Solana初识\了解Solana：领导者轮换机制

末蓝、 2022-10-19 13:59 196阅读 0赞

### 文章目录 ###

*  Solana 快速开始
 *   *  什么是Solana？
     *   *  Solana的8项核心创新
     *  Solana团队介绍
     *  Solana 与 SBF（FTX创始人）
     *   *  Serum
     *  Solana 生态
     *  Solana工作机制
 *  了解Solana：领导者轮换机制
 *   *  Solana的领导者及作用
     *  领导者的产生和认证都是异步进行的

# Solana 快速开始 #

官方网址：https://solana.com  
白皮书：https://solana.io/solana-whitepaper.pdf  
官方推特：https://twitter.com/solana  
Github: https://github.com/solana-labs  
Discord: https://discordapp.com/invite/pquxPsq

## 什么是Solana？ ##

Solana 是一个快速、安全和抵抗审查的区块链，它为全球采用提供所需的开放基础设施。

公链领域存在着一个“不可能三角”——去中心化，安全性，可扩展性三者不可兼得，其中，去中心化和安全性是兵家必争之地，于是可扩展性便成为许多公链的头号目标。而Solana的可扩展性可以达到网络级别，即跟上摩尔定律的步伐，理论上标准千兆网络下TPS最高71万，实践中，Solana每秒最多处理了超过50000笔交易，性能高，且发送100万笔交易仅需10美元，交易费用低。

Solana是一个高TPS，高扩展性的公链。它并没有创造新的共识算法—**它仍然使用权益证明(Proof of Stake—PoS)作为其共识算法，但同时在其体系结构中引入了历史证明(Proof of History—PoH)和复制证明(Proof of Replication—PoRep)，以提高其效率和可扩展性**。

Solana加密货币扩展解决方案的核心是名为“历史证明（PoH）”的去中心化时钟，该时钟旨在**解决没有单个可信赖时间源的分布式网络中的时间问题**。 通过使用可验证的延迟功能，PoH允许每个节点使用SHA256计算在本地生成时间戳。 这样就无需在整个网络上广播时间戳，从而提高了整体网络效率。

Solana在区块链世界中是“异类”的存在。因为它采用跟传统区块链不同的时钟机制，传统区块链如比特币、以太坊、Cosmos等，**将时间和状态耦合在一起，只有新区块诞生才能产生全局一致的状态。**

Solana为高性能公链，不采用分片和layer2，以其提出的Proof of History（历史证明机制）来实现高性能、低费用，同时在一定程度上兼顾去中心化和安全性。

> 新兴公链项目Solana（SOL）正逐渐崭露头角。

**Solana 的一大特点是极高的 TPS**，目前可达到 50000+。Solana 目前的生态伙伴包括 Serum、Tether、USDc、Dfuse、Kin、Torus、Chainlink、Terra、Stardust、Arweave、Pocket、Audius 等多个项目。

**PoH的建立旨在解决分布式网络中的时间问题**，在分布式网络中，没有一个单一的可信的时间来源。当与PoS等共识算法一起使用时，PoH可以减少实用拜占庭容错（PBFT）复制状态机中的消息开销，从而导致亚秒级的确定时间。它不仅快照速度快，而且成本极底，每笔交易的平均费用不到一美分。Solana支持使用Rust编程语言编写链上程序，这些关键功能使开发人员能够快速测试和部署具有可组合构建基块的应用程序，而不必处理分片的Layer 2解决方案带来的额外摩擦。

### Solana的8项核心创新 ###

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2ludGhhdA_size_16_color_FFFFFF_t_70]1、历史证明（PoH）  
分布式系统中最困难的问题之一就是对事件发生的时间和顺序很难达成一致，在区块链这样的对抗性系统中，这个问题更加棘手。\*\*网络中的节点根本无法信任外部时间源或消息中出现的任何时间戳，因此它们通常依赖于自己的本地时钟，而无需了解网络中任何其他参与者的时钟。\*\*缺少可信的时间源意味着当使用消息时间戳接受或拒绝消息时，无法保证网络中的所有其他参与者都会做出完全相同的选择。Solana认为，“历史证明”为整个系统提供了去中心化时钟的解决方案，因此他们在此基础上构建了一个完整的区块链。

2、Tower BFT  
Tower BFT是Solana的实用拜占庭式容错（PBFT）的自定义实现，它更偏向动态而不是一致性。Tower BFT利用PoH作为共识之前的时钟，以减少消息传递开销和延迟。

3、Turbine  
受BitTorrent的启发，Turbine是Solana的区块传播协议，它解决了区块链可扩展性的难题。区块链可扩展性的难题大多归结为带宽，如今大多数区块链每个节点的带宽都是固定的，因此增加总节点数也将增加将所有数据传播到每个节点所需的时间，这是一个大问题。  
Solana对此问题的解决方案就是涡轮机。它针对流式传输进行了优化，仅使用UDP传输数据，在区块生产者（leader）流式传输数据时，通过网络实现每个数据包的随机路径，前导将块分解为64KB的小数据包。所以对于一个128MB的数据块，领导者将产生2000个64KB的数据包，然后将每个数据包传输到不同的验证器。然后，每个验证器将包重新传输给一个新的对等组，Solana称之为邻居。每个邻居负责将其数据的一部分传输到它下面的每个邻居。这使得每个邻居，由200个节点组成，有一个三级网络，从一个领导者开始，在大约200毫秒内到达40000个验证器。

4、Gulf Stream  
Gulf Stream是Solana的高性能网络内存管理解决方案。内存池是已经提交但尚未被网络处理的事务的集合。Solana验证器可以管理100,000个内存池大小，它可以在几秒钟内执行，网络吞吐量为50,000TPS。这可以通过将事务缓存和转发到网络的边缘来实现。由于每个Solana验证器都知道即将到来的领导者的顺序，因此他们可以提前将交易转发给预期的领导者，从而可以提前执行交易。这样可以减少确认时间，并避免大型内存池中的验证程序出现内存阻塞。Solana的Gulf Stream解决方案是独特的，因为它不可能在其他网络中有一个不确定的领导者（区块生产者）。

5、Sealevel  
Solana的Sealevel创新技术允许运行时并行处理数万个智能合约，同时尽可能多地使用验证器可用的内核，因为Solana链上交易实际上描述了交易执行时将要读或写的所有状态。

6、Pipeline  
为了实现对大量交易块的快速验证，同时在整个网络中复制它们，Solana网络上的交易验证过程使用了一种称为流水线的通用技术。Pipeline是Solana用于验证优化的交易处理单元。

7、Cloudbreak  
Cloudbreak是Solana的水平扩展状态体系结构。Solana的设计原则是设计一种不受硬件干扰的软件，以实现100％的利用率——Cloudbreak为此提供了帮助。Solana没有使用传统的数据库来解决伸缩性问题，而是使用了操作系统所使用的几种机制。

8、Archivers  
这是Solana的用于链上数据存储的分布式账本存储。在2017年被Filecoin引入复制证明之后，该团队使用VDF为Solana构建了其版本的PoRep，并针对批量验证进行了优化。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2ludGhhdA_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]

## Solana团队介绍 ##

全明星阵容，绝对的全明星阵容。这个明星团队拥有强大的学术和软件工程技术背景，他们在全球最负盛名的科技巨头(高通Qualcomm，Dropbox，英特尔Intel，Salesforce等)中得到宝贵的商业经验。

Solana加密货币（SOL）平台由Anatoly Yakovenko于2017年创立。 Yakovenko在成立Solana之前曾在高通公司工作。 他之前在Dropbox担任软件工程师的经验之后，拥有丰富的压缩算法经验。 他们与Eric Williams和Solana的CTO Greg Fitzgerald一起，创建了一种新的流程来处理比特币和以太坊区块链中存在的传统吞吐量问题。

Solana是号称能达到网络级性能的开源区块链网络，总部位于瑞士的日内瓦，3位主要创始人是Anatoly Yakovenko、Greg Fitzgerald和Stephen Akridge，都曾就职于高通公司。Solana名字源于圣地亚哥北部一个名为Solana Beach的海滩小镇，3位创始人还在高通工作时在此生活和冲浪了三年。

## Solana 与 SBF（FTX创始人） ##

了解SBF，通过该视频《用4年的时间身价百亿美金的交易员-SBF》  
参考URL: https://www.bilibili.com/video/BV1nU4y1Y7b5?from=search&seid=5674285241953835122  
币圈马斯克,韭菜杀手,ftx创始人SBF,华尔街交易员三年疯狂收割一百亿  
参考URL: https://www.bilibili.com/video/BV1UB4y1P7LZ/?spm\_id\_from=autoNext

DEFI大佬FTT交易所的传奇创始人SBF。

SBF（FTX创始人）则这样评价Solana，“太棒了，它比以太坊快10000倍，便宜100万倍”。FTX于推出了基于Solana的去中心化交易平台Serum。

SBF（Sam Bankman-Fried）已经成为加密市场名声赫赫的市场操盘手之一，在他主导下FTX交易所以及FTT、SOL、SRM相关币种在加密市场都拿出颇为凶悍的表现，其布局策略与操盘方式也成为市场焦点之一。

> 币圈马斯克,韭菜杀手,ftx创始人SBF,华尔街交易员三年疯狂收割一百亿

### Serum ###

Serum是什么？4分钟让你读懂当前最火DeFi项目Serum  
参考URL: https://www.bilibili.com/video/BV1rZ4y1M7VQ/?spm\_id\_from=333.788.recommend\_more\_video.4  
【DeFi讲堂】Serum第二步：Serum是什么项目？为什么说它优于现存DEX？它解决哪些现存DeFi问题？  
参考URL: https://www.bilibili.com/video/BV1rp4y1Y7NT/?spm\_id\_from=autoNext

Serum 是一个去中心化交易所，是 FTX 交易所创始人 Sam Bankman-Fried （SBF） 推出的 DeFi 协议。Sam Bankman-Fried 在行业内具有很高的知名度及势能，这也让 Serum 自带光环。Serum 是 Solana 生态内的核心产品，目前围绕 Serum 协议已经搭建了不少协议，其中绝大部分都和 SBF 关系甚密。

## Solana 生态 ##

Solana 逐渐起势，部分生态一览  
参考URL: https://zhuanlan.zhihu.com/p/365536658

## Solana工作机制 ##

Solana采用有委托的PoS机制，矿工将SOL委托给验证节点参与维护网络，获得协议设定的SOL奖励。验证节点领导者(Leader)生成PoH序列，将用户消息、命令排序，使得其他验证节点(Verifier)可以高效处理，投票出PoH状态。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2ludGhhdA_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]资料来源：Solana白皮书

# 了解Solana：领导者轮换机制 #

了解Solana：领导者轮换机制  
参考URL: https://mp.weixin.qq.com/s/4J6cspZ1chBeknFqQPEwww  
Solana的领导者轮换机制  
参考URL: https://www.jinse.com/news/blockchain/1132090.html

## Solana的领导者及作用 ##

Solana生态系统中有多个角色（领导者、验证者、存档者等）。与DPoS区块链不同，Solana不会在网络参与者之间委派这些角色，而是由Solana节点履行网络的所有角色。

Solana领导者的任务是生产新区块，它们每四个块（1.6秒）旋转一次。处于领导地位的节点将所有交易放入该节点正在生产的四个区块中。该节点将这些包含事务的块显示给名为Solana Clusters的相关节点组。集群使用数字时间戳作为参考来验证交易，并将记录快速传递给其他节点。

**在工作历史证明的支持下，领导者会不断轮换，无论网络状况如何，整个网络都无需任何验证者交流**，遇到错误也不会停止，而是马上在新的区块高度上开始接下来的行动。这意味着Solana的网络成为了“永动机”。因为领导者和验证者都是可轮换的。

如果分区的持续时间不超过一个纪元，这种交流也不会中断，而是按照如下方式继续运作：

1.  验证者在投票时不断更新自己的根叉。
2.  每次槽高度越过一个纪元边界时，验证者都会更新其领导者时间表。

在不增加网络吞吐量的情况下，Solana验证者可以管理10万笔交易的内存池大小。这意味着，在网络吞吐量为5万TPS的情况下，10万笔交易的内存池在几秒钟内就能执行。

验证者们将转发（forwarding）推送到网络边缘，这被称之为海湾流（Gulf Stream）。**由于每个验证者都知道未来领导者的顺序，验证者可以提前将交易转发给预期的领导者。这使得验证者可以提前执行交易，减少确认时间，更快地切换领导者，并减少未确认交易池对验证者的内存压力**，让Solana每秒可处理5万笔交易。

而领导者轮换机制更是其中“先一步”理念的重要体现：先一步制定“领导者时间表”、先一步将交易和信息推送至新的领导者、绕过错误和故障先一步处理正确的信息……由于无需信任的异步处理，让Solana在处理速度方面快人一步。

> 结合POH的领导者轮换机制是solana的精华，具体参看 官方原文。这里只做了部分粘贴！

## 领导者的产生和认证都是异步进行的 ##

领导者的产生和认证都是异步进行的。在整个系统中，每个领导者都被分配在一个插槽的插槽顺序列表“领导者时间表”中，对照这个列表，每个验证者都能使用相同的算法选择预期的领导者。当验证者收到一个新的签名分类帐条目时，可以确定条目是由预期的领导者生成的。因此，如果想保证系统判断的流畅性，“领导者时间表”的调度必须在它分配的槽位之前早早地被计算出来，这样它用来计算调度的分类帐状态才能最终确定。

那么“领导者时间表”又是怎样产生的呢？

1.  定期使用PoH刻度高度（一个单调递增的计数器）来播种一个稳定的伪随机算法；
2.  在该高度，对所有具有领导身份的抵押账户进行抽样，这些账户在集群配置的滴答数内进行了投票。该样本称为活动集；
3.  按权益权重对活动集进行排序；
4.  使用随机种子选择按权益加权的节点以创建权益加权排序；
5.  此排序在集群配置的滴答数后生效。

**该持续时间称为领导者计划偏移量。Solana将偏移量设置为槽的持续时间，直到下一个纪元。**

也就是说，一个epoch的leaderschedule是从上一个epoch开始时的账本状态计算出来的。一个epoch的偏移量是相当任意的，并假设足够长，以便所有验证者都将在生成下一个时间表之前完成其分类帐状态。集群可以选择缩短偏移量，以缩短权益变更和领导者时间表更新之间的时间。

**由于这样的异步性，在下一个时期之前，提交给根分叉的任何新信息都不会处于活动状态。直到新的领导者诞生，并生产第一个跨越纪元边界的区块。**

**如果分区的持续时间不超过一个纪元，这种交流也不会中断**，而是按照如下方式继续运作：

1.  **验证者在投票时不断更新自己的根叉**。
2.  **每次槽高度越过一个纪元边界时，验证者都会更新其领导者时间表**。

例如： 纪元持续时间为100个时隙。根分叉从在槽高度99计算的分叉更新为在槽高度102计算的分叉。由于故障，槽高度为100、101的分叉被跳过。新的领导者调度是在槽高度102使用fork计算的。它从槽200开始一直有效，直到它再次更新。  
![在这里插入图片描述][d253f83fd9fa4252ab86eb65fcd56eb1.png]

在这个跳跃式的解决方案中不会存在不一致的现象，因为当其根通过102时，与集群投票的每个验证者都跳过了100和101。所有验证者，无论投票模式如何，都将提交给102或102的后代的根。

核心如总结如下：

> Solana的验证者通过SHA-256顺序哈希的VDF（可验证延迟函数）来解决时钟问题。每个Solana的验证者使用VDF来维持其自己的时钟，\*\*可以为周期（epoch）提前安排领导者。\*\*通过PoH，Solana的验证领导者可以实现持续轮换，**且其轮换的决定是异步进行的。** Solana网络也可以轮换验证者，**且其轮换可在验证者之间无须相互交谈就可实现**。而通常的区块链则需要验证者之间进行交谈才能作出轮换决定。这种设计给予Solana更大的可扩展性空间。

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