Dietcoin: shortcutting the Bitcoin verification process for your smartphone

Dietcoin: court-circuiter la vérification dans Bitcoin pour les téléphones mobiles

Davide Frey (1) , Marc X. Makkes (2) , Pierre-Louis Roman (1) , François Taïani (1) , Spyros Voulgaris (3)

1 WIDE - the World Is Distributed Exploring the tension between scale and coordination
2 VU - Vrije Universiteit Amsterdam [Amsterdam]
3 AUEB - Athens University of Economics and Business

Blockchains have a storage scalability issue. Their size is not bounded and they grow indefinitely as time passes. As of August 2017, the Bitcoin blockchain is about 120 GiB big while it was only 75 GiB in August 2016. To benefit from Bitcoin full security model, a bootstrapping node has to download and verify the entirety of the 120 GiB. This poses a challenge for low-resource devices such as smartphones. Thankfully, an alternative exists for such devices which consists of downloading and verifying just the header of each block. This partial block verification enables devices to reduce their bandwidth requirements from 120 GiB to 35 MiB.However, this drastic decrease comes with a safety cost implied by a partial block verification. In this work, we enable low-resource devices to fully verify subchains of blocks without having to pay the onerous price of a full chain download and verification; a few additional MiB of bandwidth suffice. To do so, we propose the design of diet nodes that can securely query full nodes for shards of the UTXO set, which is needed to perform full block verification and can otherwise only be built by sequentially parsing the chain.

Les blockchains telles que Bitcoin passent mal à l’échelle, notamment du fait de leurs besoins important de stockage. Les besoins de stockage d’une blockchain typique ne sont pas limités et croissent indéfiniment. Par exemple, en août 2017, les données contenues dans la blockchainBitcoin représentaient environ 120 GiB, contre 75 GiB un an auparavant, en août 2016. Pour bénéficier des garanties complètes de sécurité apportées par Bitcoin, un noeud qui rejoint le réseau doit télécharger et vérifier l’intégralité des 120 GiB de données. Cette nécessité pose un défi pour les appareils à faibles ressources tels que les smartphones. Heureusement, une alternative existe pour de tels dispositifs qui consiste à télécharger et à vérifier seulement l’en-tête de chaque bloc de la blockchain. Cette vérification partielle des blocs permet aux appareils de réduire leurs besoins en bande passante de 120 GiB à 35 MiB, mais cette diminution drastique ne permet qu’une vérification partielle des blocs, et diminue grandement les garanties de sécurité offertes aux noeuds qui l’utilisent.Dans ce travail, nous proposons une approche qui permet aux appareils à faibles ressources de vérifier entièrement des sous-chaînes de blocs sans avoir à payer le prix onéreux d’un téléchargement et d’une vérification complète de la chaîne ; quelques MiB supplémentaires de bande passante suffisent. Pour ce faire, nous proposons d’introduire des noeuds Dietcoin qui sont capables en toute sécurité d’interroger des noeuds exécutant le protocole complet pour obtenir des fragments d’un ensemble appelé UTXO, nécessaire à la vérification complète des blocs.

Mots clés: sharding; blockchain; UTXO; distributed ledger; cryptocurrency; mobile computing

Mots clés: partitionnement; monnaie cryptographique; registre distribué; informatique mobile

Domaines: Calcul parallèle, distribué et partagé [cs.DC]; Cryptographie et sécurité [cs.CR]; Informatique mobile

Davide Frey, Marc X. Makkes, Pierre-Louis Roman, François Taïani, Spyros Voulgaris. Dietcoin: shortcutting the Bitcoin verification process for your smartphone. [Research Report] RR-9162, Univ Rennes, Inria, CNRS, IRISA, France; Vrije Universiteit Amsterdam, The Netherlands; Athens University of Economics and Business, Greece. 2018, pp.1-17. ⟨hal-01743995⟩