Từ TowerBFT đến Alpenglow, Solana bước vào Kỷ nguyên Trăm mili giây

Tiêu đề gốc: Alpenglow: A New Consensus for Solana
Tác giả gốc: Quentin Kniep, Kobi Sliwinski và Roger Wattenhofer
Bản dịch gốc: zhouzhou, BlockBeats

Ghi chú của biên tập viên:Alpenglow là một giao thức đồng thuận mới do Solana ra mắt, thay thế TowerBFT ban đầu và cơ chế chứng minh lịch sử, giới thiệu Votor và Rotor, tối ưu hóa việc bỏ phiếu và phổ biến dữ liệu, đồng thời giảm đáng kể độ trễ xuống còn 100-150 mili giây, đạt được tính hoàn thiện cấp độ thứ hai. Giao thức này nâng cao hiệu suất, khả năng phục hồi và khả năng mở rộng, giúp Solana phản hồi nhanh như Web2.

Sau đây là văn bản gốc (nội dung gốc đã được chỉnh sửa để dễ đọc và dễ hiểu):

Chúng tôi tự hào ra mắt Alpenglow, giao thức đồng thuận mới của Solana. Alpenglow là một giao thức đồng thuận được thiết kế riêng cho các blockchain Proof-of-Stake hiệu suất cao trên toàn cầu. Chúng tôi tin rằng sự ra mắt của Alpenglow sẽ là bước ngoặt đối với Solana. Đây không chỉ là cơ chế đồng thuận mới mà còn là thay đổi lớn nhất đối với giao thức cốt lõi kể từ khi Solana được thành lập.

Trong quá trình di chuyển sang Alpenglow, chúng tôi sẽ tạm biệt một loạt các thành phần cốt lõi cũ, đặc biệt là TowerBFT và Proof-of-History. Chúng tôi đã giới thiệu một mô-đun mới, Votor, để tiếp quản quá trình bỏ phiếu và chặn logic xác nhận cuối cùng. Ngoài ra, Alpenglow từ bỏ hình thức giao tiếp dựa trên tin đồn để chuyển sang hình thức giao tiếp trực tiếp nhanh hơn.

Mặc dù đây là sự phát triển đáng kể, Alpenglow vẫn phát huy những điểm mạnh nhất của Solana. Tuabin đóng vai trò quan trọng trong sự thành công của mạng Solana bằng cách giải quyết vấn đề quan trọng về truyền dữ liệu. Trong blockchain truyền thống, người lãnh đạo thường là nút thắt của hệ thống.

Công nghệ mà Turbine sử dụng sẽ chia mỗi khối thành nhiều phần nhỏ hơn thông qua mã hóa xóa và phân tán chúng nhanh chóng. Điều quan trọng là quá trình này tận dụng tối đa băng thông của tất cả các nút. Giao thức truyền dữ liệu Rotor trong Alpenglow tiếp tục và tối ưu hóa khái niệm thiết kế của Turbine.

Với những thay đổi này, chúng tôi đang đưa hiệu suất của Solana lên mức chưa từng có. Khi sử dụng TowerBFT, mất khoảng 12,8 giây từ khi tạo khối đến khi xác nhận cuối cùng. Để giảm độ trễ xuống mức dưới một giây, Solana đã giới thiệu khái niệm “xác nhận lạc quan”.

Alpenglow sẽ phá vỡ những hạn chế về độ trễ này. Chúng tôi kỳ vọng Alpenglow sẽ giảm thời gian hoàn thành thực tế xuống còn khoảng 150ms (trung bình).

Trong một số trường hợp, xác nhận cuối cùng thậm chí có thể đạt được trong vòng 100 mili giây - một tốc độ gần như không thể tin được đối với giao thức blockchain L1 toàn cầu. (Những con số về độ trễ này dựa trên mô phỏng phân phối staking trên mạng chính hiện tại và không bao gồm chi phí tính toán.)

Độ trễ trung bình là 150 mili giây không chỉ có nghĩa là Solana nhanh hơn mà còn có nghĩa là khả năng phản hồi của Solana tương đương với cơ sở hạ tầng Web2, có tiềm năng giúp công nghệ blockchain khả thi cho các lĩnh vực ứng dụng hoàn toàn mới đòi hỏi hiệu suất thời gian thực.

Hình trên cho thấy sự phân bố độ trễ của từng giai đoạn trong giao thức Alpenglow khi người đứng đầu ở Zurich, Thụy Sĩ. Chúng tôi chọn Zurich làm ví dụ vì đây là thành phố nơi chúng tôi đang phát triển Alpenglow.

Mỗi thanh hiển thị độ trễ trung bình của các nút Solana hiện tại trong phân phối toàn cầu, được sắp xếp theo khoảng cách từ Zurich.

Hình vẽ biểu thị độ trễ mô phỏng của mỗi nút trong mạng khi đến các giai đoạn khác nhau của giao thức Alpenglow, tương ứng với tỷ lệ các nút mạng đã đạt đến giai đoạn đó.

Cột màu xanh lá cây biểu thị độ trễ của mạng. Dựa trên phân phối nút hiện tại của Solana, khoảng 65% số nút staking nằm trong vòng 50 mili giây độ trễ mạng từ Zurich. Độ trễ tương đối dài, một số nút đặt cược có độ trễ mạng lên tới hơn 200 mili giây từ Zurich.

Độ trễ mạng tạo thành giới hạn dưới tự nhiên trong biểu đồ của chúng tôi - ví dụ, nếu một nút cách Zurich 100 mili giây, thì bất kỳ giao thức nào muốn hoàn tất một khối tại nút đó cũng sẽ mất ít nhất 100 mili giây.

Các thanh màu vàng biểu thị độ trễ của Rotor (giao thức truyền dữ liệu), đây là giai đoạn đầu tiên của giao thức Alpenglow.

Các thanh màu đỏ biểu thị thời gian cần thiết để một nút nhận được phiếu công chứng từ ít nhất 60% trọng số được đặt cược.

Cột màu xanh là thời gian xác nhận cuối cùng.

Vậy, hiệu suất cao của Alpenglow đến từ đâu?

Thành phần bỏ phiếu Votor của Alpenglow triển khai cơ chế bỏ phiếu một vòng cực kỳ hiệu quả: nếu 80% các nút đặt cược tham gia, khối có thể được xác nhận trong một vòng bỏ phiếu; nếu chỉ có 60% số nút đặt cược phản hồi, nó cũng có thể hoàn tất trong vòng hai vòng bỏ phiếu. Hai chế độ này được tích hợp và thực hiện song song, và đường dẫn nào nhanh hơn sẽ được sử dụng để xác nhận khối cuối cùng.

Giao thức phụ truyền dữ liệu của Alpenglow Rotor tiếp tục và tối ưu hóa phương pháp của Turbine. Tương tự như Turbine, Rotor sử dụng băng thông nút theo tỷ lệ với trọng lượng cọc của nó, do đó giảm thiểu vấn đề dây dẫn trở thành nút thắt cổ chai và đạt được thông lượng cao. Cuối cùng, tổng băng thông có thể đạt được mức sử dụng gần như tối ưu. Một trong những triết lý thiết kế của Rotor là trên thực tế, độ trễ trong việc truyền thông tin chủ yếu bị giới hạn bởi độ trễ của mạng chứ không phải tốc độ truyền tải hoặc tính toán. Rotor sử dụng nút chuyển tiếp một lớp thay vì cấu trúc cây nhiều lớp của Turbine, do đó giảm số lượng bước nhảy mạng. Ngoài ra, Rotor đã giới thiệu cơ chế lựa chọn nút chuyển tiếp mới để cải thiện độ bền.

Alpenglow được xây dựng dựa trên nghiên cứu tiên tiến, kết hợp phân phối dữ liệu được mã hóa xóa với các cơ chế đồng thuận mới nhất. Những cải tiến của nó bao gồm cơ chế bỏ phiếu một vòng/hai vòng tích hợp, mang lại sự chậm trễ chưa từng có trong việc xác nhận khối cuối cùng. Đồng thời, nó cũng giới thiệu "cơ chế chịu lỗi 20+20" độc đáo: ngay cả trong điều kiện mạng khắc nghiệt, giao thức vẫn có thể hoạt động bình thường, chịu được tới 20% số nút đặt cược độc hại và thêm 20% số nút không phản hồi. Những đóng góp khác bao gồm chiến lược lấy mẫu có phương sai thấp.

Chúng tôi đã viết một báo cáo kỹ thuật đầy đủ mô tả chi tiết về Alpenglow. Sách trắng không chỉ giải thích trực giác và mục tiêu đằng sau thiết kế của chúng tôi mà còn giải thích toàn bộ giao thức với các định nghĩa và mã giả ngắn gọn, rõ ràng. Đồng thời, nó cũng chứa nhiều dữ liệu mô phỏng và tính toán khác nhau để giúp người đọc hiểu được hiệu suất thực tế của Alpenglow và cuối cùng cung cấp bằng chứng hoàn chỉnh về tính chính xác.

「Liên kết gốc」