سولانا: بنية جديدة لسلسلة كتل عالية الأداء
Abstract
บทความนี้นำเสนอสถาปัตยกรรมใหม่สำหรับบล็อกเชนที่มีประสิทธิภาพสูง Solana ใช้กลไกการบอกเวลาแบบใหม่ที่เรียกว่า Proof of History (PoH) ซึ่งเป็นข้อพิสูจน์ในการตรวจสอบลำดับและการผ่านของเวลาระหว่างเหตุการณ์ต่างๆ PoH ใช้เพื่อเข้ารหัสเวลาที่ผ่านไปอย่างไม่ไว้วางใจใน ledger สร้างบันทึกทางประวัติศาสตร์ที่พิสูจน์ว่ามีเหตุการณ์เกิดขึ้นในช่วงเวลาหนึ่งโดยเฉพาะ
นวัตกรรมที่สำคัญคือ PoH ช่วยให้โหนดในเครือข่ายสร้างลำดับเหตุการณ์ชั่วคราวโดยไม่จำเป็นต้องสื่อสารระหว่างกัน ด้วยการใช้ฟังก์ชันหน่วงเวลาที่ตรวจสอบได้ซึ่งนำมาใช้เป็นสายโซ่แฮชตามลำดับ ระบบจะสร้างนาฬิกาเข้ารหัสที่ให้วิธีการตรวจสอบการผ่านของเวลาระหว่างเหตุการณ์ สิ่งนี้ทำให้เครือข่ายสามารถประมวลผลธุรกรรมหลายพันรายการต่อวินาทีในขณะที่ยังคงการกระจายอำนาจและความปลอดภัยไว้
PoH ถูกรวมเข้ากับกลไกฉันทามติ Proof of Stake (PoS) การรวมกันนี้ทำให้เกิดสถาปัตยกรรมบล็อกเชนที่ได้รับการปรับให้เหมาะสมที่สุด โดยที่ validators สามารถตรวจสอบธุรกรรมแบบขนานและบรรลุฉันทามติได้อย่างมีประสิทธิภาพ ระบบได้รับการออกแบบให้ปรับขนาดตามกฎของมัวร์ โดยใช้ประโยชน์จากการเพิ่มประสิทธิภาพฮาร์ดแวร์เพื่อปรับปรุงปริมาณงานโดยไม่กระทบต่อการรับประกันความปลอดภัยของเครือข่ายแบบกระจายอำนาจ
Abstract
تقدم هذه الورقة بنية جديدة لسلسلة كتل عالية الأداء. تطبق Solana آلية حفظ وقت مبتكرة تسمى Proof of History (PoH) — وهي إثبات للتحقق من ترتيب الأحداث ومرور الوقت بينها. يُستخدم PoH لتشفير مرور الوقت بدون ثقة في سجل، مما يُنشئ سجلاً تاريخياً يثبت أن حدثاً ما وقع في لحظة محددة من الزمن.
الابتكار الرئيسي هو أن PoH يسمح للعقد في الشبكة بتحديد ترتيب زمني للأحداث دون الحاجة للتواصل مع بعضها البعض. باستخدام دالة تأخير قابلة للتحقق مُنفذة كسلسلة تجزئة متسلسلة، يولد النظام ساعة تشفيرية توفر طريقة للتحقق من مرور الوقت بين الأحداث. يمكّن هذا الشبكة من معالجة آلاف المعاملات في الثانية مع الحفاظ على اللامركزية والأمان.
يتم دمج PoH مع آلية إجماع Proof of Stake (PoS). يتيح هذا المزيج بنية سلسلة كتل محسنة للغاية حيث يمكن للمصادقين التحقق من المعاملات بالتوازي والوصول إلى الإجماع بكفاءة. صُمم النظام للتوسع مع قانون مور، مستفيداً من التحسينات في أداء الأجهزة لتحسين الإنتاجية دون التضحية بضمانات الأمان لشبكة لامركزية.
Introduction
ความท้าทายพื้นฐานในระบบบล็อกเชนคือการบรรลุปริมาณธุรกรรมที่สูงในขณะที่ยังคงรักษาการกระจายอำนาจและความปลอดภัยไว้ การใช้งานบล็อกเชนในปัจจุบันถูกจำกัดด้วยกลไกที่เป็นเอกฉันท์ ซึ่งจำเป็นต้องมีการสื่อสารที่กว้างขวางระหว่างโหนดเพื่อให้ตกลงเรื่องเวลาและการเรียงลำดับของเหตุการณ์ ค่าใช้จ่ายในการประสานงานนี้ทำให้เกิดปัญหาคอขวดที่ป้องกันไม่ให้บล็อกเชนที่มีอยู่ขยายขนาดเพื่อตอบสนองความต้องการของแอปพลิเคชันระดับโลก
ปัญหาหลักคือเวลา ในระบบแบบกระจาย โหนดไม่สามารถพึ่งพานาฬิกาภายนอกได้ เนื่องจากไม่สามารถเชื่อถือได้ว่าการประทับเวลาของโหนดอื่นนั้นแม่นยำ โปรโตคอลฉันทามติบล็อคเชนแบบดั้งเดิมจะแก้ปัญหานี้โดยให้โหนดสื่อสารอย่างกว้างขวางเพื่อตกลงกับสถานะปัจจุบันและลำดับของธุรกรรม ค่าใช้จ่ายในการสื่อสารนี้จำกัดปริมาณงานโดยพื้นฐาน เนื่องจากเครือข่ายสามารถประมวลผลธุรกรรมได้เร็วเท่ากับที่โหนดสามารถบรรลุความเห็นพ้องต้องกันในการสั่งซื้อเท่านั้น
Solana แนะนำ Proof of History เพื่อเป็นแนวทางแก้ไขปัญหาเรื่องเวลานี้ PoH จัดเตรียมวิธีการเข้ารหัสเพื่อพิสูจน์ว่าระยะเวลาหนึ่งผ่านไประหว่างเหตุการณ์ต่างๆ โดยไม่ต้องอาศัยการประทับเวลาจากผู้ที่อาจเป็นอันตราย ด้วยการสร้างบันทึกประวัติที่ตรวจสอบได้ PoH ช่วยให้โหนดสามารถประมวลผลธุรกรรมได้อย่างอิสระ ในขณะที่ยังคงสามารถพิสูจน์ลำดับของเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นได้ ความก้าวหน้าครั้งนี้ทำให้เครือข่ายสามารถประมวลผลธุรกรรมแบบขนานและเพิ่มปริมาณงานได้อย่างมาก
ข้อมูลเชิงลึกที่สำคัญคือ ถ้าเราสามารถสร้างแหล่งที่มาของเวลาที่ไม่น่าไว้วางใจ เราก็สามารถขจัดปัญหาคอขวดของการประสานงานออกจากฉันทามติได้ ด้วย PoH ที่มีนาฬิกาเข้ารหัส validators สามารถประมวลผลธุรกรรมแบบขนาน และจำเป็นต้องสื่อสารเพื่อสรุปลำดับตามรูปแบบบัญญัติเท่านั้น การเปลี่ยนแปลงทางสถาปัตยกรรมนี้ช่วยให้ Solana บรรลุระดับประสิทธิภาพที่ก่อนหน้านี้คิดว่าเป็นไปไม่ได้ในบล็อกเชนแบบกระจายอำนาจ
Introduction
التحدي الأساسي في أنظمة سلسلة الكتل هو تحقيق إنتاجية عالية للمعاملات مع الحفاظ على اللامركزية والأمان. تحدّ التطبيقات الحالية لسلسلة الكتل بآليات الإجماع الخاصة بها، والتي تتطلب تواصلاً مكثفاً بين العقد للاتفاق على الوقت وترتيب الأحداث. يخلق هذا العبء التنسيقي عنق زجاجة يمنع سلاسل الكتل الحالية من التوسع لتلبية متطلبات التطبيقات على المستوى العالمي.
المشكلة الجوهرية هي الوقت. في الأنظمة الموزعة، لا يمكن للعقد الاعتماد على ساعات خارجية لأنها لا تستطيع الوثوق بأن الطوابع الزمنية للعقد الأخرى دقيقة. تحل بروتوكولات إجماع سلسلة الكتل التقليدية هذا من خلال جعل العقد تتواصل بشكل مكثف للاتفاق على الحالة الراهنة وترتيب المعاملات. يحد هذا العبء التواصلي من الإنتاجية بشكل أساسي، حيث لا يمكن للشبكة معالجة المعاملات إلا بالسرعة التي يمكن للعقد الوصول فيها إلى إجماع حول ترتيبها.
تقدم Solana حل Proof of History لمشكلة التوقيت هذه. يوفر PoH طريقة تشفيرية لإثبات أن قدراً معيناً من الوقت قد مرّ بين الأحداث دون الاعتماد على طوابع زمنية من جهات قد تكون خبيثة. من خلال إنشاء سجل تاريخي قابل للتحقق، يمكّن PoH العقد من معالجة المعاملات بشكل مستقل مع القدرة على إثبات الترتيب الذي وقعت فيه الأحداث. يتيح هذا الاختراق للشبكة موازاة معالجة المعاملات وزيادة الإنتاجية بشكل كبير.
الرؤية الأساسية هي أنه إذا استطعنا إنشاء مصدر وقت لا يتطلب ثقة، يمكننا إزالة عنق زجاجة التنسيق من الإجماع. مع توفير PoH لساعة تشفيرية، يمكن للمصادقين معالجة المعاملات بالتوازي ويحتاجون فقط للتواصل لتحديد الترتيب القانوني النهائي. يمكّن هذا التحول المعماري Solana من تحقيق مستويات أداء كانت تُعتبر سابقاً مستحيلة في سلسلة كتل لامركزية.
Outline
เอกสารนี้จะอธิบายสถาปัตยกรรมทางเทคนิคของ Solana โดยเน้นไปที่วิธีที่ Proof of History ช่วยให้การดำเนินงานบล็อกเชนมีประสิทธิภาพสูงได้อย่างไร ในขั้นแรกเอกสารจะอธิบายกลไก PoH เองว่า hash chain แบบต่อเนื่องสร้างการเรียงลำดับเหตุการณ์ชั่วคราวที่ตรวจสอบได้อย่างไร เราให้รายละเอียดเกี่ยวกับคุณสมบัติการเข้ารหัสที่ทำให้ PoH ปลอดภัย และสาธิตวิธีที่ validators สามารถตรวจสอบลำดับ PoH ได้อย่างมีประสิทธิภาพ
จากนั้น บทความนี้จะสำรวจว่า PoH ผสานรวมกับฉันทามติ Proof of Stake ได้อย่างไร เราอธิบาย Tower BFT ซึ่งเป็นอัลกอริทึม PoS ที่ออกแบบมาโดยเฉพาะเพื่อใช้ประโยชน์จากคุณสมบัติชั่วคราวของ PoH การผสานรวมช่วยให้ validators ลงคะแนนสถานะของ ledger ณ เวลาประทับ PoH ที่เฉพาะเจาะจง สร้างกลไกที่เป็นเอกฉันท์ที่ทั้งรวดเร็วและปลอดภัย นอกจากนี้เรายังอธิบายเงื่อนไขการตัดเฉือนที่ป้องกันพฤติกรรมที่เป็นอันตรายด้วย
ต่อไป เราจะนำเสนอการออกแบบเครือข่ายและโปรโตคอลการเผยแพร่ข้อมูลของ Solana โปรโตคอล Gulf Stream ช่วยให้สามารถส่งต่อธุรกรรมได้โดยไม่จำเป็นต้องใช้ mempool ช่วยให้ลูกค้าส่งธุรกรรมโดยตรงไปยังผู้นำที่กำลังจะมาถึง เราอธิบายวิธีการทำงานของการหมุนเวียนผู้นำ และวิธีที่เครือข่ายรักษาปริมาณงานที่สูง แม้ว่าผู้นำจะเปลี่ยนไปก็ตาม
สุดท้ายนี้ เราจะพูดถึงสถาปัตยกรรมระบบ รวมถึงหน่วยประมวลผลธุรกรรม (TPU), รันไทม์แบบขนาน Sealevel และ Proof of Replication สำหรับการตรวจสอบการจัดเก็บข้อมูล การคาดการณ์ประสิทธิภาพแสดงให้เห็นว่า Solana สามารถประมวลผลธุรกรรมได้มากกว่า 700,000 รายการต่อวินาทีบนเครือข่ายกิกะบิตมาตรฐาน โดยมีการปรับขนาดปริมาณงานเมื่อฮาร์ดแวร์ได้รับการปรับปรุง
Outline
تصف هذه الورقة البنية التقنية لـ Solana، مع التركيز على كيفية تمكين Proof of History لتشغيل سلسلة كتل عالية الأداء. يشرح المستند أولاً آلية PoH ذاتها — كيف تُنشئ سلسلة تجزئة متسلسلة ترتيباً زمنياً قابلاً للتحقق للأحداث. نوضح الخصائص التشفيرية التي تجعل PoH آمناً ونبين كيف يمكن للمصادقين التحقق بكفاءة من تسلسل PoH.
ثم تستكشف الورقة كيفية تكامل PoH مع إجماع Proof of Stake. نصف Tower BFT، وهي خوارزمية PoS مصممة خصيصاً للاستفادة من خصائص PoH الزمنية. يسمح التكامل للمصادقين بالتصويت على حالة السجل في طوابع زمنية PoH محددة، مما يُنشئ آلية إجماع سريعة وآمنة. نشرح أيضاً شروط العقوبة التي تمنع السلوك الخبيث.
بعد ذلك، نقدم تصميم شبكة Solana وبروتوكولات نشر البيانات. يمكّن بروتوكول Gulf Stream من إعادة توجيه المعاملات دون الحاجة إلى مجمع ذاكرة، مما يسمح للعملاء بإرسال المعاملات مباشرة إلى القادة القادمين. نصف كيفية عمل تدوير القادة وكيف تحافظ الشبكة على إنتاجية عالية حتى مع تغير القيادة.
أخيراً، نناقش بنية النظام بما في ذلك Transaction Processing Unit (TPU) وبيئة التشغيل المتوازية Sealevel وProof of Replication للتحقق من تخزين البيانات. تُظهر توقعات الأداء أن Solana يمكنها معالجة أكثر من 700,000 معاملة في الثانية على شبكة جيجابت قياسية، مع توسع الإنتاجية مع تحسن الأجهزة.
Network Design
การออกแบบเครือข่ายของ Solana มีศูนย์กลางอยู่ที่ระบบผู้นำแบบหมุนเวียน โดยที่ validators ผลัดกันสร้างบล็อก ผู้นำมีหน้าที่รับผิดชอบในการจัดลำดับธุรกรรมขาเข้าลงในสตรีม PoH และเผยแพร่บล็อกผลลัพธ์ไปยังเครือข่าย ผู้นำจะถูกเลือกผ่านอัลกอริธึมแบบถ่วงน้ำหนักเดิมพัน และทราบกำหนดการหมุนเวียนล่วงหน้า ช่วยให้เครือข่ายเพิ่มประสิทธิภาพการส่งต่อธุรกรรมได้
โปรโตคอลกัลฟ์สตรีมช่วยลดความจำเป็นในการใช้ mempool แบบเดิม โดยช่วยให้ลูกค้าสามารถส่งต่อธุรกรรมโดยตรงไปยังผู้นำที่กำลังจะมาถึงได้ เมื่อลูกค้าส่งธุรกรรม มันจะถูกส่งต่อไปยังผู้นำที่คาดหวังตามกำหนดการหมุนเวียน หากผู้นำปัจจุบันไม่สามารถประมวลผลธุรกรรมได้ ก็จะส่งต่อไปยังผู้นำที่คาดหวังคนถัดไป การออกแบบนี้ช่วยลดเวลาแฝงในการยืนยัน และอนุญาตให้ validators ดำเนินธุรกรรมล่วงหน้า เพิ่มประสิทธิภาพปริมาณงานให้ดียิ่งขึ้น
การเผยแพร่ธุรกรรมใช้วิธีการแบบหลายชั้น ลูกค้าส่งธุรกรรมไปที่ validators ซึ่งส่งต่อไปยังผู้นำปัจจุบันหรือที่กำลังจะมาถึง ผู้นำจัดลำดับธุรกรรมลงในสตรีม PoH สร้างการเรียงลำดับทั้งหมด เมื่อจัดลำดับแล้ว ผู้นำจะส่งสตรีม PoH และข้อมูลธุรกรรมไปยัง validators ซึ่งจะตรวจสอบลำดับ PoH และดำเนินธุรกรรมแบบขนาน
การออกแบบเครือข่ายยังรวมถึงโปรโตคอลการแพร่กระจายบล็อกกังหันที่แบ่งบล็อกออกเป็นแพ็คเก็ตขนาดเล็กและกระจายไปทั่วเครือข่ายในโครงสร้างแบบต้นไม้ วิธีการนี้จะช่วยลดความต้องการแบนด์วิธสำหรับ validators แต่ละรายการให้เหลือน้อยที่สุด ในขณะเดียวกันก็รับประกันการแพร่กระจายของบล็อกอย่างรวดเร็ว เมื่อรวมกับความสามารถของ PoH ในการตรวจสอบลำดับของธุรกรรม สถาปัตยกรรมนี้ช่วยให้ Solana บรรลุปริมาณงานสูงโดยไม่ต้องเสียสละการกระจายอำนาจ
Network Design
يتمحور تصميم شبكة Solana حول نظام قائد دوار حيث يتناوب المصادقون على إنتاج الكتل. القائد مسؤول عن تسلسل المعاملات الواردة في تدفق PoH ونشر الكتل الناتجة على الشبكة. يتم اختيار القادة من خلال خوارزمية مرجحة بالحصة، ويُعرف جدول التدوير مسبقاً، مما يسمح للشبكة بتحسين إعادة توجيه المعاملات.
يلغي بروتوكول Gulf Stream الحاجة إلى مجمع ذاكرة تقليدي من خلال تمكين العملاء من إعادة توجيه المعاملات مباشرة إلى القادة القادمين. عندما يقدم عميل معاملة، يتم إعادة توجيهها إلى القائد المتوقع بناءً على جدول التدوير. إذا لم يتمكن القائد الحالي من معالجة المعاملة، يتم إعادة توجيهها إلى القائد المتوقع التالي. يقلل هذا التصميم من تأخر التأكيد ويسمح للمصادقين بتنفيذ المعاملات مسبقاً، مما يحسن الإنتاجية أكثر.
يستخدم نشر المعاملات نهجاً متعدد الطبقات. يرسل العملاء المعاملات إلى المصادقين، الذين يعيدون توجيهها إلى القائد الحالي أو القادم. يُسلسل القائد المعاملات في تدفق PoH، مُنشئاً ترتيباً كلياً. بمجرد التسلسل، ينقل القائد تدفق PoH وبيانات المعاملات إلى المصادقين، الذين يتحققون من تسلسل PoH وينفذون المعاملات بالتوازي.
يتضمن تصميم الشبكة أيضاً بروتوكول نشر كتل Turbine الذي يُقسم الكتل إلى حزم أصغر ويوزعها عبر الشبكة في هيكل شجري. يقلل هذا النهج من متطلبات عرض النطاق الترددي للمصادقين الفرديين مع ضمان نشر سريع للكتل. بالاقتران مع قدرة PoH على التحقق من ترتيب المعاملات، تمكّن هذه البنية Solana من تحقيق إنتاجية عالية دون التضحية باللامركزية.
Proof of History
Proof of History เป็นฟังก์ชันหน่วงเวลาที่ตรวจสอบได้ซึ่งใช้งานเป็นห่วงโซ่แฮชตามลำดับโดยใช้ SHA-256 ตัวสร้าง PoH คำนวณแฮช SHA-256 อย่างต่อเนื่อง โดยใช้แต่ละเอาต์พุตเป็นอินพุตสำหรับแฮชถัดไป สิ่งนี้จะสร้างลำดับลูกโซ่โดยที่แต่ละแฮชสามารถคำนวณได้หลังจากแฮชก่อนหน้าเท่านั้น สร้างการเรียงลำดับชั่วคราวที่ตรวจสอบได้ ข้อกำหนดในการคำนวณเพื่อสร้างแต่ละแฮชบังคับให้มีการหน่วงเวลาขั้นต่ำระหว่างเหตุการณ์
คุณสมบัติหลักของ PoH คือ มีราคาถูกในการตรวจสอบแต่มีราคาแพงในการผลิต ผู้ตรวจสอบสามารถตรวจสอบลำดับแฮชทั้งหมดแบบขนานโดยแยกออกเป็นส่วนๆ และตรวจสอบแต่ละส่วนแยกจากกัน จากนั้นตรวจสอบว่าส่วนต่างๆ เชื่อมต่อกันอย่างถูกต้อง อย่างไรก็ตาม การสร้างจะต้องเป็นไปตามลำดับ — ไม่มีวิธีใดที่จะคาดเดาผลลัพธ์ของห่วงโซ่แฮชได้โดยไม่ต้องคำนวณทุกขั้นตอนระหว่างกลางจริงๆ ความไม่สมดุลระหว่างการสร้างและการตรวจสอบนี้คือสิ่งที่ทำให้ PoH ใช้งานได้จริง
เหตุการณ์ภายนอกและข้อมูลธุรกรรมจะถูกแทรกลงในลำดับ PoH โดยการผสมเหตุการณ์เหล่านั้นลงในห่วงโซ่แฮช เมื่อธุรกรรมมาถึง แฮชของธุรกรรมจะถูกรวมเข้ากับสถานะ PoH ปัจจุบัน สร้างบันทึกที่พิสูจน์ว่ามีธุรกรรมอยู่ที่จุดนั้นในลำดับ ตัวสร้าง PoH จะบันทึกจุดตรวจสอบเป็นระยะ โดยเผยแพร่ค่าแฮชปัจจุบันพร้อมกับจำนวนแฮชที่คำนวณตั้งแต่จุดตรวจสอบครั้งล่าสุด จุดตรวจสอบเหล่านี้อนุญาตให้ validators ตรวจสอบลำดับ PoH ได้อย่างมีประสิทธิภาพโดยไม่ต้องคำนวณทุกแฮชใหม่
ลำดับ PoH ทำหน้าที่เป็นนาฬิกาเข้ารหัสสำหรับทั้งเครือข่าย เนื่องจากห่วงโซ่แฮชเป็นแบบต่อเนื่องและตรวจสอบได้ โหนดใดๆ จึงสามารถพิสูจน์ได้ว่าระยะเวลาหนึ่งผ่านไประหว่างสองเหตุการณ์ เพียงแค่แสดงแฮชที่ถูกคำนวณในช่วงเวลานั้น ซึ่งช่วยลดความจำเป็นที่โหนดจะต้องเชื่อถือการประทับเวลาภายนอกหรือประสานงานซึ่งกันและกันเพื่อสร้างลำดับชั่วคราว ซึ่งช่วยขจัดปัญหาคอขวดพื้นฐานในฉันทามติบล็อกเชนแบบดั้งเดิม
Proof of History
Proof of History هي دالة تأخير قابلة للتحقق مُنفذة كسلسلة تجزئة متسلسلة باستخدام SHA-256. يحسب مولد PoH بشكل مستمر تجزئات SHA-256، مستخدماً كل مخرج كمدخل للتجزئة التالية. يُنشئ هذا سلسلة متسلسلة حيث لا يمكن حساب كل تجزئة إلا بعد السابقة، مما يؤسس ترتيباً زمنياً قابلاً للتحقق. يفرض المتطلب الحسابي لتوليد كل تجزئة حداً أدنى من التأخير الزمني بين الأحداث.
الخاصية الرئيسية لـ PoH هي أنه رخيص التحقق لكن مكلف الإنتاج. يمكن للمُحقق فحص تسلسل التجزئة بالكامل بالتوازي عن طريق تقسيمه إلى أجزاء وفحص كل جزء بشكل مستقل، ثم التحقق من اتصال الأجزاء بشكل صحيح. ومع ذلك، يجب أن يكون التوليد متسلسلاً — لا توجد طريقة لتوقع مخرج سلسلة التجزئة دون حساب كل خطوة وسيطة فعلياً. هذا التباين بين التوليد والتحقق هو ما يجعل PoH عملياً.
يتم إدراج الأحداث الخارجية وبيانات المعاملات في تسلسل PoH عن طريق دمجها في سلسلة التجزئة. عندما تصل معاملة، يتم دمج تجزئتها مع حالة PoH الحالية، مما يُنشئ سجلاً يثبت أن المعاملة كانت موجودة في تلك النقطة من التسلسل. يسجل مولد PoH بشكل دوري نقاط تفتيش، ناشراً قيمة التجزئة الحالية مع عدد التجزئات المحسوبة منذ آخر نقطة تفتيش. تسمح نقاط التفتيش هذه للمصادقين بالتحقق بكفاءة من تسلسل PoH دون إعادة حساب كل تجزئة.
يعمل تسلسل PoH كساعة تشفيرية للشبكة بأكملها. نظراً لأن سلسلة التجزئة متسلسلة وقابلة للتحقق، يمكن لأي عقدة إثبات أن قدراً معيناً من الوقت قد مرّ بين حدثين ببساطة عن طريق عرض التجزئات التي تم حسابها خلال تلك الفترة. يلغي هذا حاجة العقد للوثوق بطوابع زمنية خارجية أو التنسيق مع بعضها البعض لتحديد الترتيب الزمني، مما يزيل عنق زجاجة أساسي في إجماع سلسلة الكتل التقليدي.
Proof of History Sequence
ลำดับ Proof of History คือสายโซ่ต่อเนื่องของแฮช SHA-256 โดยแต่ละแฮชขึ้นอยู่กับเอาต์พุตก่อนหน้า ลำดับเริ่มต้นด้วยค่าเริ่มต้น ซึ่งถูกแฮชเพื่อสร้างเอาต์พุตแรก เอาต์พุตนี้จะกลายเป็นอินพุตสำหรับแฮชถัดไป และกระบวนการจะทำซ้ำอย่างไม่มีกำหนด ตัวสร้างยังรักษาตัวนับที่ติดตามจำนวนแฮชทั้งหมดที่คำนวณ ซึ่งทำหน้าที่เป็น "การประทับเวลา" ของ PoH สำหรับเหตุการณ์ใน ledger
เมื่อจำเป็นต้องแทรกข้อมูลลงในลำดับ (เช่น แฮชของธุรกรรมหรือลายเซ็น validator) ข้อมูลจะรวมกับสถานะแฮชปัจจุบันโดยใช้ฟังก์ชันผสมที่กำหนดขึ้น ตัวอย่างเช่น หากสถานะแฮชปัจจุบันคือ hash_n และเราต้องการแทรกข้อมูล D เราจะคำนวณ hash_{n+1} = SHA256(hash_n || D) โดยที่ || หมายถึงการต่อข้อมูลเข้าด้วยกัน จุดแทรกจะถูกบันทึกพร้อมกับค่าตัวนับ เพื่อพิสูจน์ว่ามีข้อมูล D อยู่ที่จุดเฉพาะนั้นในลำดับ
การตรวจสอบลำดับ PoH สามารถดำเนินการแบบขนานได้โดยการแยกสายโซ่ออกเป็นส่วนต่างๆ ตัวอย่างเช่น validator อาจได้รับจุดตรวจสอบ PoH ทุกๆ 10,000 แฮช ในการตรวจสอบลำดับระหว่างจุดตรวจสอบ validator สามารถแบ่งแฮช 10,000 รายการออกเป็น 100 ส่วน ส่วนละ 100 แฮช ตรวจสอบแต่ละส่วนแยกจากกันในแบบคู่ขนาน จากนั้นตรวจสอบว่าส่วนต่างๆ เชื่อมต่อกันอย่างถูกต้อง ซึ่งช่วยให้การตรวจสอบขยายขนาดในแนวนอนตามจำนวนคอร์ CPU ที่มีอยู่ได้
ลำดับยังสนับสนุนการพิสูจน์ที่มีประสิทธิภาพว่าเหตุการณ์สองเหตุการณ์เกิดขึ้นในลำดับเฉพาะ ด้วยการแทรกข้อมูลสองครั้งที่ค่าตัวนับ n และ m โดยที่ n m ใครๆ ก็สามารถตรวจสอบได้ว่าเหตุการณ์ที่ n เกิดขึ้นก่อนเหตุการณ์ที่ m โดยการตรวจสอบสายโซ่แฮชระหว่างจุดเหล่านั้น คุณสมบัตินี้ช่วยให้ Solana สร้างบันทึกประวัติที่ตรวจสอบได้ของเหตุการณ์ทั้งหมดในเครือข่าย โดยไม่ต้องกำหนดให้โหนดออนไลน์อย่างต่อเนื่องหรือเชื่อถือแหล่งเวลาภายนอก
Proof of History Sequence
تسلسل Proof of History هو سلسلة مستمرة من تجزئات SHA-256 حيث تعتمد كل تجزئة على المخرج السابق. يبدأ التسلسل بقيمة بذرة أولية، يتم تجزئتها لإنتاج المخرج الأول. يصبح هذا المخرج المدخل للتجزئة التالية، وتتكرر العملية إلى ما لا نهاية. يحتفظ المولد أيضاً بعداد يتتبع العدد الإجمالي للتجزئات المحسوبة، والذي يعمل كـ"طابع زمني" PoH للأحداث في السجل.
عندما تحتاج البيانات إلى الإدراج في التسلسل (مثل تجزئات المعاملات أو توقيعات المصادقين)، يتم دمجها مع حالة التجزئة الحالية باستخدام دالة خلط حتمية. على سبيل المثال، إذا كانت حالة التجزئة الحالية هي hash_n ونريد إدراج البيانات D، نحسب hash_{n+1} = SHA256(hash_n || D)، حيث يشير || إلى الربط. يتم تسجيل نقطة الإدراج مع قيمة العداد، مما يثبت أن البيانات D كانت موجودة في تلك النقطة المحددة من التسلسل.
يمكن موازاة التحقق من تسلسل PoH عن طريق تقسيم السلسلة إلى أجزاء. على سبيل المثال، قد يستقبل مصادق نقاط تفتيش PoH كل 10,000 تجزئة. للتحقق من التسلسل بين نقاط التفتيش، يمكن للمصادق تقسيم 10,000 تجزئة إلى 100 جزء من 100 تجزئة لكل منها، والتحقق من كل جزء بشكل مستقل بالتوازي، ثم التحقق من اتصال الأجزاء بشكل صحيح. يسمح هذا للتحقق بالتوسع أفقياً مع عدد أنوية المعالج المتاحة.
يدعم التسلسل أيضاً إثباتات فعالة بأن حدثين وقعا بترتيب محدد. بالنظر إلى إدراجين للبيانات عند قيم العداد n وm حيث n m، يمكن لأي شخص التحقق من أن الحدث عند n وقع قبل الحدث عند m عن طريق فحص سلسلة التجزئة بين تلك النقاط. تمكّن هذه الخاصية Solana من إنشاء سجل تاريخي قابل للتحقق لجميع الأحداث في الشبكة دون الحاجة لأن تكون العقد متصلة بشكل مستمر أو تثق بمصادر وقت خارجية.
Timestamp
Proof of History ทำหน้าที่เป็นนาฬิกากระจายอำนาจที่กำหนดเวลาให้กับเหตุการณ์โดยไม่ต้องอาศัยเวลาของนาฬิกาแขวน แฮช PoH แต่ละรายการแสดงถึง "เครื่องหมายถูก" ที่ไม่ต่อเนื่องของนาฬิกาเข้ารหัส และค่าตัวนับจะทำหน้าที่เป็นการประทับเวลา เนื่องจากสายแฮชเป็นแบบต่อเนื่องและตรวจสอบได้ การประทับเวลาเหล่านี้จึงไม่น่าเชื่อถือ ผู้สังเกตการณ์ทุกคนสามารถตรวจสอบได้ว่าการประทับเวลานั้นถูกต้องโดยการตรวจสอบสายแฮช
ใน Solana แต่ละ validator สามารถสร้างลำดับ PoH ของตัวเองได้เมื่อทำหน้าที่เป็นผู้นำ เมื่อ validators หมุนเวียนผู้นำ พวกเขาจะซิงโครไนซ์ลำดับ PoH ของตนโดยใช้จุดตรวจสอบที่ยืนยันล่าสุดจากผู้นำคนก่อน สิ่งนี้ทำให้มั่นใจถึงความต่อเนื่องของบันทึกชั่วคราว แม้ว่า validators ที่แตกต่างกันจะผลัดกันสร้างบล็อกก็ตาม เครือข่ายสร้างไทม์ไลน์ตามรูปแบบบัญญัติโดยบรรลุข้อตกลงร่วมกันว่าลำดับ PoH ใดที่จะยอมรับเป็นส่วนหนึ่งของ ledger อย่างเป็นทางการ
ระบบจะจัดการกับการเลื่อนของสัญญาณนาฬิกาและความแปรปรวนในประสิทธิภาพของฮาร์ดแวร์ผ่านการผสมผสานระหว่างการหมุนเวียนผู้นำและความเห็นพ้องต้องกัน หากผู้นำที่เป็นอันตรายหรือผิดพลาดพยายามสร้างการประทับเวลา PoH ในอัตราที่ไม่ถูกต้อง (เร็วเกินไปหรือช้าเกินไป) validators สามารถตรวจจับสิ่งนี้ได้โดยการเปรียบเทียบอัตราเห็บ PoH กับตัวสร้าง PoH ในพื้นที่ของตนเอง การเบี่ยงเบนอย่างมีนัยสำคัญจากอัตราที่คาดไว้บ่งบอกถึงปัญหา และ validators สามารถปฏิเสธบล็อกจากผู้นำที่มีลำดับ PoH แตกต่างจากค่ามัธยฐานของเครือข่ายมากเกินไป
กลไกการประทับเวลานี้แก้ปัญหาพื้นฐานประการหนึ่งในระบบแบบกระจาย: การสร้างแนวคิดทั่วไปเกี่ยวกับเวลาโดยไม่มีหน่วยงานกลางที่เชื่อถือได้ ด้วยการใช้ PoH เป็นนาฬิกากระจายอำนาจ Solana ช่วยให้ validators ประมวลผลธุรกรรมแบบขนานในขณะที่ยังคงรักษาลำดับที่สอดคล้องกันทั่วโลก การประทับเวลายังจัดเตรียมรากฐานสำหรับฟีเจอร์ตามเวลา เช่น การหมดอายุของธุรกรรม การดำเนินการตามกำหนดการ และการวัดประสิทธิภาพ
Timestamp
يعمل Proof of History كساعة لامركزية تُعيّن طوابع زمنية للأحداث دون الاعتماد على وقت الساعة الحقيقي. تمثل كل تجزئة PoH "نبضة" منفصلة للساعة التشفيرية، وتعمل قيمة العداد كطابع زمني. نظراً لأن سلسلة التجزئة متسلسلة وقابلة للتحقق، فإن هذه الطوابع الزمنية لا تتطلب ثقة — يمكن لأي مراقب التحقق من شرعية الطابع الزمني عن طريق فحص سلسلة التجزئة.
في Solana، يمكن لكل مصادق توليد تسلسل PoH الخاص به عندما يعمل كقائد. عندما يتناوب المصادقون على القيادة، يقومون بمزامنة تسلسلات PoH الخاصة بهم باستخدام آخر نقطة تفتيش مؤكدة من القائد السابق. يضمن هذا استمرارية السجل الزمني حتى عندما يتناوب مصادقون مختلفون على إنتاج الكتل. تُنشئ الشبكة خطاً زمنياً قانونياً من خلال الوصول إلى إجماع حول تسلسلات PoH التي يتم قبولها كجزء من السجل الرسمي.
يتعامل النظام مع انحراف الساعة وتباين أداء الأجهزة من خلال مزيج من تدوير القادة والإجماع. إذا حاول قائد خبيث أو معطل توليد طوابع زمنية PoH بمعدل غير صحيح (سريع جداً أو بطيء جداً)، يمكن للمصادقين اكتشاف ذلك عن طريق مقارنة معدل نبضات PoH مع مولدات PoH المحلية الخاصة بهم. تشير الانحرافات الكبيرة عن المعدل المتوقع إلى مشكلة، ويمكن للمصادقين رفض الكتل من القادة الذين تنحرف تسلسلات PoH الخاصة بهم كثيراً عن متوسط الشبكة.
تحل آلية الطوابع الزمنية هذه إحدى المشكلات الأساسية في الأنظمة الموزعة: إنشاء مفهوم مشترك للوقت بدون سلطة مركزية موثوقة. باستخدام PoH كساعة لامركزية، تمكّن Solana المصادقين من معالجة المعاملات بالتوازي مع الحفاظ على ترتيب متسق عالمياً. توفر الطوابع الزمنية أيضاً أساساً لميزات مبنية على الوقت مثل انتهاء صلاحية المعاملات والعمليات المجدولة وقياس الأداء.
Proof of Stake Consensus
กลไกฉันทามติของ Solana ที่เรียกว่า Tower BFT เป็นอัลกอริธึม Proof of Stake ที่ออกแบบมาโดยเฉพาะเพื่อใช้ประโยชน์จากคุณสมบัติชั่วคราวของ Proof of History ผู้ตรวจสอบจะเดิมพันโทเค็น SOL เพื่อเข้าร่วมฉันทามติและรับรางวัลจากการตรวจสอบความถูกต้องของบล็อก ระบบการลงคะแนนแบบถ่วงน้ำหนักหุ้นทำให้มั่นใจได้ว่า validators ที่มีผลประโยชน์ทางเศรษฐกิจมากกว่าในเครือข่ายจะมีอิทธิพลเหนือการตัดสินใจที่เป็นเอกฉันท์ตามสัดส่วนมากกว่า
นวัตกรรมหลักใน Tower BFT คือการใช้ระยะเวลาล็อคที่เพิ่มขึ้นแบบทวีคูณเมื่อมีการโหวตแต่ละครั้งติดต่อกัน เมื่อ validator โหวตให้กับแฮช PoH พวกเขายอมรับการแยกของ ledger สำหรับขีด PoH จำนวนหนึ่ง หากพวกเขาโหวตบล็อกถัดไปในทางแยกนั้น ระยะเวลาการล็อคจะเพิ่มเป็นสองเท่า สิ่งนี้สร้างแรงจูงใจทางเศรษฐกิจที่แข็งแกร่งสำหรับ validators ที่จะลงคะแนนเสียงบนส้อมเดิมต่อไป เนื่องจากการสลับส้อมจะต้องรอให้การล็อคก่อนหน้านี้หมดอายุ
โดยเฉพาะอย่างยิ่ง หาก validator โหวตบนบล็อกที่ประทับเวลา PoH t พวกเขาจะไม่สามารถลงคะแนนใน fork ที่ขัดแย้งกันจนกว่าเครื่องหมาย 2^n จะผ่านไป โดยที่ n คือจำนวนการโหวตติดต่อกันที่พวกเขาได้ทำบน fork ปัจจุบัน กลไกการล็อคแบบเอกซ์โปเนนเชียลนี้ทำให้ระบบปลอดภัยจากการโจมตีระยะไกล ในขณะเดียวกันก็ทำให้สามารถสรุปผลได้อย่างรวดเร็ว เมื่อเสียงข้างมากของเดิมพันได้ลงคะแนนในบล็อกที่มีความลึกเพียงพอ บล็อกนั้นก็จะได้รับการสรุปผลอย่างมีประสิทธิภาพ
เงื่อนไขที่รุนแรงบังคับใช้พฤติกรรมที่ซื่อสัตย์ หาก validator โหวตให้กับส้อมสองอันที่ขัดแย้งกันในช่วงเวลาที่ควรถูกล็อค โทเค็นเหล่านั้นจะถูกเฉือน — โทเค็นที่เดิมพันจะถูกทำลายบางส่วนและจะถูกลบออกจากชุด validator ซึ่งทำให้ไม่สมเหตุสมผลในเชิงเศรษฐกิจที่จะพยายามคลุมเครือหรือพฤติกรรม Byzantine อื่นๆ การผสมผสานระหว่างการประทับเวลาที่ตรวจสอบได้ของ PoH และการล็อกเอาท์แบบเอ็กซ์โปเนนเชียลของ Tower BFT ทำให้เกิดกลไกที่เป็นเอกฉันท์ที่ทั้งรวดเร็วและปลอดภัย โดยบรรลุผลขั้นสุดท้ายในไม่กี่วินาที ขณะเดียวกันก็รักษาการรับประกันความปลอดภัยของระบบ BFT แบบดั้งเดิม
Proof of Stake Consensus
آلية إجماع Solana، المسماة Tower BFT، هي خوارزمية Proof of Stake مصممة خصيصاً للاستفادة من الخصائص الزمنية لـ Proof of History. يراهن المصادقون بعملات SOL للمشاركة في الإجماع وكسب مكافآت للتحقق الصحيح من الكتل. يضمن نظام التصويت المرجح بالحصة أن المصادقين الذين لديهم مصلحة اقتصادية أكبر في الشبكة يكون لهم تأثير متناسب أكبر على قرارات الإجماع.
الابتكار الأساسي في Tower BFT هو استخدام فترات إغلاق تزداد بشكل أسي مع كل تصويت متتالٍ. عندما يصوت مصادق على تجزئة PoH، يلتزم بذلك الفرع من السجل لعدد معين من نبضات PoH. إذا صوت على الكتلة التالية في ذلك الفرع، تتضاعف فترة الإغلاق. يخلق هذا حافزاً اقتصادياً قوياً للمصادقين لمواصلة التصويت على نفس الفرع، حيث أن التبديل بين الفروع سيتطلب انتظار انتهاء فترات الإغلاق السابقة.
تحديداً، إذا صوت مصادق على كتلة عند الطابع الزمني PoH t، لا يمكنه التصويت على فرع متعارض حتى تمر 2^n نبضة، حيث n هو عدد الأصوات المتتالية التي أجراها على الفرع الحالي. تجعل آلية الإغلاق الأسية هذه النظام آمناً ضد هجمات المدى البعيد مع السماح بنهائية سريعة. بمجرد أن تصوت أغلبية عظمى من الحصة على كتلة بعمق كافٍ، تصبح تلك الكتلة نهائية فعلياً.
تفرض شروط العقوبة السلوك النزيه. إذا صوت مصادق على فرعين متعارضين خلال فترة يجب أن يكون فيها مُغلقاً، يتم معاقبته — تُدمر عملاته المراهنة جزئياً ويُزال من مجموعة المصادقين. يجعل هذا من المحاولة للتناقض أو أي سلوك بيزنطي آخر أمراً غير عقلاني اقتصادياً. يُنشئ الجمع بين الطوابع الزمنية القابلة للتحقق من PoH وفترات الإغلاق الأسية لـ Tower BFT آلية إجماع سريعة وآمنة، تحقق النهائية في ثوانٍ مع الحفاظ على ضمانات الأمان لأنظمة BFT التقليدية.
Streaming Proof of Replication
Proof of Replication (PoRep) เป็นกลไกที่ช่วยให้ validators พิสูจน์ได้ว่ากำลังจัดเก็บข้อมูล ledger โดยไม่ต้องเปิดเผยข้อมูลหรือต้องใช้การคำนวณอย่างเข้มข้น Solana ใช้ PoRep เวอร์ชันสตรีมมิ่ง โดยที่ validators แสดงให้เห็นอย่างต่อเนื่องว่ากำลังจำลองสถานะบล็อกเชน นี่เป็นสิ่งสำคัญสำหรับการรักษาความปลอดภัยเครือข่าย เนื่องจากช่วยให้แน่ใจว่าข้อมูล ledger มีการกระจายอย่างเหมาะสมทั่วทั้ง validators และไม่กระจุกตัวอยู่ในตำแหน่งบางแห่ง
กลไก PoRep ทำงานโดยให้ validators เข้ารหัสเซ็กเมนต์ของ ledger โดยใช้การเข้ารหัสโหมด CBC (Cipher Block Chaining) พร้อมด้วยคีย์เฉพาะ validator ที่ได้มาจากข้อมูลระบุตัวตน กระบวนการเข้ารหัสนั้นทำให้แต่ละบล็อกที่เข้ารหัสนั้นขึ้นอยู่กับบล็อกก่อนหน้า สร้างสายโซ่ที่ไม่ซ้ำกันสำหรับแต่ละ validator การทำเช่นนี้จะป้องกันไม่ให้ validators คัดลอกข้อมูลที่เข้ารหัสจากกัน โดย validator แต่ละตัวจะต้องจัดเก็บและประมวลผลข้อมูล ledger ดั้งเดิมเพื่อสร้างเวอร์ชันที่เข้ารหัสที่ไม่ซ้ำกัน
เครือข่ายจะออกคำถามท้าทาย validators เป็นระยะ โดยขอให้จัดเตรียมบล็อกที่เข้ารหัสเฉพาะ เนื่องจากการเข้ารหัสเป็นแบบลูกโซ่ validator จะต้องจัดเก็บบล็อกก่อนหน้าทั้งหมดเพื่อสร้างการตอบสนองที่ถูกต้อง validator ส่งบล็อกที่เข้ารหัสพร้อมกับหลักฐาน Merkle ที่แสดงตำแหน่งใน ledger ที่เข้ารหัส เครือข่ายสามารถตรวจสอบหลักฐานนี้ได้อย่างรวดเร็วโดยไม่จำเป็นต้องถอดรหัสหรือเข้ารหัสข้อมูลอีกครั้ง
วิธีการสตรีมไปยัง PoRep นี้มีค่าใช้จ่ายต่ำเมื่อเทียบกับระบบพิสูจน์การจัดเก็บแบบดั้งเดิม เครื่องมือตรวจสอบสามารถเข้ารหัสข้อมูลเมื่อมาถึงและตอบสนองต่อความท้าทายโดยมีเวลาแฝงน้อยที่สุด ระบบยังเปิดใช้งานการกู้คืนในกรณีที่ข้อมูลสูญหาย หาก validator สูญเสียส่วนหนึ่งของ ledger ก็สามารถดาวน์โหลดใหม่จาก validators อื่นและเข้ารหัสอีกครั้งได้ การผสมผสานระหว่าง PoRep กับการประทับเวลา PoH จะสร้างระบบความรับผิดชอบที่สมบูรณ์ ซึ่งเครือข่ายสามารถตรวจสอบทั้งเมื่อมีการสร้างข้อมูลและจัดเก็บอย่างเหมาะสมผ่านเครือข่าย validator
Streaming Proof of Replication
Proof of Replication (PoRep) هي آلية تسمح للمصادقين بإثبات أنهم يخزنون بيانات السجل دون الكشف عن البيانات نفسها أو الحاجة إلى حسابات مكثفة. تطبق Solana نسخة متدفقة من PoRep حيث يُظهر المصادقون باستمرار أنهم ينسخون حالة سلسلة الكتل. هذا ضروري لأمان الشبكة، حيث يضمن توزيع بيانات السجل بشكل صحيح بين المصادقين وعدم تركزها في مواقع قليلة.
تعمل آلية PoRep من خلال قيام المصادقين بتشفير أجزاء من السجل باستخدام تشفير وضع CBC (Cipher Block Chaining) بمفتاح خاص بالمصادق مشتق من هويته. عملية التشفير تجعل كل كتلة مشفرة تعتمد على الكتلة السابقة، مما يُنشئ سلسلة فريدة لكل مصادق. يمنع هذا المصادقين من مجرد نسخ البيانات المشفرة من بعضهم البعض — يجب على كل مصادق تخزين ومعالجة بيانات السجل الأصلية لتوليد نسخته المشفرة الفريدة.
بشكل دوري، تصدر الشبكة تحديات للمصادقين تطلب منهم تقديم كتل مشفرة محددة. نظراً لأن التشفير متسلسل، يجب أن يكون المصادق قد خزّن جميع الكتل السابقة لتوليد الاستجابة الصحيحة. يقدم المصادق كتلته المشفرة مع إثبات Merkle يوضح موقعها في سجله المشفر. يمكن للشبكة التحقق من هذا الإثبات بسرعة دون الحاجة لفك التشفير أو إعادة التشفير.
نهج التدفق هذا لـ PoRep له عبء منخفض مقارنة بأنظمة إثبات التخزين التقليدية. يمكن للمصادقين تشفير البيانات فور وصولها والاستجابة للتحديات بأقل تأخير. يتيح النظام أيضاً الاسترداد في حالة فقدان البيانات — إذا فقد مصادق جزءاً من السجل، يمكنه إعادة تنزيله من مصادقين آخرين وإعادة تشفيره. يُنشئ الجمع بين PoRep وطوابع PoH الزمنية نظام مساءلة كامل حيث يمكن للشبكة التحقق من وقت إنشاء البيانات ومن أنها مخزنة بشكل صحيح عبر شبكة المصادقين.
System Architecture
สถาปัตยกรรมระบบของ Solana ได้รับการออกแบบให้เป็นไปป์ไลน์ที่ขั้นตอนต่างๆ ของการประมวลผลธุรกรรมเกิดขึ้นพร้อมกัน หน่วยประมวลผลธุรกรรม (TPU) เป็นองค์ประกอบหลักที่รับผิดชอบในการจัดการธุรกรรมที่เข้ามา TPU ประกอบด้วยหลายขั้นตอน: ดึงข้อมูล (รวบรวมธุรกรรม) การตรวจสอบลายเซ็น การธนาคาร (การดำเนินการธุรกรรม) และการเขียน (ยินยอมที่จะจัดเก็บข้อมูล) แต่ละขั้นตอนดำเนินการแบบขนานในธุรกรรมที่แตกต่างกัน คล้ายกับการวางท่อ CPU
การตรวจสอบลายเซ็นจะถูกเร่งให้เร็วขึ้นโดยใช้ GPU ซึ่งมีประสิทธิภาพสูงในการดำเนินการเข้ารหัสแบบเส้นโค้งวงรี ซึ่งจำเป็นในการตรวจสอบลายเซ็นของธุรกรรม ด้วยการถ่ายงานที่ต้องใช้การคำนวณสูงนี้ไปยัง GPU ทำให้ Solana สามารถตรวจสอบลายเซ็นในอัตราที่เกิน 900,000 ต่อวินาทีบนฮาร์ดแวร์สินค้าโภคภัณฑ์ การตรวจสอบลายเซ็นแบบขนานนี้ช่วยป้องกันการตรวจสอบการเข้ารหัสไม่ให้กลายเป็นคอขวด แม้จะมีอัตราการทำธุรกรรมที่สูงมากก็ตาม
รันไทม์ Sealevel คือกลไกการดำเนินการสัญญาอัจฉริยะแบบขนานของ Solana ต่างจากบล็อกเชนแบบดั้งเดิมที่ดำเนินธุรกรรมตามลำดับ Sealevel วิเคราะห์ธุรกรรมเพื่อระบุบัญชีที่พวกเขาเข้าถึง และดำเนินธุรกรรมที่ไม่ขัดแย้งในแบบคู่ขนานบนแกน CPU หลายตัว ธุรกรรมที่เข้าถึงบัญชีเดียวกันจะได้รับการดำเนินการตามลำดับเพื่อรักษาความสอดคล้อง แต่ธุรกรรมที่เข้าถึงบัญชีที่แตกต่างกันสามารถดำเนินการพร้อมกันได้ ความขนานนี้เป็นไปได้เนื่องจาก PoH สร้างการเรียงลำดับทั่วโลก — validators สามารถทำธุรกรรมในลำดับใดก็ได้ ตราบใดที่ธุรกรรมเหล่านั้นใช้กับสถานะในลำดับที่ระบุ PoH
สถาปัตยกรรมยังรวมถึงส่วนประกอบที่ได้รับการปรับปรุงสำหรับการแพร่กระจายและการจัดเก็บข้อมูลแบบบล็อก โปรโตคอลการแพร่กระจายบล็อกกังหันใช้การเข้ารหัสการลบข้อมูลเพื่อแบ่งบล็อกออกเป็นแพ็กเก็ตขนาดเล็กที่กระจายไปทั่วเครือข่ายในโครงสร้างแบบต้นไม้ ช่วยลดความต้องการแบนด์วิดท์ให้เหลือน้อยที่สุด เครือข่าย Archivers มอบพื้นที่จัดเก็บข้อมูลแบบกระจายอำนาจสำหรับข้อมูลประวัติ ledger โดยใช้ PoRep เพื่อรับรองความพร้อมใช้งานของข้อมูล ส่วนประกอบเหล่านี้ร่วมกันสร้างระบบที่สามารถประมวลผลธุรกรรมนับแสนรายการต่อวินาที ในขณะที่ยังคงรักษาคุณสมบัติการกระจายอำนาจและความปลอดภัยของบล็อกเชน
System Architecture
صُممت بنية نظام Solana كخط أنابيب حيث تحدث مراحل مختلفة من معالجة المعاملات بالتوازي. وحدة معالجة المعاملات Transaction Processing Unit (TPU) هي المكون الأساسي المسؤول عن التعامل مع المعاملات الواردة. تتكون TPU من عدة مراحل: الجلب (جمع المعاملات)، التحقق من التوقيعات، المعالجة المصرفية (تنفيذ المعاملات)، والكتابة (الحفظ في التخزين). تعمل كل مرحلة بالتوازي على معاملات مختلفة، مشابهة لخط أنابيب المعالج.
يتم تسريع التحقق من التوقيعات باستخدام وحدات GPU، التي تتميز بكفاءة عالية في عمليات تشفير المنحنى الإهليلجي المطلوبة للتحقق من توقيعات المعاملات. من خلال تحويل هذه المهمة الحسابية المكثفة إلى GPU، يمكن لـ Solana التحقق من التوقيعات بمعدلات تتجاوز 900,000 في الثانية على أجهزة تجارية. يمنع هذا التحقق المتوازي من التوقيعات أن يصبح التحقق التشفيري عنق زجاجة حتى عند معدلات معاملات عالية جداً.
بيئة التشغيل Sealevel هي محرك تنفيذ العقود الذكية المتوازي في Solana. على عكس سلاسل الكتل التقليدية التي تنفذ المعاملات بالتسلسل، يحلل Sealevel المعاملات لتحديد الحسابات التي تصل إليها وينفذ المعاملات غير المتعارضة بالتوازي عبر أنوية معالج متعددة. يتم تنفيذ المعاملات التي تصل إلى نفس الحسابات بالتسلسل للحفاظ على الاتساق، لكن المعاملات التي تصل إلى حسابات مختلفة يمكن أن تعمل في وقت واحد. هذا التوازي ممكن لأن PoH يؤسس ترتيباً عالمياً — يمكن للمصادقين تنفيذ المعاملات بأي ترتيب طالما يطبقونها على الحالة في التسلسل المحدد بواسطة PoH.
تتضمن البنية أيضاً مكونات محسنة لنشر الكتل والتخزين. يستخدم بروتوكول نشر كتل Turbine ترميز المحو لتقسيم الكتل إلى حزم أصغر يتم توزيعها عبر الشبكة في هيكل شجري، مما يقلل متطلبات عرض النطاق الترددي. توفر شبكة المُؤرشفين Archivers تخزيناً لامركزياً لبيانات السجل التاريخية، باستخدام PoRep لضمان توفر البيانات. تُنشئ هذه المكونات معاً نظاماً يمكنه معالجة مئات الآلاف من المعاملات في الثانية مع الحفاظ على خصائص اللامركزية والأمان لسلسلة الكتل.
Performance
สถาปัตยกรรมของ Solana ได้รับการออกแบบมาเพื่อให้บรรลุระดับประสิทธิภาพที่ปรับขนาดได้ด้วยการปรับปรุงฮาร์ดแวร์ตามกฎของมัวร์ สำหรับการเชื่อมต่อเครือข่ายมาตรฐาน 1 กิกะบิต ปริมาณงานสูงสุดตามทฤษฎีจะอยู่ที่ประมาณ 710,000 ธุรกรรมต่อวินาที โดยถือว่า 176 ไบต์ต่อธุรกรรม (รวมลายเซ็นและข้อมูลเมตา) การคำนวณนี้อิงตามแบนด์วิดท์เครือข่ายที่เป็นคอขวดหลัก โดยที่คอขวดในการคำนวณจะถูกลบออกผ่านการทำขนาน
การตรวจสอบลายเซ็นซึ่งมักเป็นปัจจัยจำกัดในประสิทธิภาพของบล็อกเชน จะถูกเร่งให้เร็วขึ้นโดยใช้ GPU แบบขนาน GPU ตัวเดียวสามารถตรวจสอบลายเซ็น ed25519 ได้มากกว่า 900,000 รายการต่อวินาที ซึ่งเกินขีดจำกัดปริมาณงานของเครือข่าย ซึ่งหมายความว่าการตรวจสอบลายเซ็นไม่ได้จำกัดประสิทธิภาพของระบบ — คอขวดจะเปลี่ยนไปที่แบนด์วิดท์เครือข่ายและการดำเนินการธุรกรรม สำหรับธุรกรรมง่ายๆ ที่โอนเฉพาะมูลค่าโดยไม่มีตรรกะของสัญญาอัจฉริยะที่ซับซ้อน ขั้นตอนการธนาคารสามารถประมวลผลธุรกรรมในอัตราที่ตรงกับอัตราอินพุตของเครือข่าย
ตัวสร้าง PoH ทำงานบนแกน CPU เฉพาะ ซึ่งสร้างแฮชประมาณ 4,000 ต่อมิลลิวินาทีบนโปรเซสเซอร์ 4GHz ในอัตรานี้ ลำดับ PoH จะให้การประทับเวลาที่มีความละเอียด 0.25 ไมโครวินาที ซึ่งเพียงพอสำหรับการสั่งซื้อธุรกรรมหลายล้านรายการต่อวินาที ลักษณะตามลำดับของการสร้าง PoH หมายความว่าส่วนประกอบนี้ไม่สามารถขนานกันได้ แต่ปริมาณงานสูงพอที่จะไม่จำกัดประสิทธิภาพโดยรวมของระบบ
เมื่อฮาร์ดแวร์ได้รับการปรับปรุง ปริมาณงานของ Solana ก็จะปรับขนาดตามไปด้วย เครือข่ายที่เร็วขึ้น GPU ที่ทรงพลังยิ่งขึ้น และ CPU ที่ได้รับการปรับปรุง ล้วนส่งผลให้อัตราการทำธุรกรรมสูงขึ้น ระบบได้รับการออกแบบมาเพื่อใช้ประโยชน์จากการปรับปรุงเหล่านี้โดยไม่ต้องเปลี่ยนโปรโตคอล วิธีการขยายขนาดนี้แตกต่างกับบล็อกเชนที่ถูกจำกัดโดยพื้นฐานโดยกลไกฉันทามติตามลำดับ ซึ่งช่วยให้ Solana บรรลุระดับประสิทธิภาพที่ก่อนหน้านี้คิดว่าเป็นไปไม่ได้ในระบบกระจายอำนาจ ในขณะที่ยังคงรักษาความปลอดภัยและการรับประกันการกระจายอำนาจ
Performance
صُممت بنية Solana لتحقيق مستويات أداء تتوسع مع تحسينات الأجهزة، متبعة قانون مور. على اتصال شبكة جيجابت قياسي واحد، الحد الأقصى النظري للإنتاجية هو حوالي 710,000 معاملة في الثانية، بافتراض 176 بايت لكل معاملة (بما في ذلك التوقيعات والبيانات الوصفية). يستند هذا الحساب على عرض النطاق الترددي للشبكة كعنق الزجاجة الرئيسي، مع إزالة عنق الزجاجة الحسابي من خلال الموازاة.
التحقق من التوقيعات، الذي غالباً ما يكون عاملاً مقيداً في أداء سلسلة الكتل، يتم تسريعه باستخدام موازاة GPU. يمكن لوحدة GPU واحدة التحقق من أكثر من 900,000 توقيع ed25519 في الثانية، وهو ما يتجاوز حد إنتاجية الشبكة. هذا يعني أن التحقق من التوقيعات لا يقيد أداء النظام — ينتقل عنق الزجاجة إلى عرض النطاق الترددي للشبكة وتنفيذ المعاملات. للمعاملات البسيطة التي تنقل القيمة فقط دون منطق عقود ذكية معقد، يمكن لمرحلة المعالجة المصرفية معالجة المعاملات بمعدلات تتطابق مع معدل إدخال الشبكة.
يعمل مولد PoH على نواة معالج مخصصة، منتجاً حوالي 4,000 تجزئة لكل مللي ثانية على معالج 4 جيجاهرتز. بهذا المعدل، يوفر تسلسل PoH طوابع زمنية بدقة 0.25 ميكروثانية، وهو ما يكفي لترتيب ملايين المعاملات في الثانية. تعني الطبيعة المتسلسلة لتوليد PoH أن هذا المكون لا يمكن موازاته، لكن الإنتاجية عالية بما يكفي بحيث لا تحد من أداء النظام الكلي.
مع تحسن الأجهزة، تتوسع إنتاجية Solana وفقاً لذلك. شبكات أسرع وGPU أقوى ومعالجات محسنة تساهم جميعها في معدلات معاملات أعلى. صُمم النظام للاستفادة من هذه التحسينات دون الحاجة لتغييرات في البروتوكول. يتناقض نهج التوسع هذا مع سلاسل الكتل المقيدة جوهرياً بآليات إجماع متسلسلة، مما يسمح لـ Solana بتحقيق مستويات أداء كانت تُعتبر سابقاً مستحيلة في نظام لامركزي مع الحفاظ على ضمانات الأمان واللامركزية.
Conclusion
Proof of History แสดงถึงความก้าวหน้าขั้นพื้นฐานในสถาปัตยกรรมบล็อกเชนโดยการแก้ปัญหาเรื่องเวลาที่จำกัดความสามารถในการปรับขนาดของ ledgers แบบกระจาย ด้วยการสร้างนาฬิกาเข้ารหัสลับที่ตรวจสอบได้ PoH ช่วยให้ validators สร้างการเรียงลำดับเหตุการณ์ชั่วคราวโดยไม่มีค่าใช้จ่ายด้านการสื่อสารที่ครอบคลุมซึ่งกำหนดโดยกลไกฉันทามติแบบดั้งเดิม นวัตกรรมนี้ช่วยขจัดปัญหาคอขวดที่สำคัญและช่วยให้การประมวลผลธุรกรรมสามารถขนานกันทั่วทั้งเครือข่ายได้
การบูรณาการ PoH เข้ากับส่วนประกอบของระบบที่ได้รับการปรับปรุง - การตรวจสอบลายเซ็นที่เร่งด้วย GPU การดำเนินการธุรกรรมแบบขนานผ่าน Sealevel และโปรโตคอลการแพร่กระจายบล็อกที่มีประสิทธิภาพ - สร้างบล็อกเชนที่สามารถประมวลผลธุรกรรมนับแสนรายการต่อวินาทีบนฮาร์ดแวร์สินค้าโภคภัณฑ์ ที่สำคัญกว่านั้น สถาปัตยกรรมได้รับการออกแบบให้ปรับขนาดได้ด้วยการปรับปรุงฮาร์ดแวร์ ซึ่งหมายความว่าประสิทธิภาพจะเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องเมื่อโปรเซสเซอร์เร็วขึ้นและเครือข่ายมีความสามารถมากขึ้น
การออกแบบของ Solana แสดงให้เห็นว่าประสิทธิภาพสูงและการกระจายอำนาจไม่ได้แยกจากกัน ด้วยการใช้ประโยชน์จาก PoH เป็นรากฐานสำหรับความเห็นพ้องต้องกันและการประสานงานของระบบ เครือข่ายบรรลุระดับการรับส่งข้อมูลที่เทียบได้กับฐานข้อมูลแบบรวมศูนย์ ในขณะที่ยังคงรักษาคุณสมบัติด้านความปลอดภัยและการต้านทานการเซ็นเซอร์ของบล็อกเชนแบบกระจายอำนาจ กลไกฉันทามติ Tower BFT แบบถ่วงน้ำหนักเดิมพันช่วยให้แน่ใจว่าเครือข่ายยังคงปลอดภัยจากนักแสดง Byzantine ในขณะที่บรรลุผลขั้นสุดท้ายอย่างรวดเร็ว
การนำสถาปัตยกรรมนี้ไปใช้ถือเป็นแนวทางปฏิบัติสำหรับเทคโนโลยีบล็อกเชนเพื่อขยายไปสู่การนำไปใช้ทั่วโลก แอปพลิเคชันที่ต้องการทรูพุตธุรกรรมสูง เช่น การแลกเปลี่ยนแบบกระจายอำนาจ แพลตฟอร์มเกม และระบบทางการเงิน สามารถสร้างบนโครงสร้างพื้นฐานแบบกระจายอำนาจอย่างแท้จริง โดยไม่กระทบต่อประสิทธิภาพการทำงาน Proof of History เปิดประตูสู่แอปพลิเคชันบล็อกเชนรุ่นใหม่ที่ก่อนหน้านี้ไม่สามารถทำได้เนื่องจากข้อจำกัดด้านความสามารถในการขยาย
Conclusion
يمثل Proof of History اختراقاً جوهرياً في بنية سلسلة الكتل من خلال حل مشكلة التوقيت التي حدّت من قابلية توسع السجلات الموزعة. من خلال إنشاء ساعة تشفيرية قابلة للتحقق، يمكّن PoH المصادقين من تحديد ترتيب زمني للأحداث دون العبء التواصلي المكثف المطلوب من آليات الإجماع التقليدية. يزيل هذا الابتكار عنق زجاجة حرج ويسمح بموازاة معالجة المعاملات عبر الشبكة.
يُنشئ دمج PoH مع مكونات نظام محسنة — التحقق من التوقيعات المسرّع بـ GPU والتنفيذ المتوازي للمعاملات عبر Sealevel وبروتوكولات نشر الكتل الفعالة — سلسلة كتل يمكنها معالجة مئات الآلاف من المعاملات في الثانية على أجهزة تجارية. والأهم من ذلك، أن البنية مصممة للتوسع مع تحسينات الأجهزة، مما يعني أن الأداء سيستمر في الزيادة مع تسارع المعالجات وتحسن الشبكات.
يُثبت تصميم Solana أن الأداء العالي واللامركزية ليسا متعارضين. من خلال الاستفادة من PoH كأساس للإجماع وتنسيق النظام، تحقق الشبكة مستويات إنتاجية مماثلة لقواعد البيانات المركزية مع الحفاظ على خصائص الأمان ومقاومة الرقابة لسلسلة كتل لامركزية. تضمن آلية إجماع Tower BFT المرجحة بالحصة أن تبقى الشبكة آمنة ضد الفاعلين البيزنطيين مع تحقيق نهائية سريعة.
يوفر تطبيق هذه البنية مساراً عملياً لتوسع تقنية سلسلة الكتل نحو التبني العالمي. التطبيقات التي تتطلب إنتاجية عالية للمعاملات — مثل البورصات اللامركزية ومنصات الألعاب والأنظمة المالية — يمكن الآن بناؤها على بنية تحتية لامركزية حقيقية دون المساومة على الأداء. يفتح Proof of History الباب لجيل جديد من تطبيقات سلسلة الكتل التي كانت غير قابلة للتحقيق سابقاً بسبب قيود التوسع.
