一文讀懂Breakpoint上備受矚目的Firedancer

2024-09-25 00:09:18

原文作者：Karen，Foresight News

在上周的 Solana Breakpoint 大會上，現場氣氛活躍，生態產品發布接踵而至，各類豐富多彩的周邊活動更是錦上添花。在這場盛宴中，尤為引人注目的亮點是 Solana 驗證器客戶端 Firedancer 的早期版本正式登陸主網，這一裏程碑式的成就被賦予了特別的關注，標志着 Solana 網絡將在性能上將實現質的飛躍，同時可避免 Solana 上單一客戶端崩潰導致網絡宕機的風險。

Firedancer 的开發歷程可追溯至於 2021 年至 2022 年，作為由 Jump Trading Group 主導开發的 Solana 第二個驗證器客戶端（原有客戶端 Agave 由 Anza 开發），其設計初衷在於消除單點故障隱患，增強網絡的整體穩健性和堅韌性。與原有基於 Rust 的驗證器不同，Firedancer 採用 C 語言編寫，不包含 Rust 代碼，這一選擇顯著降低了潛在漏洞對整個網絡的影響，為 Solana 的安全性加上了又一道堅固的防线。

Firedancer 表現如何？

根據 Jump Crypto 首席科學官 Kevin Bowers 在 Solana Breakpoint 大會上的演示，Firedancer 展示了每秒處理超過 100 萬筆交易的能力，這一數字遠超 Solana 當前理論上的幾萬 TPS 極限。Kevin Bowers 還將這一成就形象地比喻為將「鄉間小路」拓寬為「州際公路」，預示着網絡成本和容量的雙重優化。

Jump Trading 的核心工程師 Liam Heeger 則分享了 Firedancer 在測試網上的進展，該客戶端已成功產出超過 2 萬個區塊，並實現了 1% 的質押比例。

另一工程師 Aryaman Jain 的演示進一步揭示了 Firedancer 在特定條件下的表現，如在 10 個驗證器環境下，其 TPS 可達百萬級別，每秒處理計算單元超過 12 億次，同時展現出 3.5 Gbps 的 Blockspace 能力和 50 萬 TPS 的 VM 執行效率。

Firedancer 如何運行？

Firedancer 圍繞高性能計算堆棧和網絡堆棧、Runtime 和共識機制三個主要組成部分構建。Firedancer 之所以能夠將 Solana 網絡的性能提升至 100 萬 TPS（當前協議級別的限制將性能限制在 81, 000 TPS 左右），關鍵在於其創新的架構設計和數據流優化。

該驗證器採用了一種並發模型，通過少量线程執行多樣化的作業，每個线程都專注於特定的任務，如網絡數據包處理、交易驗證、區塊打包等。這種設計實現了資源的最大化利用與交易處理速度的顯著提升。

具體來說，每個线程執行 11 個不同的作業之一。有些作業只需要一個线程來完成它們，但某些作業需要許多线程並行執行相同的工作。另外，每個线程都有一個 CPU core 來運行，並且线程擁有該 core 的所有權：永遠不會休眠或讓操作系統將其用於其他目的。

Firedancer 還引入了一個名為「tiles」的架構，每種 tile 代表了一個作業及其運行的线程和分配的 CPU core。這種組合方式使得性能調優變得靈活而高效。例如，net 和 quic 的每 tile 可處理 >100 萬 TPS，而 verify 和 bank tiles 則專注於交易驗證和區塊執行，盡管它們的處理速度相對較低，但足以滿足高並發場景下的需求。

Firedancer 官方文檔中列出了 11 種 tile，分別為：

net：從網絡設備發送和接收網絡數據包（每 tile 可處理 >100 萬 TPS）；
quic：接收來自客戶端的交易，執行所有連接管理和數據包處理以管理和實施 QUIC 協議（每 tile 可處理 >100 萬 TPS）；
verify：驗證傳入交易的加密籤名，過濾無效交易（每 tile 可處理 20-4 萬 TPS）；
dedup：檢查並過濾掉重復的傳入交易；
pack：當成為 leader 時，打包傳入的交易並智能地安排它們執行；
bank：執行被安排的交易（每 tiles 可處理 20-4 萬 TPS）；
poh：是一種連續在後臺進行哈希運算的機制，將生成的哈希值與已執行的交易混合在一起，從而證明順序性和時間性。
shred：當成為 leader 時，向網絡分發區塊數據；非 leader 時，接收並重傳區塊數據（吞吐量主要取決於集群大小。在基准測試中，如果集群規模較小， 1 個 tile 可以處理>100 萬 TPS）；
store：當成為 leader 時接收區塊數據，或者當其他節點是 leader 時從其他節點接收區塊數據，並將其存儲在本地磁盤上的數據庫中；
metric：收集有關其他 tiles 的監控信息並將其提供給 HTTP 端點；
sign：持有驗證者私鑰，並接收和響應來自其他 tile 的籤名請求。

值得注意的是，在 Firedancer 成熟之前，其過渡版本 Frankendancer 已先行一步進入 Solana 主網。Frankendancer 是 Firedancer 和 Agave 部分代碼的混合體，結合了 Firedancer 在網絡堆棧和區塊生產方面的優勢，同時保留了 Agave 在執行和共識方面的功能。而 Firedancer 則是完全從頭开始構建，不包含任何 Agave 的代碼。