作者：Sam Wouters
我撰写这篇科普文，是因为我相信 Erlay 是比特币目前为止最重要的性能升级之一。
Erlay 将通过减少网络参与者之间不必要的通信，帮助比特币网络保持去中心化。
- Erlay 对比特币的影响估计 -
感谢 Gleb Naumenko、Pieter Wuille、Gregory Maxwell、Sasha Fedorova 和 Ivan Beschastnikh 提出了这个令人赞叹的升级。
我第一次知道这个想法是在 Bitcoin Optech 周报（#49）（也非常推荐大家关注他们）。非常感谢周报的作者们让懂一些技术的读者了解 Erlay。希望我可以解释变得更简单，为剩下的读者服务。
当前，交易是如何在网络中广播的？
这是 Bob。
Bob 希望发送一笔比特币交易，具体原因在这里并不重要，不过你可以自己猜一个。
他显然希望自己的交易能尽快打包到比特币链上。要实现这个目的，肯定比特币网络中越多节点知道 Bob 的钱包发起了交易越好。这能提高他的交易在创建后被打包到下一个区块中的概率（而区块平均而言每 10 分钟出现一个）。
因为 Bob 的兴趣在别的地方，所以他没有自己的比特币节点。相反，他要信任 Alice（这笔交易的收款方）的节点会广播他的交易。
- Bob 知道即使使用 Alice 的节点，Alice 也没法偷走他的钱 -
Alice 的节点先检查 Bob 的交易，看看是不是 Bob 的钱包签名了这笔交易。
她还会检查 Bob 之前有没有花过同一笔钱，办法是遍历本地存储的、尚未被花费的交易的记录，也就是所谓的 “UTXO”。
什么是 UTXO？
比特币交易由输入（在交易签名者所控制的地址里的资金）和输出（接收方的地址和面额）组成。
每一个交易输出，反过来都可以成为下一笔交易的一个输入。
为了确保你没有重复花费同一笔比特币资金，网络中的节点会检查所有交易的历史，找出历史上是否有交易使用了相同的输出。
你可以想象，每次都要这样做是费时费力的。为了提高效率，节点只会遍历全部交易历史一次，然后创建出一个还没有被用过的交易输出的列表。
这就是所谓的 “未花费的交易输出的清单”，“未花费的交易输出” 的缩写就是 “UTXO。”
今天的比特币拥有大约 5600 万个 UTXO，大约要占据 3GB 的区块空间。而完整的比特币区块链大约是 220 GB，包含了 4.22 亿笔交易。
每当一笔交易成功上链的时候，收到交易数据的节点就移除被花费的 UTXO，并加入该交易所创建的新的 UTXO。
检查工作完成后，Alice 的节点会告诉其他 8 个与自己连接的节点有关 Bob 的交易的信息。
Bob 可能会盲目地相信 Alice 的节点，但 Alice 节点的对等节点可不会这样。他们也会遵循同样的步骤检查 Bob 的交易。
你可以想象，在此之后，这些被 Alice 通知的节点还会再次收到关于 Bob 的交易的信心，甚至再听到很多次，因为他们都以不同的方式连接，并不知道谁已经知道了哪些信息。
大量信息都是没有必要再传递的。虽然这样做给了比特币用户很强的信息，相信世界上所有节点都会知道自己的交易，但它给节点带来了很大的负担。
这些节点可能发送和接收了许多不必要的信息。准确点说，Erlay 的研究论文显示，节点间全部流量的 44% 都是这种不必要的消息！
节点会因此承担很大的压力，尤其是那些网络联通性并不好的节点；又或者，随着比特币的使用量越来越大，节点的所有者将无力承担越来越高的网费。
Erlay 协议正是为了解决这个问题而提出的。
如何使用 Erlay 来广播交易
在你忙着理解 UTXO 和节点流量构成时，Bob 已经从教程中学到了怎么建立自己的比特币节点。
Bob 让 Alice（的节点）成为自己的对等节点之一，并向她和其他 7 个对等节点广播自己的交易。验证完 Bob 的交易之后，Bob 的对等节点也告诉自己的其他对等节点。
- 绿线标记的是 Bob 的对等节点；这些对等节点的其他连接用蓝线标记 -
这笔交易广播到网络中之后，并不是每个节点都会收到 Bob 的交易。如果你不在某人的对等节点群组中，你就会错过它。
但不必担心，一个节点不需要期望自己会直接听到 Bob 的交易。相反，他会定期请求他的所有对等节点收到的所有交易的 草图（sketch）。
- 每个对等节点都会发送一个表示自己收到的所有交易的草图，它的数据量比它所代表的所有交易要小。
- 然后这个节点会用自己收到的交易数据生成自己的草图，跟其他对等节点的草图相比对，就像玩 “找不同” 的游戏一样。
- 然后节点可以向他的对等节点请求本地草图中没有的交易。
草图和缺失交易的关系，就像一幅全景图（包含所有交易）跟景观中的一朵花或一块石头（一笔交易）的详细特写一样。
优点和缺点
通过对比草图来发现区别有一个缺点。整个操作会比直接让一条交易传遍整个比特币网络要慢一些（比较操作要花 2.6 秒）。
因为比特币网络产生一个新区块平均要花 10 分钟，这种降速似乎是值得的，它可以降低所有节点的沉重负担。
反过来，如果节点只需做更少的工作，人们运行自己的节点也会比变得更容易，然后比特币网络也可以保持去中心化。
我们不希望出现只有少数大数据中心才能循行比特币全节点的情况，因为这样就变成了我们所有人都要信任他们不会审查我们的交易。那就回到了中心化控制的金融机构的世界，而比特币正是为了取代他们而被发明的。
“但是如果” 环节
你可以尝试思考 Erlay 协议会失败的情形，但论文的作者们也是这么做的。
在论文中，他们描述了比较这些草图的最佳参数，以及若是无法发现草图之间的区别，节点可以采取什么回调步骤。
作者们也测试了这套协议在一个 60000 个节点的模拟网络中的表现，以及在一个全球分布 100 个节点的实时通络中的表现。
在当前的协议中，如果节点把对等连接的数量从 8 提高到 32，他们的流量会增加 300%；但有了 Erlay 协议，就只会增加 32%。
那什么时候我们能看到比特币软件实现 Erlay 呢？
现在，Erlay 的研究论文已经公开，正在接受反馈。
更正：Erlay 的一个 BIP 草案已经发布（2019 年 9 月 26 日修订）。
更正 2：一个实现已经可供审核了！（2020 年3 月 4 日修订）
如果没有其他的研究院、测试员和开发者表示反对，Gleb Naumenko 将会撰写一个 BIP，然后开始让 Erlay 进入最流行的比特币节点软件Bitcoin Core 的工作。
Erlay 只需要 584 行代码。它完全不需要变更比特币的底层规则，也不会导致更新版本的软件无法与旧版本兼容，所以让它激活会比比特币曾经做过的某一些变更更简单。
希望你喜欢这篇文章，这对我来说也是一个实验。如果你喜欢，或者建议我协作其它跟比特币相关的话题，请让我知道！
（完）