SWMT: Uma Árvore Merkle com Janela Deslizante e Escritas Retardadas para Gerenciamento Escalável do Estado em Blockchain

A árvore de estado usada para o gerenciamento do estado em blockchain emergiu como um gargalo central de desempenho, principalmente devido à latência envolvida na geração de compromissos criptográficos durante a produção e validação de blocos. Para abordar essa questão, apresentamos um mecanismo de escrita retardada que desacopla o cálculo de compromisso da execução do bloco. Introduzimos a Árvore Merkle com Janela Deslizante (SWMT), um cache cíclico em memória que armazena temporariamente atualizações recentes de estado, adiando sua integração na árvore de estado. A SWMT utiliza um campo de janela de 32 bits para gerenciar eficientemente a vida útil do cache e suportar a geração rápida de compromissos. Para lidar com cargas de transações variáveis, propomos uma estratégia de controle de congestionamento inspirada em TCP que adapta a granularidade do cache à intensidade dinâmica da carga de trabalho. Nosso design pode ser integrado com estruturas existentes de árvores MPT e Verkle, preservando a concisão e verificabilidade das provas. Avaliações com 6 milhões de blocos reais do Ethereum demonstram uma redução de até 61,3x na latência de compromissos, e uma aceleração de 6,3x na execução dos blocos. Esses resultados destacam uma abordagem prática e implementável para melhorar o rendimento e a escalabilidade do blockchain.