了解Solana：PoH和基站拜佔庭容錯算法

DeFi急速擴張，困擾公鏈領域的“不可能三角”問題日益突出，如何破局？一方面是去中心化和安全性的競爭白熱化，另一方面，可擴展性也至關重要。

在此維度上，Solana異軍突起。

Solana 的可擴展性定位在網絡級別，面向web3為區塊鏈世界提供更“絲滑”的未來體驗。

依據摩爾定律，理論上標准千兆網絡下 TPS 最高 71 萬，在實踐中，Solana 每秒處理交易最多超過了 50000筆，是公認性能最高的公鏈。Solana另一個亮點是費用低，確認 100 萬筆交易僅需 10 美元。

極致性能的實現得益於Solana的強技術基因和立體式的技術革新。

Solana於2017年由來自高通、英特爾和Dropbox的工程師們創立。

工程師們希望通過技術手段實現“去中心化的節點網絡可以匹配單個節點的性能”這一愿景。不過這一切的前提是，工程師們必須對網絡中節點之間的通信進行適當優化。但當時行業並沒有一個有效的解決方案，因此，為實現這一目標，Solana應運而生。

經過潛心研發，Solana團隊推出8項關鍵創新技術：

工作歷史證明 PoH

基站拜佔庭容錯（Tower BFT）

渦輪機（區塊傳播協議）

海灣流（無內存交易轉發協議）

海平面（並行智能合約）

管道（驗證交易）

雲散（水平擴展账戶數據庫）

檔案（分布式账本存儲）

今天這篇文章將着重介紹工作歷史證明PoH和基站拜佔庭容錯（Tower BFT），從底層邏輯解析Solana是如何在不犧牲去中心化和安全性的前提下實現性能躍升的。

工作歷史證明（Proof of History，PoH）

在Layer1擁堵和gas費高昂的現實情況下，Layer2看似“另闢蹊徑”，但其本質是直接拋棄歷史困境、用去其糟粕的方式推出一個全新事物。

但考慮到建立在Layer1上的無數項目早已生根發芽，橋接、許可、拓展、遷移背後的成本將是巨大的。因此，盛世若要延續，絕非Layer2的推出就能解決一切問題。

不僅如此，新事物的推出也可能伴隨其他隱患。

V神曾在自己的推特上表達過對Layer2的擔憂，難點在於對於激勵需做很多應用層方面的處理，大規模應用也是難點之一。

“實施分片技術（Sharding）的項目可能會在其區塊鏈中引入新的安全風險，更容易受到共識攻擊，實施分片的風險遠遠大於潛在的可擴展性優勢。” Solana 首席執行官 Anatoly Yakovenko 表示。

若是在 Layer 2 將網絡拆分，就會引入一個額外的攻擊媒介。黑客的可控目標變多，若網絡中一個分片被黑客接管，多米諾骨牌效應很容易出現，不僅代幣的價格會受到影響，用戶和節點外流同樣不可避免。

底層的高效才能助推生態的繁榮，為解決性能問題，Solana選擇全力助推Layer1可擴展性的發展，為开發者提純底層和經濟系統，掃清障礙。在Solana生態中，开發者將能夠專注於开發、技術和應用。

那么，Solana是如何在不犧牲去中心化和安全性的同時，保持高TPS的？

與中心化網絡相比，去中心化交易網絡的性能天生具有“惰性”。在中心化網絡的配置中，核心節點具有最大的認證和統一的權利，整個網絡在同一步調中行進，專治但高效。以太坊最新吞吐量數據為 25 TPS，而中心化的Visa 大約為 1500 TPS，如此明顯的差距就來自於此。

去中心化的網絡中，無數權限相同但所處時間邏輯不同的節點，需要先轉化為同一“時區”才能得出最終可被認同的結論，能耗自然變大。隨着節點的不斷增加，擁堵就產生了。

Solana獨特的“工作歷史證明”PoH，便是解決方案。

工作歷史證明機制是從時間維度解放共識認同的邏輯的。Solana 的PoH找到了一個可驗證的、共享的時間。SHA 256 作為 Solana 的驗證延遲函數（Verifiable Delay Function），具有不可逆性，只能單向計算。

在PoH中，上一個輸出作為 SHA256 的當前輸入，需要寫進的數據附加在輸入裏，如此往復，周期性地記錄每次 SHA 256 輸出和次數，驗證節點通過驗證和重復這個計算過程得到需要的時間間隔。不論傳輸和變化產生的本地時間如何，他們統一在了SHA 256中。

Solana 的平均出塊時間被壓縮至 400 毫秒，且無需 Layer2 即擁有較高速度，手續費亦可忽略不計。

通過 PoH 的全新思維，Solana 創造了一個加密安全且無需認證的時間源。

簡潔的邏輯和去中心化達成的高度統一，Solana減少了信息傳遞的消耗並將整個網絡整體優化，使得超越目前優秀的中心化系統的性能成為了現實。  

基站拜佔庭容錯（Tower BFT）

從底層邏輯上釋放了處理時間，Solana的第二個創新則旨在利用歷史證明來大大提高網絡能夠處理的交易的吞吐量。

這就是基站拜佔庭容錯算法（Tower BFT）。

在實踐中可抵抗拜佔庭式故障、提升容錯率是所有公鏈都在思考的問題。受益於工作歷史證明，每個Solana節點既可以了解經過的時間，又可以了解網絡上所發生事件的時間順序。這在應用中使得歷史證明成為了達成共識之前的“時鐘”，即使被破壞的節點完成不了“通信”，交易仍將按照共識進行。

運行中就會出現以下情形：

• 具有歷史證明寄存器的節點將實現相同的計算，而無需彼此通信。

• PoH的每個哈希值都標識注冊表的唯一版本（分支）。

• 在驗證過程中，如果注冊表中存在節點已投票的哈希值，則投票有效。

這使得Tower BFT可以通過選擇鎖定系統來保證每一個驗證者的投票成為有效投票，在表決結果出現之前將存在一個鎖定期（鎖定-在400毫秒的時隙中測量），驗證者還需同意在此期間僅對他投票的分叉中的分叉投票，並以“削減不履行承諾的驗證者的部分股票”作為有力的懲罰機制。

除此之外，Solana的Tower BFT還鼓勵驗證者投票給合法的區塊鏈分叉，並配合回滾、獎懲機制使得其成為一種獨特的異步共識算法。

Solana更偏愛生動而非一致性。

因為Tower BFT的存在，一旦絕大多數節點投票贊成歷史證明哈希，該哈希將被“規範化”，便無法恢復到先前的狀態。同時，節點的異步投票又支持了更多的派生。

以獨創的工作歷史證明驅動更簡潔的異步共識算法，使得Solana獲得了創紀錄的區塊鏈吞吐量。

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