Reanalizando la arquitectura técnica de Solana: ¿está a punto de迎来第二春吗？

Solana es una plataforma de blockchain de alto rendimiento que utiliza una arquitectura técnica única para lograr un alto rendimiento y baja latencia. Su tecnología principal incluye el algoritmo Proof of History (POH) que asegura el orden de las transacciones y un reloj global, el calendario de rotación de líderes y el mecanismo de consenso Tower BFT que aumentan la velocidad de generación de bloques. El mecanismo Turbine optimiza la propagación de grandes bloques mediante codificación Reed-solomon. Solana Virtual Machine (SVM) y el motor de ejecución paralelo Sealevel aceleran la velocidad de ejecución de transacciones. Todo esto forma parte del diseño arquitectónico de Solana para lograr un alto rendimiento, pero también ha traído algunos problemas, como caídas de red, fallos en transacciones, problemas de MEV, crecimiento excesivo del estado y problemas de centralización, que también se destacan en este artículo.

El ecosistema de Solana se está desarrollando rápidamente, con diversos indicadores de datos que han crecido rápidamente en la primera mitad del año, especialmente en los campos de DeFi, infraestructura, GameFi/NFT, DePin/AI y aplicaciones de consumo. La alta TPS de Solana y su estrategia enfocada en aplicaciones de consumo, junto con un entorno ecológico con un efecto de marca relativamente débil, ofrecen a los emprendedores y desarrolladores numerosas oportunidades de emprendimiento. En el ámbito de las aplicaciones de consumo, Solana ha demostrado su visión de impulsar la aplicación de la tecnología blockchain en campos más amplios. Al apoyar iniciativas como Solana Mobile y construir SDKs específicamente para aplicaciones de consumo, Solana se dedica a integrar la tecnología blockchain en aplicaciones diarias, mejorando así la aceptación y conveniencia para los usuarios. Por ejemplo, una aplicación de fitness ha combinado blockchain y tecnología móvil para ofrecer a los usuarios una experiencia novedosa de fitness y socialización. Aunque actualmente muchas aplicaciones de consumo aún están explorando los mejores modelos comerciales y posicionamientos en el mercado, la plataforma tecnológica y el apoyo del ecosistema que ofrece Solana sin duda brindan un poderoso respaldo a estos intentos innovadores. Con el desarrollo continuo de la tecnología y la madurez del mercado, Solana espera lograr más avances y casos de éxito en el campo de las aplicaciones de consumo.

A pesar de que Solana ha ganado una cuota de mercado significativa en la industria de blockchain gracias a su alta capacidad de procesamiento y bajos costos de transacción, también enfrenta una intensa competencia de otras cadenas públicas emergentes. Base, como un competidor potencial en el ecosistema EVM, está viendo un rápido crecimiento en el número de direcciones activas en su cadena. Al mismo tiempo, aunque el valor total bloqueado en el campo DeFi de Solana ha alcanzado un máximo histórico de (TVL), competidores como Base también están rápidamente tomando cuota de mercado, y la cantidad de financiamiento en el ecosistema de Base superó por primera vez a Solana en el segundo trimestre.

A pesar de que Solana ha logrado ciertos éxitos en términos de tecnología y aceptación en el mercado, necesita seguir innovando y mejorando para enfrentar los desafíos de competidores como Base. En particular, en la mejora de la estabilidad de la red, la reducción de la tasa de fallos en las transacciones, la resolución del problema de MEV y la desaceleración del crecimiento del estado, Solana necesita optimizar continuamente su arquitectura técnica y sus protocolos de red para mantener su posición de liderazgo en la industria blockchain.

Arquitectura técnica

Solana es conocida por su algoritmo POH, el mecanismo de consenso Tower BFT, así como por la red de transmisión de datos Trubine y la máquina virtual SVM, que ofrecen un alto TPS y una rápida finalización. Vamos a presentar brevemente cómo funcionan sus diferentes componentes, cómo logran su objetivo de alto rendimiento para el diseño de la arquitectura, y cuáles son las desventajas y problemas derivados de este diseño arquitectónico.

algoritmo POH

POH(Prueba de Historia) es una tecnología que determina el tiempo global, que no es un mecanismo de consenso, sino un algoritmo que determina el orden de las transacciones. La tecnología POH proviene de la técnica criptográfica básica SHA256. SHA256 se utiliza normalmente para calcular la integridad de los datos; dado un input X, hay y solo hay una salida única Y, por lo tanto, cualquier cambio en X dará lugar a un Y completamente diferente.

En la secuencia POH de Solana, se puede asegurar la integridad de toda la secuencia mediante la aplicación del algoritmo sha256, lo que a su vez garantiza la integridad de las transacciones dentro de ella. Por ejemplo, si empaquetamos las transacciones en un bloque y generamos el valor hash sha256 correspondiente, entonces las transacciones dentro de este bloque quedan determinadas; cualquier cambio resultará en una modificación del valor hash. Posteriormente, este hash de bloque se utilizará como parte del X de la siguiente función sha256, añadiendo el hash del siguiente bloque. Así, tanto el bloque anterior como el siguiente quedan determinados, y cualquier cambio dará lugar a un nuevo Y diferente.

Este es el significado central de su tecnología Proof of History; el hash del bloque anterior se utilizará como parte de la siguiente función sha256, similar a una cadena, el más reciente Y siempre incluye la prueba de la historia.

En el diagrama de flujo de transacciones de Solana, se describe el proceso de transacción bajo el mecanismo POH. En un mecanismo de rotación de líderes llamado Leader Rotation Schedule, se genera un nodo líder entre todos los validadores de la cadena. Este nodo líder recopila transacciones, las ordena y las ejecuta, generando una secuencia POH, y luego genera un bloque que se propaga a otros nodos.

Para evitar un fallo de punto único en el nodo líder, se ha introducido un límite de tiempo. En Solana, la unidad de tiempo se divide en épocas, cada época contiene 432,000 slots (, cada slot dura 400 ms, en cada slot, el sistema de rotación asignará un nodo líder en cada slot, el nodo líder debe publicar un bloque )400ms ( dentro del tiempo dado del slot, de lo contrario, se saltará este slot y se reelegirá el nodo líder del siguiente slot.

En general, los nodos líder utilizan el mecanismo POH para confirmar todas las transacciones históricas. La unidad de tiempo básica de Solana es el Slot, y los nodos líder necesitan transmitir bloques dentro de un slot. Los usuarios envían transacciones al nodo líder a través de nodos RPC, el nodo líder empaqueta y ordena las transacciones, luego ejecuta y genera bloques, que se propagan a otros validadores. Los validadores necesitan alcanzar un consenso mediante un mecanismo sobre las transacciones y el orden dentro del bloque, y el consenso que se utiliza es el mecanismo de consenso Tower BFT.

) mecanismo de consenso Tower BFT

El protocolo de consenso Tower BFT proviene del algoritmo de consenso BFT, siendo una implementación específica de este. Este algoritmo sigue estando relacionado con el algoritmo POH. Al votar sobre un bloque, si el voto del validador es en sí mismo una transacción, entonces el hash del bloque formado por la transacción del usuario y la transacción del validador también puede servir como prueba histórica, permitiendo confirmar de manera única los detalles de la transacción de un usuario y los detalles del voto del validador.

En el algoritmo Tower BFT se establece que si todos los validadores votan por el bloque y más de 2/3 de los validadores emiten un voto de aprobación, entonces el bloque puede ser confirmado. La ventaja de este mecanismo es que ahorra una gran cantidad de memoria, ya que solo es necesario votar sobre la secuencia de hashes para confirmar el bloque. Sin embargo, en los mecanismos de consenso tradicionales, generalmente se utiliza la inundación de bloques, donde un validador que recibe el bloque lo envía a los validadores circundantes, lo que genera una gran redundancia en la red, ya que un validador recibe el mismo bloque más de una vez.

En Solana, debido a la gran cantidad de transacciones de votación de validadores y a la eficiencia derivada de la centralización de los nodos líderes, así como al tiempo de Slot de 400 ms, esto ha llevado a que el tamaño total de los bloques y la frecuencia de creación de bloques sean especialmente altos. Los grandes bloques, al propagarse, también ejercen una gran presión sobre la red. Solana utiliza el mecanismo Turbine para resolver el problema de propagación de grandes bloques.

Turbine

El nodo líder divide el bloque en subbloques llamados shreds a través de un proceso denominado Sharding, cuyo tamaño especificado es la unidad máxima de transmisión MTU###, que es la cantidad máxima de datos que se puede enviar de un nodo a otro sin necesidad de dividirlo en unidades más pequeñas, con ( como unidad. Luego, se utiliza el esquema de códigos de borrado de Reed-Solomon para garantizar la integridad y disponibilidad de los datos.

Al dividir el bloque en cuatro Data Shreds, y luego para evitar la pérdida y daño de datos durante la transmisión, se utiliza la codificación Reed-solomon para codificar los cuatro paquetes en ocho paquetes. Este esquema puede tolerar hasta un 50% de tasa de pérdida. En las pruebas reales, la tasa de pérdida de Solana es de aproximadamente el 15%, por lo que este esquema es muy compatible con la arquitectura actual de Solana.

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En la transmisión de datos a nivel de base, generalmente se considera el uso de protocolos UDP/TCP. Dado que Solana tiene una alta tolerancia a la tasa de pérdida de paquetes, se utiliza el protocolo UDP para la transmisión. Su desventaja es que no se retransmiten los paquetes perdidos, pero su ventaja es una mayor velocidad de transmisión. Por otro lado, el protocolo TCP retransmite múltiples veces en caso de pérdida de paquetes, lo que reduce drásticamente la velocidad de transmisión y el rendimiento. Con Reed-Solomon, este esquema puede aumentar significativamente el rendimiento de Solana, logrando una mejora de 9 veces en entornos reales.

Después de que Turbine fragmenta los datos, utiliza un mecanismo de propagación en múltiples capas para llevar a cabo la propagación. El nodo líder entregará el bloque a cualquier validador de bloques antes de que finalice cada Slot, y luego ese validador fragmentará el bloque en Shreds y generará códigos de borrado. Después, ese validador iniciará la propagación de Turbine. Primero se propagará al nodo raíz, y luego ese nodo raíz determinará qué validadores están en qué capa. El proceso es el siguiente:

1. Crear una lista de nodos: el nodo raíz compilará todos los validadores activos en una lista y luego los ordenará según la cantidad de SOL apostados en la red ), que es el derecho (. Los que tienen mayor peso estarán en la primera capa, y así sucesivamente.

2. Agrupación de nodos: luego, cada validador que se encuentre en la primera capa también creará su propia lista de nodos para construir su propia primera capa.

3. Formación de capas: Dividir los nodos en capas desde la parte superior de la lista, determinando dos valores: profundidad y amplitud, permitirá definir la forma general del árbol. Este parámetro afectará la velocidad de propagación de los shreds.

Los nodos con una alta participación en la equidad, al dividirse en niveles, estarán en un nivel superior, lo que les permitirá obtener los shreds completos por adelantado. En este momento, podrán recuperar el bloque completo, mientras que los nodos en niveles posteriores, debido a la pérdida de transmisión, verán reducida la probabilidad de obtener shreds completos. Si estos shreds no son suficientes para construir fragmentos completos, se pedirá al líder que retransmita directamente. En este caso, la transmisión de datos se realizará hacia el interior del árbol, y los nodos de la primera capa ya habrán construido la confirmación del bloque completo, lo que significa que cuanto más tiempo pase después de que los validadores de niveles posteriores completen la construcción del bloque, más tiempo tomará el proceso de votación.

La idea de este mecanismo es similar al mecanismo de un solo nodo del nodo líder. Durante el proceso de propagación de bloques, también existen algunos nodos prioritarios, que son los primeros en recibir los fragmentos shreds para formar bloques completos y lograr el proceso de consenso de votación. Llevar la redundancia a un nivel más profundo puede acelerar significativamente el proceso de Finalidad y maximizar el rendimiento y la eficiencia. Porque, de hecho, las primeras capas pueden representar ya 2/3 de los nodos, por lo que la votación de los nodos posteriores se vuelve irrelevante.

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) SVM

Solana puede procesar miles de transacciones por segundo, principalmente debido a su mecanismo POH, consenso Tower BFT y mecanismo de propagación de datos Turbine. Sin embargo, SVM como máquina virtual de transformación de estado, si el nodo líder tiene una velocidad de procesamiento lenta durante la ejecución de transacciones, esto reducirá el rendimiento de todo el sistema. Por lo tanto, para SVM, Solana ha propuesto el motor de ejecución en paralelo Sealevel para acelerar la velocidad de ejecución de transacciones.

En SVM, las instrucciones se componen de 4 partes, que incluyen el ID del programa, las instrucciones del programa y una lista de cuentas para leer/escribir datos. Al determinar si la cuenta actual está en estado de lectura o escritura y si las operaciones que van a cambiar el estado tienen conflictos, se permite la paralelización de las instrucciones de transacción de la cuenta que no tienen conflictos en el estado, cada instrucción se representa con el ID del Programa. Y esta es una de las razones por las que los requisitos para los validadores de Solana son tan altos, porque se requiere que la GPU/CPU del validador pueda soportar SIMD### instrucciones múltiples de un solo dato( y capacidades avanzadas de extensión de vectores AVX.

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Desarrollo ecológico

En el actual proceso de desarrollo del ecosistema de Solana, se está inclinando cada vez más hacia la utilidad práctica, como ciertos proyectos de teléfonos inteligentes, ciertas tiendas de aplicaciones e incluso ciertos dispositivos móviles, mientras que la dirección de desarrollo de las aplicaciones apoyadas oficialmente también se inclina más hacia las aplicaciones para consumidores, en lugar de una competencia infinita en infraestructura. En la actualidad, el rendimiento de Solana es suficiente.