Solana共識機制：委托權(quán)益證明和歷史證明
區(qū)塊鏈的共識機制負(fù)責(zé)驗證交易的有效性，并將它們按準(zhǔn)確的順序添加到區(qū)塊鏈中。根據(jù)選擇的共識機制，驗證和排序過程的效率不同，從而導(dǎo)致不同水平的吞吐量。在區(qū)塊鏈領(lǐng)域， Solana 是一條高性能鏈，具有 400 毫秒的區(qū)塊時間，每秒交易數(shù)（TPS）平均在 2, 000 到 3, 000 之間，理論上的峰值 TPS 為 65, 000 （供參考，以太坊的 TPS 大約為 12）。
本文旨在突出 Solana 中發(fā)揮關(guān)鍵作用、有助于其高吞吐量的兩個架構(gòu)，即其委托權(quán)益證明（DPoS）共識機制和歷史證明（PoH）機制。
Solana共識機制：委托權(quán)益證明和歷史證明
1. 傳統(tǒng)共識機制
讓我們從了解區(qū)塊鏈的一個關(guān)鍵瓶頸開始：可拓展性。
分布式區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中的每個節(jié)點都有自己的內(nèi)部時鐘，它按照這個本地系統(tǒng)時鐘運行。當(dāng)發(fā)生交易時，節(jié)點將根據(jù)這個本地系統(tǒng)時鐘為交易添加時間戳。
下面圖片是展示節(jié)點內(nèi)部的時鐘：
最終確認(rèn)或拒絕交易的時間戳也將根據(jù)這個本地系統(tǒng)區(qū)塊進(jìn)行。在傳統(tǒng)的共識機制（例如工作量證明 PoW 和權(quán)益證明 PoS）中，所有的節(jié)點需要相互溝通，以協(xié)調(diào)彼此的本地時鐘，以確保它們在處理交易時對時間的理解是一致的。節(jié)點之間的通信有助于建立一個共同的時間基準(zhǔn)，以確保整個網(wǎng)絡(luò)對時間的認(rèn)知是一致的，從而協(xié)調(diào)交易的順序和確認(rèn)。
對于一個分布式區(qū)塊鏈，有成千上萬個節(jié)點分布在全球各地，節(jié)點之間的本地系統(tǒng)時鐘存在差異是不可避免的，導(dǎo)致交易的時間戳在不同節(jié)點之間不一致。當(dāng)節(jié)點需要就發(fā)生了哪些交易以及這些交易在區(qū)塊中的順序達(dá)成共識時，這就成為一個問題。這被稱為時間戳同步問題，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)通過增加節(jié)點數(shù)量來增強去中心化時，這個問題會變得更加嚴(yán)重和復(fù)雜。
最終，這為惡意攻擊創(chuàng)造了一條可能的路徑。時間上的差異使惡意行為者能夠廣播類似于真實時間戳的虛假交易，試圖掌控網(wǎng)絡(luò)。為防止對交易的操縱，需要花費大量的時間和處理能力來驗證時間戳的準(zhǔn)確性。這有可能導(dǎo)致區(qū)塊確認(rèn)的延遲，甚至區(qū)塊被拒絕（因為節(jié)點可能投票認(rèn)為區(qū)塊無效，原因是具有不同的時間戳）。
2. 什么是歷史證明（PoH）
歷史證明（PoH）在 Solana 中用于證明交易被正確地按順序排列，而這可以由網(wǎng)絡(luò)中的驗證者輕松驗證。
與第一節(jié)提到的節(jié)點各自擁有其獨立時鐘的情況相反，PoH 可以被視為一個全局塊，所有節(jié)點都使用它來驗證兩個事件之間時間的流逝。通過這個全局時鐘，節(jié)點查看相同的交易歷史記錄，摒棄了對交易順序可能存在的任何分歧。這使得共識可以迅速達(dá)成，極大地縮短了交易被驗證并添加到區(qū)塊鏈的時間。
PoH 依賴于一種加密方法，以創(chuàng)建交易的連續(xù)、按時間順序的記錄。讓我們深入了解一下。
3. 對 PoH 的技術(shù)深入探討
每個交易都經(jīng)過 SHA-256 處理，這是一種以其能夠接受任何輸入并生成唯一、不可預(yù)測輸出而聞名的加密哈希函數(shù)。當(dāng)一個交易被哈希時，其輸出成為下一個交易哈希的輸入。這個過程在哈希輸出中建立了交易的內(nèi)置順序，形成了一個長而連續(xù)的鏈。
PoH（歷史證明）利用了可驗證延遲函數(shù)（VDF），它在區(qū)塊鏈中驗證時間流逝的重要性。VDF 是計算密集型的函數(shù)，不僅依賴于先前的哈希，還包含經(jīng)過的時間。這個機制允許 Solana 以加密的方式展示真實時間已經(jīng)過去，生成連續(xù)的輸出。因此，存在清晰、可驗證的交易順序，確保了一致的事件時間軸。驗證者因此可以輕松驗證經(jīng)過的時間有多長，進(jìn)一步增強了網(wǎng)絡(luò)的可信度。
在 Solana 中使用 PoH（歷史證明）添加了一個強大的安全和完整性層。篡改哈希鏈的任何部分都會需要重新計算所有后續(xù)的哈希，這是一項努力密集型的工作，可保護網(wǎng)絡(luò)免受更改的影響。
PoH（歷史證明）顯著減少了驗證者每個區(qū)塊需要處理的信息量。通過使用交易最新狀態(tài)的哈希版本，區(qū)塊確認(rèn)時間被大幅縮短。當(dāng)驗證者（或復(fù)制節(jié)點）收到一個區(qū)塊時，PoH（歷史證明）序列為它們提供了一個具有加密可靠的交易順序，他們可以在無需重新驗證的情況下信任。這種效率對于加快共識機制至關(guān)重要，因為網(wǎng)絡(luò)可以迅速選擇并轉(zhuǎn)移到下一個驗證者進(jìn)行區(qū)塊驗證。
4. 委托權(quán)益證明（DPoS）
在更好地了解 PoH 的基礎(chǔ)上，本節(jié)將解釋 PoH 如何在 Solana 的共識機制中（DPoS）得到應(yīng)用。
在 DPoS 中，每個抵押了 $SOL 的驗證者都能夠參與網(wǎng)絡(luò)治理——對區(qū)塊的有效性進(jìn)行投票，決定是否將其添加到區(qū)塊鏈中。不愿直接參與權(quán)益證明過程的 $SOL 持有者（包括您和我）可以將其代幣委托給其他驗證者，從而有效地使它們成為委托人。這個委托過程將委托人的投票權(quán)（與他們擁有的 $SOL 數(shù)量成比例）分配給這些驗證者。作為抵押 $SOL 的回報，委托人將獲得區(qū)塊獎勵的一部分。
DPoS 系統(tǒng)的運作原則是，具有較大權(quán)益的節(jié)點更有可能被選擇來驗證交易并將其添加到區(qū)塊鏈中，獲得區(qū)塊獎勵的機會鼓勵節(jié)點保持高水平的性能和完整性。
在了解了 DPoS 和 PoH 兩者之后，讓我們將這些知識結(jié)合起來，概述一下在 Solana 上典型的區(qū)塊確認(rèn)是什么樣的。
5. Solana 共識機制的高層概述
1. 領(lǐng)導(dǎo)節(jié)點的選擇：領(lǐng)導(dǎo)節(jié)點負(fù)責(zé)生成 PoH 序列（歷史證明排序交易）和創(chuàng)建區(qū)塊。
這個選擇過程是基于節(jié)點的權(quán)益權(quán)重的，這個權(quán)重通過代幣持有人委托給它們而增加。領(lǐng)導(dǎo)角色將在驗證者之間輪換。
2. 為交易添加時間戳：領(lǐng)導(dǎo)節(jié)點將接收交易，并使用 PoH 為它們添加時間戳，形成交易順序。
3. 區(qū)塊創(chuàng)建：通過來自 PoH 的序列，領(lǐng)導(dǎo)節(jié)點隨后開始創(chuàng)建一個區(qū)塊。
4. 區(qū)塊傳播：新創(chuàng)建的區(qū)塊將被發(fā)送到復(fù)制節(jié)點（分布式網(wǎng)絡(luò)中的其他驗證者）。
5. 交易有效性驗證，復(fù)制節(jié)點將驗證以下兩個組成部分：
a. 交易順序：使用 PoH 序列驗證交易是否按正確順序排列。由于它是一個全局時鐘，這種驗證不需要節(jié)點之間的往返通信（與常見的共識機制如 PoW 和 PoS 不同）。
b. 交易有效性：檢查交易是否符合網(wǎng)絡(luò)規(guī)則并且有效。
6. 區(qū)塊最終化：在驗證了交易順序和有效性之后，該區(qū)塊將被添加到區(qū)塊鏈中。然后將選擇下一個領(lǐng)導(dǎo)節(jié)點，并且整個過程重新開始。
結(jié)論
Solana 一直不懈努力改進(jìn)其區(qū)塊鏈架構(gòu)，最近的發(fā)展包括 QUIC、權(quán)益加權(quán)的 QoS 和本地化費用市場。此外，生態(tài)系統(tǒng)期待著通過 Firedancer 的推出顯著提高其效率。值得關(guān)注的是，Solana 獨特的架構(gòu)——OPOS（僅限 Solana）可能會帶來新的用例。
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