SOL:與以太坊不同 另類的Solana不走分片之路

前不久FTX將要基于Solana發布其DEX交易所，該DEX名為Serum。FTX的CEOSBF還公開為Solana“帶鹽”：“Solana棒極了！”這是什么情況？為什么不是基于以太坊構建其DEX？

這一切都源于Solana的特色：在保證一定程度安全的前提下，實現高性能和低費用。

Solana現狀

截止到藍狐筆記寫稿時，Solana的總交易數近20億次，當前的tps大約200-300之間，大約是目前ETH的10-20倍，能處理當前多數場景的交易，尤其是DeFi領域的交易。

（SOURCE：Solanabeach.io)

Solana的代幣為SOL，截止到藍狐筆記寫稿時，其流通市值超過3800萬美元，活躍的質押超過1.7億，一共有135位質押者。其中質押超過100萬美元的質押者達到128位，目前的驗證者是相對分散的，且都質押一定量的資金，Solana已經有了一定的社區基礎。目前其質押者主要來自于歐洲、美國，亞洲質押者參與度相對較低。

（SOURCE：Solanabeach.io)

不走分片之路的Solana

目前區塊鏈擴展的主流方案是分片layer2。而Solana是個另類。它并沒有選擇分片之路，這也是加密世界中兩個讓藍狐筆記印象較深的項目，一個是Solana，一個是Holochain。Solana試圖實現高性能、低費用，且兼顧一定程度的去中心化和安全。它還有一個很重要的優勢是，不用擔心可組合性的問題。如果公鏈分片之后，可組合性是個必須面對的問題。而沒有分片的Solana則不存在這種擔憂。

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Solana創始人是AnatolyYakovenko。從公開資料看，他之前一直在思考一個問題：多節點組成的去中心化網絡如何才能達到單節點的性能？對這一問題的底層思考，引出了Solana最重要的概念之一：PoH。

Solana的時鐘

Solana的PoH并不是共識機制，也不是抵抗女巫攻擊的機制。它本質上是針對區塊鏈時鐘問題的解決方案。當前區塊鏈的時鐘按照區塊滴答來行進，比如比特幣，其時間滴答大約每十分鐘一次，每次滴答更新一次區塊，區塊的更新代表全局狀態的更新。也就是說，在比特幣的PoW機制中，時間和狀態是耦合的，保持同步的行進。中本聰通過將PoW、難度調整以及最長鏈規則結合一起，實現了在無須許可環境下的全局共識。

不過，這種全局共識也存在吞吐量的限制，因為吞吐量取決于區塊大小和區塊時間。區塊越大，區塊時間越短，吞吐量越大。但區塊越大不利于節點的去中心化，減少區塊時間則會增加鏈分叉的概率。

為提高吞吐量，Solana提出了將時間和狀態解耦的方案，如何實現這一點？需要全局可用的時鐘。有了全局時鐘，狀態更新可按照異步方式進行；有了全局一致的時鐘和交易時間戳，可以實現交易在網絡間的持續流動。Solana的PoH機制就是為網絡中的所有節點產生全局可用的時間鏈。

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有了獨立的時間鏈，驗證的領導者在收到時間戳后會盡快廣播給委員會。時間戳有規范順序，不是區塊生產者任意確定的順序，這樣，Solana中的驗證者可以實時向其他節點發送狀態更新。節點持續收到新的交易，交易有發送者簽名過的PoH哈希，并將其轉發給鄰居節點。

Solana的驗證者通過SHA-256順序哈希的VDF來解決時鐘問題。每個Solana的驗證者使用VDF來維持其自己的時鐘，可以為周期提前安排領導者。

通過PoH，Solana的驗證領導者可以實現持續輪換，且其輪換的決定是異步進行的。Solana網絡也可以輪換驗證者，且其輪換可在驗證者之間無須相互交談就可實現。而通常的區塊鏈則需要驗證者之間進行交談才能作出輪換決定。這種設計給予Solana更大的可擴展性空間。

除了PoH，Solana在共識機制、區塊廣播、賬本存儲等方面也進行了優化。

Solana的TBFT共識

Solana的共識機制是TBFT共識，類似于PBFT共識。不過，Solana的TBFT將其活性優先于一致性。Solana的節點可以計算當前的驗證者數量、每個驗證者狀態、每個驗證者提交給網絡中任何區塊的超時。通過這些數據結構，節點可以進行投票，從而達成共識。

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Solana的Turbine區塊廣播

Turbine是Solana的區塊廣播技術，借用了BitTorrent的思想。一個區塊傳輸時，它會分成很多個小數據包，然后廣播到大量的隨機節點。按照Solana自身的說法，使用其扇出機制，如果每個連接為100毫秒，對于40,000個節點的網絡而言，可以在400毫秒內完成復制，500毫秒內完成最終性。

此外，由于Solana的共識層不依賴于點對點消息，因此可以獨立于共識進行區塊網絡傳輸的優化。

Solana的GulfStream

在Slolana的結構中，每個驗證者都知道未來領導者的順序，驗證者會提前將交易轉發給預期的領導者。這可以讓驗證者提前執行交易，減少確認時間，減少對驗證者的內存壓力。

而像錢包這樣的客戶端則簽署引用特定區塊哈希的交易。客戶端選擇被網絡完全確認的區塊哈希，最差的情況下需要32個區塊，假設區塊時間大約800毫秒，最多只需要25.6秒完全確認。

一旦交易轉發給任意驗證者，驗證者會轉發給未來的領導者。客戶端可以訂閱來自驗證者的交易確認。客戶端知道區塊哈希在有限時間內過期或者交易被網絡確認。它允許客戶端簽署交易，這些交易可以保證執行或失敗。

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Solana的sealevel

sealevel是Solana用來構建橫向擴展的技術方案，是并行交易處理的引擎。多數區塊鏈都是單線程的計算機。Solana試圖在單個分片中支持并行交易執行。它借鑒了“scatter-gathter”的操作系統驅動程序技術。交易預先指定它們在執行時將讀取或寫入的狀態。運行時可以找到一個塊中所有非重疊狀態轉換函數，且并行處理。

sealevel本身是用于安排交易的虛擬機，但它并不在虛擬機中執行交易。它使用BerkeleyPacketFilter的字節碼，將交易在硬件本地執行。

使用LLVM，可為開發者提供一組工具，用c/c和Rust編寫高性能的智能合約。Solana沒有使用WASM，不過開發者可以在Solana編譯器上通過少量更改重新編譯C和Rust代碼。開發者可以從其他WASM鏈將應用遷移過來。這一點對于開發者來說，會有一定的吸引力。

3.4萬ETH參與以太坊2.0存款合約質押，距主網啟動還需49萬枚:11月6日，數據顯示，34213枚ETH參與以太坊2.0存款合約質押。以太坊2.0主網啟動需滿足524288枚ETH參與質押，并且驗證者達到16384個。目前質押率已達到6.52%，距離主網啟動還需至少490075枚ETH。

據悉，當滿足最低質押要求（5244288枚ETH）時，質押獎勵年化可達21.6%。當質押ETH達1千萬枚時，質押獎勵年化為4.9%。[2020/11/6 11:51:50]

為保證安全，Solana的體系結構支持不同模塊之間保持嚴格狀態分離，同時將資源和腳本作為高級概念引入。

Solana的Pipelining

Solana網絡上的交易驗證過程利用了Pipelining的機制。Solana網絡上Pipelining機制在內核級別進行數據獲取、在GPU級別進行簽名驗證，在CPU級別進行存儲，在內核空間進行寫入。據Solana的說法，通過這一機制，其交易處理單元可以同時處理50,000個交易。

Solana的Cloudbreak

Cloudbreak是Solana的水平擴展內存方案。除了擴展計算，也有必要擴展內存，因為用于跟蹤賬戶的內存很快會在大小和訪問速度方面成為瓶頸。一般的處理方法是在RAM中維持全局狀態。不過，普通的計算機沒有足夠的RAM來存儲全局狀態。Solana設計了Cloudbreak的狀態架構來進行優化。每個額外的磁盤增加了鏈上程序可用的存儲容量，并增加了在執行時可以執行的并發讀寫程序數量。

這個結構支持交易的提前執行。只要驗證者觀察到交易，sealevel可以開始從磁盤中預取所有賬戶，并為執行準備運行時。驗證者和區塊生產者可以在交易編碼進入區塊前開始執行交易，有利于進一步優化區塊時間。

Solana的Archiver

為減輕驗證者負擔，Solana將數據存儲從驗證者轉移到名為Archiver的節點網絡。交易狀態的歷史記錄被拆分為很多碎片，并使用糾刪碼技術。Archiver用于存儲狀態的碎片，但不參與共識。Solana利用了PoRep的技術，了解Filecoin的小伙伴們肯定很熟悉，這是源于Filecoin的概念。

Solana通過PoH來優化RoRep的創建方式。Archiver節點使用PoH產生輕量級的證明，驗證者可以通過GPU進行大規模驗證。Archiver節點甚至可以是輕量級節點。通過糾刪碼和冗余，Archiver網絡可以提供數據可用性保證。

通過PoH的創新和其他幾個方面的優化，Solana試圖走出一條不靠分片的擴展之路。

如Serum能成功，對Solana意味著什么？

Solana之前有過Kin的支持，kin將其網絡遷移至Solana。而如今FTX的Serum也計劃構建在Solana上。一旦它獲得一定的用戶規模和開發者支持，就會引起越來越多的社區和開發者注意。

FTX選擇Solana構建其DEXSerum。核心原因有幾個：

一是高吞吐量和低延遲。

當前其理論tps最高可達50,000次。如今Solana的tps也在200-300之間，它可以在不到1秒時間內完成交易。這對跟如今的區塊鏈的低吞吐量和高延遲形成鮮明對比。如果發生抵押資產價格暴跌情況，吞吐量過低，速度過慢都可能導致用戶大量損失。這些現實的情況不斷促使開發者和用戶在尋找新的選項。

二是低費用。

據說百萬筆轉賬的交易費用才10美元左右。這跟如今用戶參與DeFi挖礦的費用形成巨大反差。如今用戶參與DeFi的流動性挖礦花費幾十美元的gas費用是很平常的事情。這么高的費用除非有極高的收益支撐，否則很難持續。

三是兼容性和無須擔心可組合性。

Solana支持Rust、C、C、Move語言，也支持開發者從WASM鏈將應用遷移過來。這些兼容性可以降低開發者開發成本。

此外，由于Solana走的不是分片之路，也無須擔心智能合約的跨分片交易等問題。

Serum的能否成功，對Solana的意義不會低于對FTX的意義。如果Serum成功運行，那么，其他飽受高費用、低吞吐量、低速度的DeFi項目也會開始認真考慮其更多的選項和可能性。當然，由于以太坊生態的豐富性，這不意味著會離開以太坊，只是會考慮更多的選項。

不走分片之路的Solana要走的不是小路

Solana網絡采用了基于PoH時鐘機制，還優化了共識機制、數據廣播、并行交易處理、用單獨節點網絡進行狀態數據存儲等，其目就是為了在保證一定程度去中心化和安全的情況下，實現高吞吐量、低延遲和低費用，從而可以滿足大部分場景的用戶需求。

Solana想要摘取加密領域的圣杯：可擴展性。所以，Solana要走的路不是小路，而是充滿夢想的大路。

但它又是另類的，它走的不是分片的可擴展之路，它是加密領域的新物種。

加密領域比特幣和以太坊占據絕對主導地位，想要在現有架構下超越它們幾乎不可能。唯有全新架構才有機會，唯有新物種才能發展壯大。

當然，新架構意味者高風險，因為它可能做不出來，也可能做出來了但沒有社區的支持；它也意味著高收益，如果它能做出來且得到開發者和社區的支持，它就有機會發展壯大。

這就是為什么藍狐筆記一直在關注不同的區塊鏈范式的原因。其中Solana和Holochain一直處于藍狐筆記的關注范圍，但未來它們能否成功只有時間才能告訴我們，也歡迎大家留言，說說自己心目中的全新區塊鏈物種。

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