作為以太坊區塊鏈體系的競爭者,「以太坊殺手」Solana(SOL),致力成為一個互聯網規模級數的區塊鏈網絡,供使用者創建快速、安全、可快速擴充、去中心化的應用程式及交易平台。Solana目前每秒可處理的交易(TPS)高達65,000宗,區塊達到最終確認的時間僅需約400毫秒。Solana的終極目標,是證明可以讓區塊鏈的交易吞吐量隨網絡頻寬按比例擴張,實現可快速擴充、安全、去中心化的三大特質。Solana能夠標準Gigabit網絡上支援710,000 TPS 的上限,在40 Gigabit 網絡上最高支援2,840萬TPS。 

Background of Solana

Solana(SOL)平台由Anatoly Yakovenko於2017年創立。在成立Solana前,Yakovenko曾在Dropbox擔任軟件工程師,具備豐富的壓縮算法經驗,其後任職高通(Qualcomm)。Yakovenko與Eric Williams、以及Solana技術總監Greg Fitzgerald,聯手創建了一種新的運作機制,來解決比特幣和以太坊區塊鏈中存在的傳統吞吐量限制問題。

他們目標是創建一種免信任(trustless)、分佈式、具備快速增加系統處理資源能力的協議。目前,該團隊人員不少來自全球頂級科技機構包括Apple、Qualcomm、Intel、Google、Microsoft、Twitter、Dropbox等,也引起了許多投資者的關注,其中包括:Multicoin Capital,Foundation Capital,SLOW Capital,CMCC Global,Abstract Ventures等。 

「歷史證明(Proof-of-History)」共識機制

作為世界上性能最高的免許可區塊鏈之一,該網絡具有200個分散各地的節點,採用GPU運作可支援超過50,000 TPS的交易吞吐量。 

就交易發生的時間和順序達成一致,是分佈式網絡的最大挑戰之一。比特幣網絡便以工作量證明(PoW)共識算法,作為其系統的「分散式時鐘」,決定交易發生的時間順序。

Solana則使用「歷史證明(Proof-of-History,PoH)」方式,透過創建歷史記錄,證明交易在一個特定時間發生。PoH採用稱為「可驗證延遲函數(Verifiable Delay Function,VDF)」的加密學概念,VDF只能以特定數量的順序步驟運算得出,不容許並行處理,因此很容易定義這些步驟需要的真實時間。經運算的交易,將被賦予獨一無二的雜湊值和可公開驗證的序列數(count),後者功能類似時間戳記,可反映出交易發生的時間。每個節點都設有其「加密時鐘」,用以記錄和追蹤交易的時間順序。在此機制下,Solana網絡才能實現高吞吐量和高效率運作。 

SHA256 Consensus

Solana 8項核心創新功能

歷史證明(PoH)→ 毋須節點通訊達成共識的時鐘

Solana的PoH共識算法,透過建立交易的歷史記錄,可以使系統更輕易地跟蹤交易的時間順序,有助使用者以Solana協議為基礎,創建更高效率、更高吞吐率的應用程式及交易所。

塔式BFT算法 → PBFT的PoH優化版本

塔式BFT是一種類似於PBFT(實用拜占庭容錯算法)的共識算法,旨在發揮同步時鐘的優勢。塔式BFT用PoH模式發揮其加密時鐘的作用,促進網絡達成共識,減省大量節點通訊和交易延遲的時間與成本。

渦輪機(Turbine) → 區塊數據傳輸協議

透過將數據分成較細小的數據封包,渦輪機(Turbine)協議使區塊鏈節點間的數據傳輸變得更加容易。這使Solana可以解決頻寬限制的問題,並提高其整體容量,令交易可以更快地完成。

灣流(Gulf Stream) → 免Mempool的推送交易協議

灣流(Gulf Stream)協議在推動交易緩存、將其推送到網絡邊緣方面發揮重要作用。這使驗證者可以提前執行交易,從而減少交易確認時間,更快速的領導者(Leader)輪換,並減輕了未確認交易池的驗證者的緩存壓力,讓Solana每秒可處理50,000宗交易。

海平面(Sealevel) → 智能合約運作並行引擎

海平面(Sealevel)是一個高度並行化的交易處理引擎,它可以使Solana的執行時間更有效率,還可讓交易在相同狀態的區塊鏈上同時執行。 

流水線(Pipeline) → 用於優化驗證功能的交易處理模塊

Pipelining是指輸入的數據流會被分配給負責處理數據的不同硬件。此交易處理模塊可讓交易訊息可以快速被驗證和在網絡中所有節點之間傳播。

雲儲存(Cloudbreak) → 橫向擴展的賬戶數據庫

雲儲存(Cloudbreak)的數據結構,適合整個網絡的同時並行資料讀寫,是Solana網絡達到可快速擴充特質的關鍵。

存檔器(Archivers) → 分佈式賬本儲存

我們使用存檔器進行數據存儲。Solana網絡上的數據會從驗證者(validators)轉移到稱為「存檔器(Archivers)」的節點網絡。這些節點可以是例如手提電腦等輕量設備,並且會經常作系統檢查,以確保這些節點儲存的數據正確。

Solana(SOL)Cluster

Cluster(群集)是一組可以一起工作運算的電腦,可視為單一系統。每個Solana Cluster都是一組通常相互協作(也可以相互對抗)的、獨立自營的電腦,可幫助驗證不可信賴、由用戶提交的應用程式輸出。此外,用戶可以透過使用Solana Cluster,去保存事件或交易的永久記錄。

Solana Cluster的應用例子包括,追蹤哪些電腦可以正常運作,追蹤其擁有的實體資產。 只要有人擁有該應用程式賬本的副本,該應用程式的輸出將始終能夠被複製,並且獨立於發行該賬本的組織或機構。 

Solana hero Image

Solana運作流程

  1. 向領導者(Leader)輸入交易
  2. 領導者將對交易進行排序並對作有效整理,以便其他節點可以處理
  3. 領導者按儲存在RAM的當前狀態執行交易 
  4. 領導者將交易,連同最終狀態的簽名,發佈給校驗者(複製節點)
  5. 校驗者(Verifiers)在其狀態副本上執行相同的交易,並在確認後發布其狀態簽名
  6. 已發布的確認將作為共識算法的投票
Shows Solana transaction throughput method

Solana原生代幣$SOL

$SOL是Solana生態體系中的原生代幣,可用於發送給Solana Cluster當中的節點,作為後者運作鏈上應用程式或驗證輸出的回報。SOL也可以用於執行稱為 lamports的小額付款。目前,SOL的流通供應量為2,600萬枚,供應量上限則為4.89億枚SOL。SOL用途眾多,例如用戶可以抵押持有的代幣,以獲得額外回報,且過程非常簡單,如下所示: 

  1. 將代幣轉移到支持權益抵押的加密貨幣錢包
  2. 開設一個權益抵押賬戶
  3. 從Solana的驗證者(Validators)當中選擇一個
  4. 將持有的代幣委託給驗證者

Solana合作夥伴與生態體系

Solana在加密貨幣業界擁有不少優秀的合作夥伴,包括Project Serum、FTX、Terra、akash、Chainlink、civic、dfuse、Formatic、Stardust、Kin、Tempest等。

Serum

Serum has been quite hot in the news growing 1500% since its IEO. The main reason why Serum chose to build on Solana is because it offers the best of both centralized and decentralized worlds. 

以Solana創建的交易所,不設用戶審查、資產全權由用戶掌控,同時能提供低費用、高流通性的交易服務。 

當中關鍵在於,採用Solana讓Serum的鏈上流動性訂單簿(order book),可以每400毫秒就更新一次。 

Solana亦讓Serum實現了超卓的低延時、低gas費的優勢。以上皆是Solana帶來的革命性創新功能。

Serum a DEX

總結

Solana解決了早期區塊鏈技術遇到的諸多傳統問題,展示了驗證交易的新架構和更高效的共識算法,必將成為比特幣和以太坊的強力競爭者。作為加密貨幣行業在十年間快速發展的代表例子,Solana的未來發展絕對值得關注!

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參考資料來源:

https://medium.com/solana-labs/proof-of-history-a-clock-for-blockchain-cf47a61a9274

https://icodrops.com/solana/

https://solana.com/

https://docs.solana.com/introduction

https://boxmining.com/solana-sol/

https://proofofhistory.co/#:~:text=Solana%20is%20the%20world’s%20first,time%20problem%20without%20significant%20overhead.&text=The%20core%20innovation%20that%20makes,clock%20for%20the%20Solana%20network.

https://medium.com/solana-labs/tower-bft-solanas-high-performance-implementation-of-pbft-464725911e79

https://medium.com/solana-labs/turbine-solanas-block-propagation-protocol-solves-the-scalability-trilemma-2ddba46a51db

https://medium.com/solana-labs/gulf-stream-solanas-mempool-less-transaction-forwarding-protocol-d342e72186ad

https://medium.com/solana-labs/sealevel-parallel-processing-thousands-of-smart-contracts-d814b378192

https://medium.com/solana-labs/pipelining-in-solana-the-transaction-processing-unit-2bb01dbd2d8f

https://medium.com/solana-labs/cloudbreak-solanas-horizontally-scaled-state-architecture-9a86679dcbb1

https://medium.com/solana-labs/replicators-solanas-solution-to-petabytes-of-blockchain-data-storage-ef79db053fa1

https://medium.com/solana-labs/7-innovations-that-make-solana-the-first-web-scale-blockchain-ddc50b1defda

https://solana.com/solana-whitepaper.pdf

http://ministryofsolana.com/