Ein Artikel enthüllt den Geschwindigkeitskönig in der Blockchain: Solana

Ein Leistungsbericht

Der am 17. Mai von CoinGecko veröffentlichte „Fastest Chains“-Bericht zeigte, dass Solana die schnellste unter den großen Blockchains ist, wobei der höchste durchschnittliche tägliche reale TPS 1.504 erreicht (Abstimmungstransaktionen wurden entfernt), Sui ist die zweitschnellste Blockchain, wobei der höchste tägliche durchschnittliche reale TPS 854 erreicht. BSC liegt an dritter Stelle, aber der erreichte reale TPS beträgt weniger als die Hälfte von Sui.

Aus diesem Bericht geht hervor, dass Solana und Sui beide nicht-EVM-kompatible Blockchains mit der besten Leistung sind. Darüber hinaus beträgt der durchschnittliche reale TPS der 8 nicht-EVM-kompatiblen Blockchains 284 und 17 EVM kompatible Blockchains und Ethereum Layer 2 beträgt nur 74, und die Leistung nicht EVM-kompatibler Blockchains ist etwa viermal so hoch wie die der EVM-kompatiblen Blockchains.

In diesem Artikel werden die Leistungsengpässe von EVM-kompatiblen Blockchains untersucht und die Leistungsmethode von Solana enthüllt.

Leistungsengpässe bei EVM-kompatiblen Blockchains

Zuerst verallgemeinern wir die EVM-Blockchain auf allgemeine Blockchains. Wenn Blockchain TPS verbessern möchte, gibt es im Allgemeinen die folgenden Methoden:

• Verbesserung der Knotenleistung: Verbesserung der Knotenleistung durch Stapeln von Hardwareressourcen. Die Hardwareanforderungen des Knotens wirken sich auf den Grad der Dezentralisierung aus, z. B. auf die empfohlene Konfiguration von Ethereum, 4 CPU-Kernen, 16G-Speicher und einer Netzwerkbandbreite von 25 Mbit/s, die mit normaler Benutzerebene erreicht werden kann, mit einem hohen Grad an Zentralisierung; Solana empfiehlt eine relativ höhere Konfiguration von 32 CPU-Kernen, 128G-Speicher und Netzwerkbandbreite von 1 Gbit/s, was nur mit professioneller Ausrüstung und einem hohen Grad an Zentralisierung erreicht werden kann.
• Verbesserung der zugrunde liegenden Protokolle: einschließlich Netzwerkprotokolle, Kryptografie, Speicherung usw. Die Verbesserung der zugrunde liegenden Protokolle der Blockchain ändert sich nicht Die Eigenschaften der Blockchain selbst haben keinen Einfluss auf die Betriebsregeln der Blockchain. Die zugrunde liegende Technologie hat jedoch wenig Beachtung gefunden und es gibt derzeit keinen größeren Durchbruch im Forschungsbereich ;
• Erweitern Sie den Block: Durch Erhöhen der Blockgröße können mehr Transaktionen durchgeführt werden, wodurch der Transaktionsdurchsatz der Blockchain verbessert wird, z. B. Bitcoin Cash (BCH) erweitert die Blockgröße von 1 MB auf 8 MB und dann auf 32 MB . Die Erweiterung des Blocks erhöht jedoch auch die Ausbreitungsverzögerung und verursacht Sicherheitsbedrohungen, wie z. B. die Erhöhung der Möglichkeit von Forks und DDoS-Angriffen.
• Konsensprotokoll: Das Konsensprotokoll stellt sicher, dass jeder Knoten der Blockchain eine Einigung über die Statusaktualisierung erzielt Die Blockchain ist die wichtigste Sicherheitstür der Blockchain. Zu den in der Blockchain verwendeten Konsensmechanismen gehören PoW, PoS, PBFT usw. Um den Anforderungen der Skalierbarkeit gerecht zu werden, verbessern im Allgemeinen leistungsstarke öffentliche Ketten das Konsensprotokoll und kombinieren es mit ihren eigenen speziellen Mechanismen, wie dem PoH-basierten Konsensmechanismus von Solana und dem Avalanche-basierten Konsensmechanismus
• Transaktionsausführung: Bei der Transaktionsausführung kommt es nur auf die Zeiteinheit an. Die Anzahl der innerhalb des Blocks verarbeiteten Transaktionen oder Rechenaufgaben. Blockchains wie Ethereum verwenden eine serielle Methode, um intelligente Vertragstransaktionen in Blöcken auszuführen. Bei der seriellen Ausführung ist der Leistungsengpass der CPU sehr offensichtlich schränkt die Effizienz des Blockchain-Durchsatzes erheblich ein. Im Allgemeinen werden leistungsstarke öffentliche Ketten die parallele Ausführung übernehmen, und einige werden Sprachmodelle vorschlagen, die der Parallelität zum Aufbau intelligenter Verträge förderlicher sind, wie beispielsweise Sui Move.

Für die EVM-Blockchain liegt die größte Herausforderung in der Transaktionsausführung aufgrund der Einschränkung der virtuellen Maschine, also der Transaktionsausführungsumgebung. EVM hat zwei Hauptleistungsprobleme:

• 256-Bit: EVM ist als virtuelle 256-Bit-Maschine konzipiert, um die Verarbeitung des Hashing-Algorithmus von Ethereum zu erleichtern, der explizit eine 256-Bit-Ausgabe erzeugt. Der Computer, auf dem EVM tatsächlich ausgeführt wird, muss jedoch zur Ausführung 256-Bit-Bytes der lokalen Architektur zuordnen. Ein EVM-Opcode entspricht mehreren lokalen Opcodes, was das gesamte System sehr ineffizient und unpraktisch macht.
• Fehlende Standardbibliothek: Es gibt keinen Standard Bibliothek in Solidity, und Sie müssen sie selbst mit Solidity-Code implementieren. Obwohl OpenZeppelin diese Situation in gewissem Maße verbessert hat, stellen sie eine Standardbibliothek für die Solidity-Implementierung bereit (indem sie den Code in den Vertrag aufnehmen oder ihn in Form von Delegatecall-Verträgen aufrufen). ), aber die Ausführungsgeschwindigkeit des EVM-Bytecodes ist viel geringer als die der vorkompilierten Standardbibliothek.

Aus Sicht der Ausführungsoptimierung weist EVM immer noch zwei große Mängel auf:

• Schwierig durchzuführende statische Analyse: Parallele Ausführung in der Blockchain bedeutet, nicht verwandte Transaktionen gleichzeitig zu verarbeiten und nicht verwandte Transaktionen als Ereignisse zu behandeln, die sich nicht gegenseitig beeinflussen. Die größte Herausforderung bei der parallelen Ausführung besteht darin, zu bestimmen, welche Transaktionen irrelevant und welche unabhängig sind. Derzeit führen einige leistungsstarke öffentliche Ketten im Voraus eine statische Analyse von Transaktionen durch. Der dynamische Sprungmechanismus von EVM erschwert die statische Analyse des Codes. ;
• Der JIT-Compiler ist unausgereift: Der JIT-Compiler (Just In Time Compiler) ist eine häufig verwendete Optimierungsmethode in modernen virtuellen Maschinen. Das Hauptziel von JIT besteht darin, die Interpretationsausführung in eine kompilierte Ausführung umzuwandeln. Zur Laufzeit kompiliert die virtuelle Maschine den Hotcode in Maschinencode, der sich auf die lokale Plattform bezieht, und führt verschiedene Optimierungsebenen durch. Obwohl es derzeit EVM-JIT-Projekte gibt, befinden sie sich noch im experimentellen Stadium und sind nicht ausgereift genug.

In Bezug auf die Auswahl virtueller Maschinen verwenden leistungsstarke öffentliche Ketten daher häufiger virtuelle Maschinen, die auf WASM, eBPF-Bytecode oder Move-Bytecode basieren, anstelle von EVM. Solana verwendet beispielsweise seine eigene einzigartige virtuelle Maschine SVM und den eBPF-basierten Bytecode SBF.

Schnellste Ketten: Solana

Solana ist berühmt für seinen PoH-Mechanismus (Proof of History), seine geringe Latenz und seinen hohen Durchsatz und ist einer der bekanntesten „Ethereum-Killer“.

Im Kern ist PoH ein einfacher Hash-Algorithmus, der der Verifiable Delay Function (VDF) ähnelt. Solana wird mithilfe einer Sequenz-Preimage-resistenten Hash-Funktion (SHA-256) implementiert, die kontinuierlich ausgeführt wird und die Ausgabe einer Iteration als Eingabe für die nächste verwendet. Diese Berechnung wird auf einem einzelnen Kern pro Validator ausgeführt.

Während die Sequenzgenerierung sequentiell und Single-Threaded erfolgt, kann die Verifizierung parallel erfolgen, was eine effiziente Verifizierung auf Multi-Core-Systemen ermöglicht. Zwar gibt es eine Obergrenze für die Hashing-Geschwindigkeit, Hardware-Verbesserungen können jedoch zu zusätzlichen Leistungssteigerungen führen.

Solana-Konsensprozess

Der PoH-Mechanismus fungiert als zuverlässige und vertrauenswürdige Zeitquelle und erstellt eine überprüfbare und geordnete Aufzeichnung von Ereignissen innerhalb des Netzwerks. PoH-basiertes Timing ermöglicht es dem Solana-Netzwerk, Führungskräfte planmäßig und transparent zu wechseln. Diese Rotation erfolgt in festen Intervallen von 4 Slots, wobei jeder Slot derzeit auf 400 Millisekunden eingestellt ist. ⁠Dieser Leader-Rotationsmechanismus stellt sicher, dass jeder teilnehmende Validator eine faire Chance hat, der Leader zu werden, und ist ein wichtiger Mechanismus für das Solana-Netzwerk, um Dezentralisierung und Sicherheit aufrechtzuerhalten und zu verhindern, dass ein einzelner Validator zu viel Macht im Netzwerk erlangt.

Pro Slot-Periode schlägt der Leiter einen neuen Block vor, der die von Benutzern empfangenen Transaktionen enthält. Der Leiter validiert diese Transaktionen, packt sie in einen Block und sendet den Block dann an die verbleibenden Validatoren des Netzwerks. Dieser Prozess des Vorschlagens und Verbreitens von Blöcken wird Blockproduktion genannt, und andere Validatoren im Netzwerk müssen über die Gültigkeit des Blocks abstimmen. Validatoren prüfen den Inhalt von Blöcken, um sicherzustellen, dass Transaktionen gültig sind und den Netzwerkregeln entsprechen. Ein Block gilt als bestätigt, wenn er die Mehrheit der Stimmen des Einsatzgewichts erhält. Dieser Bestätigungsprozess ist entscheidend für die Aufrechterhaltung der Sicherheit des Solana-Netzwerks und die Vermeidung doppelter Ausgaben.

Wenn der Zeitraum des aktuellen Leiters endet, stoppt das Netzwerk nicht und wartet nicht auf die Blockbestätigung, sondern geht zum nächsten Zeitraum über, sodass nachfolgende Leiter die Möglichkeit haben, Blöcke zu produzieren, und der gesamte Prozess beginnt von vorne. Dieser Ansatz stellt sicher, dass das Solana-Netzwerk einen hohen Durchsatz beibehält und ausfallsicher bleibt, selbst wenn bei einigen Validatoren technische Probleme auftreten oder sie offline gehen.

Solana-Leistungstipps

Da das Solana-Netzwerk Führungskräfte im Voraus bestätigen kann, benötigt Solana keinen öffentlichen Speicherpool, um die Transaktionen der Benutzer zu speichern. Wenn ein Benutzer eine Transaktion übermittelt, wandelt der RPC-Server diese in ein QUIC-Paket um und leitet es sofort an den Validator des Leiters weiter. Dieser Ansatz wird Gulf Stream genannt und ermöglicht einen schnellen Leader-Wechsel und eine Vorabausführung von Transaktionen, wodurch die Speicherbelastung anderer Validatoren reduziert wird.

Solanas Blockdaten werden in den Kernelraum gebracht und dann zur parallelen Signaturüberprüfung an die GPU weitergeleitet. Sobald die Signatur auf der GPU überprüft wurde, werden die Daten zur Transaktionsausführung an die CPU weitergeleitet und schließlich an den Kernel zurückgegeben Platz für Datenpersistenz. Dieser Mehrfachverarbeitungsprozess zur Aufteilung von Daten in verschiedene Hardwarekomponenten, sogenannte Pipeline-Technologie, kann die Hardwareauslastung maximieren und die Überprüfung und Übertragung von Blöcken beschleunigen.

Da die Transaktionen von Solana explizit angeben, auf welche Konten zugegriffen wird, kann der Transaktionsplaner von Solana den Lese-/Schreibsperrmechanismus nutzen, um Transaktionen parallel auszuführen. Jeder Thread des Solana-Transaktionsplaners verfügt über eine eigene verwaltete Warteschlange, verarbeitet Transaktionen sequentiell und unabhängig, versucht, das Konto der Transaktion zu sperren (Lese-/Schreibsperre) und führt die Transaktion mit Kontokonflikten später aus. Diese Multithread-Parallelausführungstechnik wird Sealevel genannt.

Der Prozess der Leader-Propagierung von Blöcken, der Aufteilung von QUIC-Paketen (optional unter Verwendung von Erasure Coding) in kleinere Pakete und deren Verteilung an Validatoren mit einer hierarchischen Struktur. Diese Turbine genannte Technik reduziert die Bandbreitennutzung des Leaders erheblich.

Während des Abstimmungsprozesses verwenden Validatoren einen Konsensmechanismus für die Fork-Abstimmung. Validatoren müssen nicht auf Stimmen warten, um mit der Blockproduktion fortzufahren; stattdessen überwachen Blockproduzenten kontinuierlich, ob gültige neue Stimmen vorliegen, und fügen diese in Echtzeit in den aktuellen Block ein. Dieser Konsensmechanismus heißt TowerBFT. Durch die Zusammenführung der Fork-Stimmen in Echtzeit sorgt Solana für einen effizienteren und schlankeren Konsensprozess und verbessert so die Gesamtleistung.

Für den Persistenzprozess von Blöcken hat Solana die Cloudbreak-Datenbank entwickelt, um die Effizienz von SSD zu maximieren, indem die Kontodatenstruktur auf eine bestimmte Weise partitioniert wird, um von der Geschwindigkeit sequenzieller Vorgänge zu profitieren und speicherzugeordnete Dateien zu verwenden.

Um die Belastung der Validatoren zu verringern, überträgt Solana die Datenspeicherung von Validatoren an ein Netzwerk von Knoten namens Archiver. Der Verlauf des Transaktionsstatus wird in viele Fragmente aufgeteilt und es kommt Erasure-Coding-Technologie zum Einsatz. Der Archiver wird zum Speichern von Zustandsfragmenten verwendet, beteiligt sich jedoch nicht am Konsens.

Zusammenfassung

Solanas Vision ist es, eine Blockchain zu sein, deren Software mit der Geschwindigkeit der Hardware skaliert, sodass Solana alle CPU-, GPU- und Bandbreitenfunktionen, die in heutigen Computern verfügbar sind, voll ausnutzt, um die Leistung und die theoretisch maximal mögliche Geschwindigkeit zu maximieren Erreichen Sie 65.000 TPS.

Gerade aufgrund der hohen Leistung und Skalierbarkeit von Solana ist Solana zur bevorzugten Blockchain-Plattform für die Abwicklung hochfrequenter Transaktionen und komplexer Smart Contracts geworden, sei es der DePIN/AI-Track zu Beginn des Jahres oder das aktuelle heiße Meme Track, Solana Alle zeigen großes Potenzial.

Nach der Einführung des Ethereum-ETF ist Solana auch die Kryptowährung mit den meisten Forderungen für den nächsten ETF geworden. Obwohl die SEC Solana immer noch als Wertpapier listet, werden andere Kryptowährungs-ETFs kurzfristig nicht zugelassen. Aber auf dem Kryptomarkt ist Konsens wertvoll, und der Konsens von Solana könnte ebenso unzerstörbar werden wie der von Bitcoin und Ethereum.

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