Необходимость в доказательстве истории, объяснённая

В распределенной сети, такой как блокчейн, синхронизация общей временной шкалы транзакций является значительной проблемой. Большинство блокчейнов достигают этого, координируя блоки через коммуникацию по всей сети; однако этот подход может создавать задержки и замедлять окончательность транзакций, особенно по мере увеличения числа узлов в сети.

Основатель Solana, Анатолий Яковенко, увидел способ решения этой "проблемы часов", введя криптографическое решение, которое предоставляет историческую запись транзакций. Предоставляя каждой транзакции проверяемую временную метку, Solana может создать криптографический порядок событий без необходимости постоянного консенсуса сети по времени или порядку. Это решение, известное как доказательство истории, стало центральной особенностью, которая отличает Solana, позволяя ей достигать высоких скоростей без компромиссов в децентрализации.

Solana стала одной из самых обсуждаемых блокчейнов первого уровня, в основном благодаря своим беспрецедентным скоростям транзакций и низким комиссиям. В основе этой высокопроизводительной платформы лежит инновационная концепция: доказательство истории (PoH).

В отличие от блокчейнов, таких как Bitcoin и Ethereum, которые полагаются исключительно на механизмы консенсуса, такие как доказательство работы (PoW) или доказательство доли (PoS), соответственно, Solana сочетает PoH с PoS, чтобы достичь системы с высокой пропускной способностью и низкой задержкой.

Это уникальное сочетание позволяет Solana обрабатывать тысячи транзакций в секунду, решая значительные узкие места, с которыми сталкиваются другие цепочки.

Как работает доказательство истории (PoH)

Доказательство истории работает, устанавливая криптографические часы, которые ставят временные метки на каждую транзакцию, создавая запись, которая может доказать, когда произошла каждая транзакция.

Этот процесс использует функцию задержки с проверкой (VDF), в случае Solana основанную на хэшировании SHA-256, чтобы создать непрерывную, последовательную цепочку хэшей. Каждый хэш ссылается на предыдущий, формируя уникальную временную шкалу.

Уникальность PoH заключается в том, что каждый хэш как подлежит проверке, так и зависит от предыдущего. Эта цепочка хэшей по сути создает "часы", которые все узлы в сети могут следовать, позволяя им согласовывать порядок транзакций без прямой коммуникации. Узлы могут затем проверять блоки и транзакции в заранее упорядоченной последовательности, ускоряя весь процесс.

Как PoH ускоряет консенсус на Solana

PoH позволяет Solana достичь более быстрого и эффективного консенсуса, заранее упорядочивая транзакции, позволяя быстрое время блоков и обрабатывая тысячи транзакций в секунду.

В традиционных системах PoS или PoW блоки создаются через процесс голосования на уровне всей сети, который требует консенсуса по временным меткам и порядку каждого блока.

PoH позволяет Solana пропустить этот шаг, предварительно упорядочивая транзакции, что означает, что валидаторы могут обрабатывать транзакции по мере их поступления, не дожидаясь согласия всей сети. Это снижает объем необходимой коммуникации и делает процесс проверки быстрее и эффективнее.

С помощью PoH Solana может достичь консенсуса гораздо быстрее, потому что каждый узел имеет доступ к одной и той же проверяемой временной шкале. Это обеспечивает предсказуемое и быстрое время блоков — Solana регулярно достигает времени блоков в 400 миллисекунд, что быстрее многих централизованных систем. Решая проблему синхронизации, PoH позволяет Solana обрабатывать тысячи транзакций в секунду с высокой согласованностью.

Взаимодействие между доказательством истории и доказательством доли

В то время как PoH предоставляет временную шкалу и порядок транзакций, PoS управляет выбором валидаторов и безопасностью сети.

В системе PoS Solana валидаторы выбираются на основе их доли в сети. Чем выше доля, тем более вероятно, что валидатор будет выбран для добавления новых блоков. Этот процесс выбора с учетом доли поддерживает безопасность сети, выравнивая стимулы валидаторов с состоянием сети.

PoH и PoS работают вместе безупречно. Вот как:

  • PoH предоставляет упорядоченный список событий, в то время как PoS определяет, кто может добавить их в блокчейн.

  • Избранный валидатор, также известный как "лидер", собирает и упорядочивает транзакции в соответствии с временными метками PoH. Эта синергия между PoH и PoS позволяет Solana поддерживать как скорость, так и безопасность, баланс, который многим другим блокчейнам было трудно достичь.

Роль ведущего валидатора в создании блоков на Solana

На Solana выбирается ведущий валидатор (или "лидер"), который создаёт блоки в течение данного слота. Этот валидатор отвечает за организацию и установку временных меток на транзакции в соответствии с временной шкалой PoH.

Используя PoH, лидер может установить каждую транзакцию в определенном порядке, устраняя необходимость другим валидаторам активно проверять последовательность транзакций.

Как только ведущий валидатор создает блок, он затем проверяется другими узлами.

Поскольку блок уже соответствует временной шкале PoH, проверка проходит быстрее и эффективнее. Эта роль ведущего валидатора имеет решающее значение для масштабируемости Solana, поскольку она обеспечивает быстрое создание и подтверждение блоков.

Вот тематический поток консенсуса, который объединяет PoH и PoS, что приводит к блокчейну с высокой пропускной способностью и низкой задержкой.

  • Шаг 1: Лидеры валидаторов на Solana выбираются на основе системы с учетом доли, где валидаторы с большими долями Solana (SOL) имеют больше шансов быть выбранными в качестве лидеров. Это означает, что субъекты, которые больше инвестируют в сеть, с большей вероятностью будут отвечать за производство блоков, что способствует выравниванию стимулов с безопасностью сети.

  • Шаг 2: Механизм консенсуса PoH устанавливает график ротации для лидеров. График известен заранее, и каждому лидеру назначается "слот", который представляет собой короткий период (около 400 миллисекунд), в течение которого они будут собирать транзакции и производить блок. Эта предсказуемая ротация позволяет валидаторам предвидеть, когда они будут действовать в качестве лидеров, что облегчает подготовку к предстоящим обязанностям.

  • Шаг 3: В течение своего назначенного слота лидер собирает транзакции из сети. Механизм PoH позволяет лидеру установить временные метки на каждую транзакцию с уникальной криптографической подписью, создавая упорядоченную последовательность транзакций. Это упорядочение является неотъемлемой частью PoH, позволяя транзакциям проверяться и валидироваться другими узлами в правильной последовательности.

  • Шаг 4: Затем лидер организует упорядоченные транзакции в блок, встраивая временную метку, которая соответствует последовательности PoH. Эта последовательность действует как историческая запись, подтверждающая порядок транзакций без необходимости достижения консенсуса каждым валидатором по каждой транзакции индивидуально. Временная метка PoH также служит доказательством того, что транзакции были обработаны в реальном времени, предоставляя проверяемый реестр.

  • Шаг 5: Как только блок создан, лидер транслирует его остальной части сети, используя протокол Turbine от Solana. Turbine делит данные на более мелкие пакеты и распределяет их между валидаторами, обеспечивая эффективное распространение даже при высоких объемах транзакций.

  • Шаг 6: Другие валидаторы получают блок и проверяют его по последовательности PoH, подтверждая, что порядок с временными метками соответствует ожидаемой исторической записи. Поскольку транзакции уже предварительно упорядочены лидером, валидаторы могут быстро проверить последовательность без необходимости дополнительной коммуникации для упорядочивания, ускоряя процесс проверки.

  • Шаг 7: После проверки блока он добавляется в блокчейн, завершив записи транзакций. Роль лидера затем переходит к следующему запланированному валидатору, который начинает собирать транзакции для следующего слота. Этот цикл продолжается и позволяет Solana достигать непрерывного производства блоков и поддерживать высокую пропускную способность.

Дополнительные инновации на Solana: Turbine и Pipelining

В дополнение к PoH, Solana использует другие технические инновации, такие как Turbine и Pipelining, для дальнейшей оптимизации производительности.

Распространение данных в больших сетях может замедляться и перегружаться, что приводит к узким местам. Turbine решает эту проблему, разбивая данные на более мелкие части и передавая их по узлам параллельно, подобно тому, как BitTorrent разбивает файлы. Это помогает поддерживать низкую задержку и высокую пропускную способность, особенно в глобальной сети.

Архитектура пайплайнинга Solana позволяет различным этапам обработки транзакций работать одновременно. Это разделение задач обработки по ресурсам позволяет транзакциям непрерывно течь без ожидания, увеличивая пропускную способность и делая систему более эффективной.

Сочетая Turbine и Pipelining с PoH, Solana может быстро обрабатывать транзакции, не сталкиваясь с общими узкими местами, с которыми сталкиваются традиционные блокчейны.

Почему у Solana нет мемпула

Мемпул — это зона хранения для неподтвержденных транзакций, которую большинство блокчейнов использует для управления ожидающими транзакциями. Однако у Solana нет традиционного мемпула из-за PoH. В системе Solana транзакции получают временные метки сразу после входа в сеть, что позволяет обрабатывать их в режиме реального времени.

Этот процесс обработки в реальном времени устраняет необходимость в мемпуле, поскольку транзакции не ждут в очереди — они либо принимаются и сразу упорядочиваются, либо отклоняются. Устранение мемпула позволяет Solana уменьшить задержку и гарантировать, что транзакции обрабатываются с минимальной задержкой, что является ключевым фактором для поддержания её высокой скорости.

Позволяет ли PoH Solana функционировать без мемпула?

Уникальная функция временной метки PoH позволяет Solana функционировать без мемпула.

Поскольку PoH предоставляет встроенную последовательность для транзакций, валидаторы могут мгновенно обрабатывать транзакции без необходимости временного хранения их. Это немедленное упорядочение упрощает поток транзакций и позволяет сети обрабатывать большие объемы без добавленной сложности управления мемпулом.

Хотя этот подход приносит впечатляющие преимущества скорости, он также требует тщательного управления обязанностями валидаторов и безопасностью сети, чтобы предотвратить перегрузку. Дизайн Solana балансирует эти элементы, делая её одной из самых быстрых блокчейнов в производстве.

Лидеры блоков — вектор централизации в модели консенсуса PoH Solana?

Частый выбор одних и тех же валидаторов в качестве лидеров в механизме PoH может централизовать производство блоков, потенциально уменьшая разнообразие валидаторов и увеличивая риски, связанные с извлечением MEV.

Поскольку лидеры несут ответственность за организацию и упорядочение транзакций, они играют ключевую роль в сети. Частый выбор одних и тех же нескольких валидаторов в качестве лидеров может привести к ситуации, когда небольшая группа хорошо обеспеченных валидаторов получает чрезмерное влияние на производство блоков. Это может потенциально уменьшить разнообразие валидаторов, активно участвующих в процессе создания блоков.

Поскольку лидеры блоков несут единоличную ответственность за упорядочение транзакций, они могут также управлять дополнительными доходами, используя транзакции с максимальной извлекаемой ценностью (MEV). Однако скорость цепочки уже уменьшает возможности для MEV, в отличие от более медленных цепей. Тем не менее, это один из рисков механизма PoH.