎)