Wir stellen vor: Quick Merkle Database (QMDB), eine hochleistungsfähige, verifizierbare Datenbank, die für Blockchains optimiert ist. • 2,28 Mio. Statusaktualisierungen pro Sekunde, 1 Mio. TPS (Benchmark-Übertragungen pro Sekunde). • Benchmarking mit Workloads von bis zu 15 Mrd. (10x dem Stand von Ethereum im Jahr 2024) und nachgewiesener Kapazität zur Skalierung auf 280 Mrd. Einträge auf einem einzigen Server. • Einmaliger Lesezugriff pro Zustandszugriff, O(1)-I/O für Updates und In-Memory-Merkleisierung auf einem Footprint von nur 2,3 Byte pro Eintrag. • Effiziente Skalierung sowohl auf Consumer- als auch auf Unternehmenshardware. QMDB wurde von LayerZero Labs entwickelt, ist MIT und Apache-2 lizenziert und vollständig Open Source.

QMDB ist eine SSD-optimierte Zustandsdatenbank mit In-Memory-Merkleisierung, die die Schreibverstärkung und den DRAM-Bedarf reduziert. Es vereinheitlicht den Weltzustand und den Merkle-Baumspeicher, verwendet ein Nur-Anfüge-Protokoll für Statusaktualisierungen und eliminiert Lese-/Schreibvorgänge auf der Festplatte während der Merkleisierung.

QMDB führt Zustandslesevorgänge mit einem einzigen SSD-Lesevorgang durch, Statusaktualisierungen mit O(1) SSD-I/O und führt die Merkleisierung vollständig im Arbeitsspeicher ohne SSD-Lese- oder Schreibvorgänge durch. Diese Operationen nähern sich der theoretischen Optimalität in Bezug auf die Komplexität von Festplatten-I/O.

QMDB zeigt einen signifikanten Fortschritt in der Leistung und Skalierbarkeit von überprüfbaren Datenbanken. • 2,28 Mio. Statusaktualisierungen pro Sekunde (AWS i8g.8xlarge), 1 Mio. TPS (Benchmark-Übertragungen pro Sekunde) • 63.000 Updates pro Sekunde bei 15 Milliarden Einträgen, die auf einem Mini-PC für 540 US-Dollar ausgeführt werden.

QMDB liefert 6x mehr Updates pro Sekunde als die Standard-RocksDB und demonstriert damit eine überlegene Leistung über alle Betriebsarten hinweg.

Gegenüber NOMT (der führenden verifizierbaren Datenbank) erreicht QMDB eine 8-fache Leistungssteigerung.

QMDB lässt sich effizient sowohl auf Unternehmens- als auch auf Standardhardware skalieren und skaliert auf bis zu 280 B-Einträge mit einem einzigen Server mit hoher SSD-Kapazität.

Die vielversprechenden Ergebnisse von QMBB ermöglichen es, einen wesentlich höheren Durchsatz zu erzielen und gleichzeitig die Dezentralisierung in vielen Systemen zu erhöhen, indem die Kapitalkosten gesenkt und Infrastrukturbarrieren reduziert werden.

QMDB erschließt viele neue Anwendungsfälle wie historische Proofs und die Generierung von ZK-Proofs in Echtzeit. Historische Beweise, wie TWAP, können mit beliebiger zeitlicher Granularität im letzten Block abgefragt werden. Wenn QMDB in einem ZK-Rollup verwendet wird, kann es pro Transaktion merklizieren, um feinste Proof-Granularität und Parallelisierung zu erzielen.

Wir danken den folgenden Personen für ihre Beiträge: • @_patrickogrady von @commonwarexyz • @yezhang1998 von @Scroll_ZKP • @yangl1996 von @megaeth_labs • @yilongl_megaeth von @megaeth_labs • @rphmeier von @thrumdev

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