ソラナは高性能なブロックチェーンプラットフォームで、独自の技術アーキテクチャを採用して高スループットと低遅延を実現しています。そのコア技術には、Proof of History (POH)アルゴリズムが含まれており、取引の順序とグローバルクロックを保証します。リーダーローテーションスケジュールとタワーBFTコンセンサスメカニズムは、ブロックの生成速度を向上させます。タービンメカニズムはリード・ソロモン符号化を通じて大きなブロックの伝播を最適化します。ソラナバーチャルマシン(SVM)とシーレベルの並行実行エンジンは取引実行速度を加速します。これらはすべてソラナが高性能を実現するためのアーキテクチャ設計ですが、同時にネットワークのダウン、取引の失敗、MEVの問題、状態成長の過速、中央集権化の問題など、いくつかの課題ももたらしています。これらのメカニズムが引き起こす問題についても本文で詳述しています。
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これがそのProof of History技術の核心的な意味であり、前のブロックのhashが次のsha256関数の一部として使用され、鎖のように連なります。最新のYは、常に歴史の証明を含んでいます。
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ソラナ技術アーキテクチャ再考:高性能と挑戦が共存 生态は繁栄し、新たな機会を迎える
再解ソラナ技術アーキテクチャ:再び春を迎えるのか?
ソラナは高性能なブロックチェーンプラットフォームで、独自の技術アーキテクチャを採用して高スループットと低遅延を実現しています。そのコア技術には、Proof of History (POH)アルゴリズムが含まれており、取引の順序とグローバルクロックを保証します。リーダーローテーションスケジュールとタワーBFTコンセンサスメカニズムは、ブロックの生成速度を向上させます。タービンメカニズムはリード・ソロモン符号化を通じて大きなブロックの伝播を最適化します。ソラナバーチャルマシン(SVM)とシーレベルの並行実行エンジンは取引実行速度を加速します。これらはすべてソラナが高性能を実現するためのアーキテクチャ設計ですが、同時にネットワークのダウン、取引の失敗、MEVの問題、状態成長の過速、中央集権化の問題など、いくつかの課題ももたらしています。これらのメカニズムが引き起こす問題についても本文で詳述しています。
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ソラナエコシステムは急速に発展しており、各種データ指標は上半期に急成長を遂げました。特にDeFi、インフラストラクチャ、GameFi/NFT、DePin/AIおよび消費者アプリケーションの分野で顕著です。ソラナの高TPSと消費者アプリケーションに向けた戦略、そしてブランド効果が弱いエコシステムは、起業家や開発者に豊富な起業機会を提供しています。消費者アプリケーションの面では、ソラナはブロックチェーン技術をより広範な分野で応用することを推進するビジョンを示しています。ソラナモバイルや消費者向けアプリケーションのために構築されたSDKをサポートすることによって、ソラナはブロックチェーン技術を日常のアプリケーションに統合し、ユーザーの受け入れやすさと便利さを向上させることに取り組んでいます。例えば、ある運動フィットネスアプリは、ブロックチェーンとモバイル技術を組み合わせることで、ユーザーに新しいフィットネスとソーシャル体験を提供しています。現在、まだ多くの消費者アプリケーションが最適なビジネスモデルと市場ポジショニングを模索しているものの、ソラナが提供する技術プラットフォームとエコシステムサポートは、これらの革新的な試みの強力な支えとなっていることは間違いありません。技術のさらなる発展と市場の成熟が進むにつれて、ソラナは消費者アプリケーション分野でさらなる突破口と成功事例を実現することが期待されています。
ソラナはブロックチェーン業界で高いスループットと低い取引コストにより、顕著な市場シェアを獲得していますが、他の新興パブリックチェーンからの激しい競争にも直面しています。EVMエコシステムの潜在的な競争相手であるBaseは、オンチェーンのアクティブアドレス数が急速に増加しており、一方でソラナのDeFi分野の総ロックアップ量(TVL)は歴史的な新高値を記録しましたが、Baseなどの競争相手も急速に市場シェアを占めており、Baseエコシステムの資金調達額もQ2四半期に初めてソラナを超えました。
ソラナは技術と市場の受容性において一定の成果を上げているものの、Baseなどの競合他社からの挑戦に対処するため、継続的な革新と改善が必要です。特にネットワークの安定性を向上させ、取引の失敗率を下げ、MEVの問題を解決し、状態の増加速度を緩和するために、ソラナはその技術アーキテクチャとネットワークプロトコルを継続的に最適化し、ブロックチェーン業界でのリーディングポジションを維持する必要があります。
技術アーキテクチャ
ソラナはそのPOHアルゴリズム、Tower BFTコンセンサスメカニズム、Trubineデータ転送ネットワーク、そしてSVM仮想マシンによる高TPSと迅速なファイナリティで知られています。私たちは、各コンポーネントがどのように機能し、高性能の目標を実現するためにどのようにアーキテクチャ設計を行っているのか、またそのアーキテクチャ設計によってもたらされる欠点や派生する問題について簡単に紹介します。
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POHアルゴリズム
POH(履歴の証明)は、グローバルな時間を決定する技術であり、コンセンサスメカニズムではなく、取引の順序を決定するアルゴリズムです。POH技術は、最も基本的な暗号学SHA256技術に由来します。SHA256は通常、データの完全性を計算するために使用され、入力Xが与えられると、唯一の出力Yが得られます。したがって、Xに対するいかなる変更もYを完全に異なるものにします。
SolanaのPOH系列では、sha256アルゴリズムを適用することで、全体の系列の完全性を確保し、その中の取引の完全性も確定されます。例えば、取引をブロックにパッケージ化し、対応するsha256ハッシュ値を生成する場合、そのブロック内の取引は確定され、いかなる変更もハッシュ値の変更を引き起こします。その後、このブロックのハッシュは次のsha256関数のXの一部として使用され、次のブロックのハッシュを追加します。そうすることで、前のブロックおよび次のブロックも確定され、いかなる変更も新しいYの違いを引き起こします。
これがそのProof of History技術の核心的な意味であり、前のブロックのhashが次のsha256関数の一部として使用され、鎖のように連なります。最新のYは、常に歴史の証明を含んでいます。
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ソラナの取引フローアーキテクチャ図では、POHメカニズム下での取引プロセスが説明されており、Leader Rotation Scheduleと呼ばれるローテーションメカニズムの下で、全てのチェーン上のバリデーターValidatorの中からリーダーノードが生成されます。このリーダーノードは取引を収集し、ソートして実行し、POHシーケンスを生成します。その後、ブロックが生成され、他のノードに伝播されます。
Leaderノードでの単一障害点を避けるために、時間制限が導入されました。ソラナでは、時間単位はエポックで区切られ、各エポックは432,000スロット(を含み、各スロットは400ms持続します。各スロット内で、ローテーションシステムは各スロット内で1つのLeaderノードを割り当て、Leaderノードは指定されたスロット時間内にブロック)400ms(を公開しなければなりません。そうでない場合、このスロットはスキップされ、次のスロットのLeaderノードが再選出されます。
全体的に見ると、リーダーノードはPOHメカニズムを採用することで、過去の取引をすべて確定させることができます。ソラナの基本的な時間単位はスロットであり、リーダーノードは1つのスロット内でブロックをブロードキャストする必要があります。ユーザーはRPCノードを通じてリーダーに取引を渡し、リーダーノードは取引をパッケージ化して順序付けた後、ブロックを生成し、ブロックを他のバリデーターに伝播します。バリデーターは、あるメカニズムを通じてコンセンサスを達成する必要があり、ブロック内の取引および順序についてコンセンサスに達するために使用されるのが、タワーBFTコンセンサスメカニズムです。
) タワーBFT共識メカニズム
Tower BFTコンセンサスプロトコルはBFTコンセンサスアルゴリズムに由来し、その具体的なエンジニアリング実装の一つであり、このアルゴリズムは依然としてPOHアルゴリズムに関連しています。ブロックに投票する際、もしバリデーターの投票自体が取引であれば、ユーザーの取引およびバリデーターの取引から形成されたブロックハッシュも歴史的証明として機能し、どのユーザーの取引の詳細およびバリデーターの投票の詳細も唯一無二に確認されることができます。
Tower BFTアルゴリズムでは、すべてのバリデーターがこのブロックに対して投票し、2/3を超えるバリデーターが承認票を投じた場合、このブロックは確定されることが規定されています。このメカニズムの利点は、ハッシュシーケンスに対して投票するだけでブロックを確認できるため、大量のメモリを節約できることです。しかし、従来のコンセンサスメカニズムでは、一般的にブロックの洪水が採用されており、あるバリデーターがブロックを受け取ると、周囲のバリデーターに送信します。これにより、ネットワークに大量の冗長性が生じ、あるバリデーターが同じブロックを複数回受信することになります。
ソラナでは、大量のバリデーターによる投票トランザクションが存在し、リーダーノードの中央集権化による効率性と400msのスロット時間のために、全体のブロックサイズとブロック生成頻度が特に高くなっています。大きなブロックが伝播する際には、ネットワークに大きな負担をかけることになります。ソラナは、Turbineメカニズムを採用して大きなブロックの伝播問題を解決しています。
タービン
リーダーノードは、Shardingと呼ばれるプロセスを通じてブロックをshredのサブブロックに分割します。その仕様サイズはMTU###最大伝送単位で、より小さな単位に分割することなく、あるノードから次のノードへ送信できる最大データ量(の単位です。次に、Reed-solomonエラー訂正コードスキームを使用してデータの完全性と可用性を保証します。
ブロックを4つのデータシュレッドに分割し、データ転送中のパケットロスや損傷を防ぐために、リード・ソロモン符号化を使用して4つのパッケージを8つのパッケージにエンコードします。この方式は最大50%のパケットロス率に耐えることができます。実際のテストでは、ソラナのパケットロス率は約15%であり、この方式は現在のソラナアーキテクチャに非常によく適合しています。
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データ伝送の基盤では、一般的にUDP/TCPプロトコルの使用が考慮されますが、ソラナはパケットロスに対する耐性が高いため、UDPプロトコルを使用して伝送しています。その欠点は、パケットロスが発生した場合に再送信されないことですが、利点はより高速な伝送速度です。逆に、TCPプロトコルはパケットロスが発生した場合に何度も再送信を行うため、伝送速度やスループットが大幅に低下します。Reed-solomonを使用することで、このシステムはソラナのスループットを大幅に増加させ、実際の環境ではスループットが9倍向上することができます。
Turbineはデータを分割した後、多層伝播メカニズムを使用して伝播を行います。リーダーノードは各スロットが終了する前に任意のブロック検証者にブロックを渡し、その検証者はブロックをShredsに分割し、エラー訂正コードを生成します。その後、その検証者はTurbineの伝播を開始します。まず根ノードに伝播し、その後根ノードはどの検証者がどのレイヤーにいるかを特定します。プロセスは以下のように示されています:
ノードリストの作成:ルートノードはすべてのアクティブなバリデーターを1つのリストにまとめ、その後、各バリデーターのネットワーク内での権益)、つまりステーキングされたSOLの数量(に基づいてソートします。重みが高いものは最上層に配置され、その後はこのように続きます。
ノードグループ: 次に、第一層に位置する各バリデーターは、自分のノードリストを作成し、自分の第一層を構築します。
レイヤー形成: リストのトップからノードをレイヤーに分割し、深さと幅の2つの値を決定することで、全体の木の大まかな形状を決定できます。このパラメータはshredsの伝播速度に影響を与えます。
権益占比が高いノードは、階層分けの際に、より上の階層に位置するため、完全なshredsを早期に取得でき、これにより完全なブロックを復元できます。一方、下層のノードは、伝送の損失により完全なshredsを得られる確率が低下します。もしこれらのshredsが完全なフラグメントを構築するには不十分な場合、リーダーに再伝送を要求します。この時、データ伝送はツリー内部に向かって行われ、第一層のノードはすでに完全なブロック確認を構築しているため、後の層の検証者がブロック構築を完了した後に投票するまでの時間が長くなります。
このメカニズムの思想は、リーダーノードの単一ノードメカニズムに似ています。ブロックの伝播プロセスには、優先的なノードが存在し、これらのノードは最初にshredsの断片を取得して完全なブロックを構築し、投票合意のプロセスを実現します。冗長性をより深いレベルに推進することで、最終性の進行を大幅に加速し、スループットと効率を最大化することができます。実際、最初の数層が2/3のノードを代表している可能性があるため、その後のノードの投票は重要ではなくなります。
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SVM )
ソラナは毎秒数千件の取引を処理できる主な理由は、そのPOHメカニズム、Tower BFTコンセンサス、Turbineデータ伝播メカニズムにあります。しかし、SVMが状態遷移の仮想マシンとして、リーダーノードが取引実行中にSVMの処理速度が遅い場合、全体のシステムのスループットが低下してしまいます。そのため、SVMに対してソラナはSealevel並行実行エンジンを提案し、取引の実行速度を向上させています。
SVMでは、命令は4つの部分で構成されており、プログラムID、プログラム命令、および読み取り/書き込みデータのアカウントリストが含まれています。現在のアカウントが読み取り状態か書き込み状態か、また状態変更の操作に競合がないかを判断することで、アカウントの取引命令において状態に競合がないものを並行処理することが許可され、各命令はProgram IDで表されます。これがSolanaのバリデーターに対する要求が高い理由の一つでもあります。なぜなら、バリデーターのGPU/CPUはSIMD###単一命令多データ(およびAVX高度ベクトル拡張機能をサポートする必要があるからです。
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エコシステムの発展
現在のソラナエコシステムの発展過程では、ますます実際の効用に偏ってきています。例えば、あるスマートフォンプロジェクトやあるアプリストア、さらにはあるモバイルデバイスなどです。そして、公式サポートのアプリの発展方向も、インフラの無限の内巻きではなく、消費者向けアプリケーションにより偏っています。ソラナは現在、性能が十分です。