Solana: Kiến trúc mới cho blockchain hiệu suất cao

Abstract

Bài viết này trình bày một kiến ​​trúc mới cho một blockchain hiệu suất cao. Solana triển khai cơ chế chấm công mới được gọi là Bằng chứng lịch sử (PoH) — một bằng chứng để xác minh thứ tự và thời gian trôi qua giữa các sự kiện. PoH được sử dụng để mã hóa thời gian trôi qua không đáng tin cậy thành ledger, tạo ra bản ghi lịch sử chứng minh rằng một sự kiện đã xảy ra tại một thời điểm cụ thể.

Sự đổi mới quan trọng là PoH cho phép các nút trong mạng thiết lập thứ tự sự kiện tạm thời mà không yêu cầu chúng liên lạc với nhau. Bằng cách sử dụng hàm trì hoãn có thể kiểm chứng được triển khai dưới dạng chuỗi băm tuần tự, hệ thống sẽ tạo ra đồng hồ mật mã cung cấp cách xác minh thời gian trôi qua giữa các sự kiện. Điều này cho phép mạng xử lý hàng nghìn giao dịch mỗi giây trong khi vẫn duy trì tính phân cấp và bảo mật.

PoH được tích hợp cơ chế đồng thuận Proof of Stake (PoS). Sự kết hợp này cho phép kiến ​​trúc blockchain được tối ưu hóa cao, trong đó validators có thể xác minh các giao dịch song song và đạt được sự đồng thuận một cách hiệu quả. Hệ thống này được thiết kế để mở rộng quy mô theo Định luật Moore, tận dụng sự gia tăng hiệu suất phần cứng để cải thiện thông lượng mà không phải hy sinh sự đảm bảo an ninh của mạng phi tập trung.

Introduction

Thách thức cơ bản trong các hệ thống blockchain là đạt được thông lượng giao dịch cao trong khi vẫn duy trì tính phân cấp và bảo mật. Việc triển khai blockchain hiện tại bị hạn chế bởi các cơ chế đồng thuận, đòi hỏi phải có sự giao tiếp rộng rãi giữa các nút để thống nhất về thời gian và thứ tự các sự kiện. Chi phí phối hợp này tạo ra một nút cổ chai ngăn cản các chuỗi khối hiện có mở rộng quy mô để đáp ứng nhu cầu của các ứng dụng quy mô toàn cầu.

Vấn đề cốt lõi là thời gian. Trong các hệ thống phân tán, các nút không thể dựa vào đồng hồ bên ngoài vì chúng không thể tin rằng dấu thời gian của các nút khác là chính xác. Các giao thức đồng thuận blockchain truyền thống giải quyết vấn đề này bằng cách cho các nút giao tiếp rộng rãi để thống nhất về trạng thái hiện tại và thứ tự giao dịch. Chi phí liên lạc này về cơ bản hạn chế thông lượng, vì mạng chỉ có thể xử lý các giao dịch nhanh như các nút có thể đạt được sự đồng thuận về thứ tự của chúng.

Solana giới thiệu Bằng chứng Lịch sử như một giải pháp cho vấn đề về thời gian này. PoH cung cấp một phương pháp mã hóa để chứng minh rằng một khoảng thời gian nhất định đã trôi qua giữa các sự kiện mà không dựa vào dấu thời gian từ các tác nhân độc hại tiềm ẩn. Bằng cách tạo một bản ghi lịch sử có thể kiểm chứng, PoH cho phép các nút xử lý các giao dịch một cách độc lập trong khi vẫn có thể chứng minh thứ tự các sự kiện xảy ra. Bước đột phá này cho phép mạng song song xử lý giao dịch và tăng đáng kể thông lượng.

Cái nhìn sâu sắc quan trọng là nếu chúng ta có thể tạo ra nguồn thời gian không cần tin cậy, chúng ta có thể loại bỏ nút thắt phối hợp khỏi sự đồng thuận. Với PoH cung cấp đồng hồ mật mã, validators có thể xử lý các giao dịch song song và chỉ cần giao tiếp để hoàn tất thứ tự chuẩn. Sự thay đổi kiến ​​trúc này cho phép Solana đạt được mức hiệu suất mà trước đây được cho là không thể có trong một chuỗi khối phi tập trung.

Outline

Bài viết này mô tả kiến ​​trúc kỹ thuật của Solana, tập trung vào cách Bằng chứng Lịch sử cho phép vận hành chuỗi khối hiệu suất cao. Tài liệu đầu tiên giải thích cơ chế PoH - cách chuỗi băm tuần tự tạo ra thứ tự sự kiện theo thời gian có thể kiểm chứng được. Chúng tôi trình bày chi tiết các thuộc tính mật mã giúp PoH an toàn và chứng minh cách validators có thể xác minh chuỗi PoH một cách hiệu quả.

Sau đó, bài viết khám phá cách PoH tích hợp với sự đồng thuận Proof of Stake. Chúng tôi mô tả Tower BFT, một thuật toán PoS được thiết kế đặc biệt để tận dụng các đặc tính tạm thời của PoH. Việc tích hợp cho phép validators bỏ phiếu về trạng thái của ledger tại các dấu thời gian PoH cụ thể, tạo ra cơ chế đồng thuận vừa nhanh chóng vừa an toàn. Chúng tôi cũng giải thích các điều kiện cắt để ngăn chặn hành vi nguy hiểm.

Tiếp theo, chúng tôi trình bày các giao thức truyền dữ liệu và thiết kế mạng của Solana. Giao thức Gulf Stream cho phép chuyển tiếp giao dịch mà không cần mempool, cho phép khách hàng gửi giao dịch trực tiếp đến các nhà lãnh đạo sắp tới. Chúng tôi mô tả cách hoạt động của việc luân chuyển người lãnh đạo và cách mạng duy trì thông lượng cao ngay cả khi người lãnh đạo thay đổi.

Cuối cùng, chúng tôi thảo luận về kiến ​​trúc hệ thống bao gồm Đơn vị xử lý giao dịch (TPU), thời gian chạy song song Sealevel và Bằng chứng sao chép để xác minh lưu trữ dữ liệu. Các dự đoán về hiệu suất chứng minh rằng Solana có thể xử lý hơn 700.000 giao dịch mỗi giây trên mạng gigabit tiêu chuẩn, với khả năng mở rộng thông lượng khi phần cứng được cải thiện.

Network Design

Thiết kế mạng của Solana xoay quanh hệ thống lãnh đạo luân phiên trong đó validators thay phiên nhau sản xuất các khối. Người đứng đầu chịu trách nhiệm sắp xếp các giao dịch đến vào luồng PoH và xuất bản các khối kết quả lên mạng. Các nhà lãnh đạo được lựa chọn thông qua thuật toán có trọng số cổ phần và lịch trình luân chuyển được biết trước, cho phép mạng tối ưu hóa việc chuyển tiếp giao dịch.

Giao thức Gulf Stream loại bỏ sự cần thiết của một mempool truyền thống bằng cách cho phép khách hàng chuyển tiếp các giao dịch trực tiếp đến các nhà lãnh đạo sắp tới. Khi khách hàng gửi một giao dịch, nó sẽ được chuyển tiếp đến người lãnh đạo dự kiến ​​dựa trên lịch trình luân chuyển. Nếu người lãnh đạo hiện tại không thể xử lý giao dịch, nó sẽ chuyển tiếp nó đến người lãnh đạo dự kiến ​​tiếp theo. Thiết kế này giúp giảm độ trễ xác nhận và cho phép validators thực hiện các giao dịch trước thời hạn, tối ưu hóa hơn nữa thông lượng.

Tuyên truyền giao dịch sử dụng cách tiếp cận nhiều lớp. Khách hàng gửi giao dịch tới validators, người này sẽ chuyển tiếp chúng tới người lãnh đạo hiện tại hoặc sắp tới. Người lãnh đạo sắp xếp các giao dịch vào luồng PoH, tạo ra thứ tự tổng thể. Sau khi được sắp xếp theo trình tự, người lãnh đạo sẽ truyền luồng PoH và dữ liệu giao dịch tới validators, người sẽ xác minh trình tự PoH và thực hiện các giao dịch song song.

Thiết kế mạng cũng bao gồm giao thức truyền khối tuabin giúp chia các khối thành các gói nhỏ hơn và phân phối chúng trên mạng theo cấu trúc cây. Cách tiếp cận này giảm thiểu yêu cầu về băng thông cho validators riêng lẻ trong khi vẫn đảm bảo việc truyền khối nhanh chóng. Kết hợp với khả năng xác minh thứ tự giao dịch của PoH, kiến ​​trúc này cho phép Solana đạt được thông lượng cao mà không phải hy sinh khả năng phân cấp.

Proof of History

Bằng chứng lịch sử là một hàm trì hoãn có thể kiểm chứng được triển khai dưới dạng chuỗi băm tuần tự sử dụng SHA-256. Trình tạo PoH liên tục tính toán các hàm băm SHA-256, sử dụng mỗi đầu ra làm đầu vào cho hàm băm tiếp theo. Điều này tạo ra một chuỗi tuần tự trong đó mỗi hàm băm chỉ có thể được tính sau chuỗi trước đó, thiết lập một thứ tự thời gian có thể kiểm chứng được. Yêu cầu tính toán để tạo ra mỗi hàm băm buộc phải có độ trễ thời gian tối thiểu giữa các sự kiện.

Đặc tính quan trọng của PoH là chi phí xác minh rẻ nhưng chi phí sản xuất đắt. Trình xác minh có thể kiểm tra song song toàn bộ chuỗi băm bằng cách chia nó thành các phân đoạn và kiểm tra từng phân đoạn một cách độc lập, sau đó xác minh rằng các phân đoạn đó kết nối đúng cách. Tuy nhiên, việc tạo phải tuần tự - không có cách nào để dự đoán đầu ra của chuỗi băm mà không thực sự tính toán từng bước trung gian. Sự bất cân xứng giữa việc tạo và xác minh này là điều khiến PoH trở nên thiết thực.

Các sự kiện bên ngoài và dữ liệu giao dịch được chèn vào chuỗi PoH bằng cách trộn chúng vào chuỗi băm. Khi một giao dịch đến, hàm băm của nó được kết hợp với trạng thái PoH hiện tại, tạo ra một bản ghi chứng minh giao dịch tồn tại tại thời điểm đó trong chuỗi. Trình tạo PoH ghi lại các điểm kiểm tra định kỳ, xuất bản giá trị băm hiện tại cùng với số lượng giá trị băm được tính kể từ điểm kiểm tra cuối cùng. Các điểm kiểm tra này cho phép validators xác minh hiệu quả chuỗi PoH mà không cần tính toán lại mọi hàm băm.

Chuỗi PoH đóng vai trò là đồng hồ mật mã cho toàn bộ mạng. Bởi vì chuỗi băm là tuần tự và có thể kiểm chứng được nên bất kỳ nút nào cũng có thể chứng minh rằng một khoảng thời gian nhất định đã trôi qua giữa hai sự kiện chỉ bằng cách hiển thị các giá trị băm được tính toán trong khoảng thời gian đó. Điều này giúp loại bỏ nhu cầu các nút phải tin cậy vào dấu thời gian bên ngoài hoặc phối hợp với nhau để thiết lập thứ tự tạm thời, loại bỏ nút thắt cơ bản trong sự đồng thuận blockchain truyền thống.

Proof of History Sequence

Chuỗi Bằng chứng Lịch sử là một chuỗi băm SHA-256 liên tục trong đó mỗi hàm băm phụ thuộc vào đầu ra trước đó. Chuỗi bắt đầu bằng giá trị hạt giống ban đầu, được băm để tạo ra đầu ra đầu tiên. Đầu ra này trở thành đầu vào cho hàm băm tiếp theo và quá trình lặp lại vô thời hạn. Trình tạo cũng duy trì một bộ đếm theo dõi tổng số giá trị băm được tính toán, đóng vai trò là "dấu thời gian" PoH cho các sự kiện trong ledger.

Khi dữ liệu cần được chèn vào chuỗi (chẳng hạn như băm giao dịch hoặc chữ ký validator), nó sẽ được kết hợp với trạng thái băm hiện tại bằng cách sử dụng hàm trộn xác định. Ví dụ: nếu trạng thái băm hiện tại là hash_n và chúng tôi muốn chèn dữ liệu D, chúng tôi tính toán hash_{n+1} = SHA256(hash_n || D), trong đó || biểu thị sự nối. Điểm chèn được ghi lại cùng với giá trị bộ đếm, chứng minh rằng dữ liệu D tồn tại tại điểm cụ thể đó trong chuỗi.

Việc xác minh trình tự PoH có thể được thực hiện song song bằng cách chia chuỗi thành các đoạn. Ví dụ: validator có thể nhận được điểm kiểm tra PoH sau mỗi 10.000 lần băm. Để xác minh trình tự giữa các điểm kiểm tra, validator có thể chia 10.000 giá trị băm thành 100 phân đoạn, mỗi phân đoạn có 100 giá trị băm, xác minh song song từng phân đoạn một cách độc lập và sau đó xác minh rằng các phân đoạn đó kết nối đúng cách. Điều này cho phép xác minh mở rộng theo chiều ngang với số lượng lõi CPU có sẵn.

Trình tự này cũng hỗ trợ các bằng chứng hiệu quả cho thấy hai sự kiện xảy ra theo một thứ tự cụ thể. Cho hai phần chèn dữ liệu tại các giá trị bộ đếm n và m trong đó n m, bất kỳ ai cũng có thể xác minh rằng sự kiện tại n đã xảy ra trước sự kiện tại m bằng cách kiểm tra chuỗi băm giữa các điểm đó. Thuộc tính này cho phép Solana tạo bản ghi lịch sử có thể xác minh được về tất cả các sự kiện trong mạng mà không yêu cầu các nút phải trực tuyến liên tục hoặc tin cậy vào các nguồn thời gian bên ngoài.

Timestamp

Proof of History functions as a decentralized clock that assigns timestamps to events without relying on wall-clock time. Each PoH hash represents a discrete "tick" of the cryptographic clock, and the counter value serves as the timestamp. Bởi vì chuỗi băm là tuần tự và có thể xác minh được nên những dấu thời gian này không đáng tin cậy — bất kỳ người quan sát nào cũng có thể xác minh rằng dấu thời gian là hợp pháp bằng cách kiểm tra chuỗi băm.

Trong Solana, mỗi validator có thể tạo chuỗi PoH của riêng mình khi đóng vai trò là người dẫn đầu. Khi validators luân phiên lãnh đạo, họ đồng bộ hóa trình tự PoH của mình bằng cách sử dụng điểm kiểm tra được xác nhận cuối cùng từ người lãnh đạo trước đó. Điều này đảm bảo tính liên tục của bản ghi tạm thời ngay cả khi các validators khác nhau lần lượt tạo ra các khối. Mạng thiết lập một dòng thời gian chuẩn bằng cách đạt được sự đồng thuận về việc chấp nhận các chuỗi PoH nào như một phần của ledger chính thức.

Hệ thống xử lý độ lệch xung nhịp và sự khác biệt trong hiệu suất phần cứng thông qua sự kết hợp giữa xoay vòng chỉ huy và đồng thuận. Nếu một nhà lãnh đạo độc hại hoặc bị lỗi cố gắng tạo dấu thời gian PoH với tốc độ không chính xác (quá nhanh hoặc quá chậm), validators có thể phát hiện điều này bằng cách so sánh tốc độ đánh dấu PoH với các trình tạo PoH cục bộ của chúng. Những sai lệch đáng kể so với tỷ lệ dự kiến ​​cho thấy có vấn đề và validators có thể từ chối các khối từ các nhà lãnh đạo có trình tự PoH phân kỳ quá xa so với mức trung bình của mạng.

Cơ chế đánh dấu thời gian này giải quyết một trong những vấn đề cơ bản trong hệ thống phân tán: thiết lập một khái niệm chung về thời gian mà không cần có cơ quan trung ương đáng tin cậy. Bằng cách sử dụng PoH làm đồng hồ phi tập trung, Solana cho phép validators xử lý các giao dịch song song trong khi vẫn duy trì trật tự nhất quán trên toàn cầu. Dấu thời gian cũng cung cấp nền tảng cho các tính năng dựa trên thời gian như hết hạn giao dịch, hoạt động theo lịch trình và đo lường hiệu suất.

Proof of Stake Consensus

Cơ chế đồng thuận của Solana, được gọi là Tower BFT, là một thuật toán Proof of Stake được thiết kế đặc biệt để tận dụng các thuộc tính tạm thời của Proof of History. Người xác thực đặt cược mã thông báo SOL để tham gia đồng thuận và kiếm phần thưởng cho việc xác thực các khối một cách chính xác. Hệ thống bỏ phiếu theo tỷ lệ cổ phần đảm bảo rằng validators có nhiều lợi ích kinh tế hơn trong mạng sẽ có ảnh hưởng tương ứng nhiều hơn đến các quyết định đồng thuận.

Sự đổi mới cốt lõi trong Tower BFT là việc sử dụng thời gian khóa tăng theo cấp số nhân với mỗi lần bỏ phiếu liên tiếp. Khi validator bỏ phiếu cho hàm băm PoH, họ cam kết thực hiện phân nhánh đó của ledger cho một số lượng dấu tích PoH nhất định. Nếu họ bỏ phiếu cho khối tiếp theo trong nhánh đó, thời gian khóa sẽ tăng gấp đôi. Điều này tạo ra động lực kinh tế mạnh mẽ để validators tiếp tục bỏ phiếu trên cùng một nhánh, vì việc chuyển đổi nhánh sẽ yêu cầu phải đợi thời gian khóa trước đó hết hạn.

Cụ thể, nếu validator bỏ phiếu cho một khối ở dấu thời gian PoH t, họ không thể bỏ phiếu cho một fork xung đột cho đến khi 2^n tích tắc trôi qua, trong đó n là số phiếu bầu liên tiếp mà họ đã thực hiện trên fork hiện tại. Cơ chế khóa theo cấp số nhân này giúp hệ thống an toàn trước các cuộc tấn công tầm xa đồng thời cho phép thực hiện nhanh chóng. Khi đa số cổ phần đã bỏ phiếu cho một khối có đủ độ sâu, khối đó sẽ được hoàn thiện một cách hiệu quả.

Điều kiện chặt chém buộc hành vi trung thực. Nếu validator bỏ phiếu trên hai nhánh xung đột trong khoảng thời gian đáng lẽ chúng phải bị khóa, thì chúng sẽ bị cắt — mã thông báo đặt cược của chúng bị phá hủy một phần và chúng bị xóa khỏi bộ validator. Điều này làm cho việc cố gắng nói lập lờ hoặc hành vi Byzantine khác trở nên phi lý về mặt kinh tế. Sự kết hợp giữa dấu thời gian có thể xác minh của PoH và khóa theo cấp số nhân của Tower BFT tạo ra cơ chế đồng thuận vừa nhanh chóng vừa an toàn, đạt được kết quả cuối cùng trong vài giây trong khi vẫn duy trì sự đảm bảo an ninh của các hệ thống BFT truyền thống.

Streaming Proof of Replication

Bằng chứng sao chép (PoRep) là một cơ chế cho phép validators chứng minh rằng họ đang lưu trữ dữ liệu ledger mà không tiết lộ chính dữ liệu đó hoặc yêu cầu tính toán chuyên sâu. Solana triển khai phiên bản phát trực tuyến của PoRep trong đó validators liên tục chứng minh rằng họ đang sao chép trạng thái blockchain. Điều này rất cần thiết cho bảo mật mạng vì nó đảm bảo rằng dữ liệu ledger được phân phối hợp lý trên validators và không tập trung ở một vài vị trí.

Cơ chế PoRep hoạt động bằng cách mã hóa validators các phân đoạn của ledger bằng cách sử dụng mã hóa chế độ CBC (Chuỗi khối mật mã) bằng khóa dành riêng cho validator bắt nguồn từ danh tính của chúng. Quá trình mã hóa sao cho mỗi khối được mã hóa phụ thuộc vào khối trước đó, tạo ra một chuỗi duy nhất cho mỗi validator. Điều này ngăn validators sao chép dữ liệu được mã hóa lẫn nhau — mỗi validator phải lưu trữ và xử lý dữ liệu ledger gốc để tạo phiên bản mã hóa duy nhất của chúng.

Theo định kỳ, mạng đưa ra thách thức đối với validators yêu cầu họ cung cấp các khối được mã hóa cụ thể. Vì mã hóa được xâu chuỗi nên validator phải lưu trữ tất cả các khối trước đó để tạo ra phản hồi chính xác. validator gửi khối được mã hóa của họ cùng với bằng chứng Merkle cho thấy vị trí của nó trong ledger được mã hóa của họ. Mạng có thể xác minh bằng chứng này một cách nhanh chóng mà không cần giải mã hoặc mã hóa lại dữ liệu.

Phương pháp phát trực tuyến tới PoRep này có chi phí hoạt động thấp so với các hệ thống chứng minh lưu trữ truyền thống. Người xác thực có thể mã hóa dữ liệu khi dữ liệu đến và phản hồi các thách thức với độ trễ tối thiểu. Hệ thống cũng cho phép khôi phục trong trường hợp mất dữ liệu — nếu validator mất một phần ledger, họ có thể tải xuống lại từ validators khác và mã hóa lại. Sự kết hợp giữa PoRep với dấu thời gian PoH tạo ra một hệ thống giải trình hoàn chỉnh trong đó mạng có thể xác minh cả thời điểm dữ liệu được tạo và dữ liệu đó được lưu trữ đúng cách trên mạng validator.

System Architecture

Kiến trúc hệ thống của Solana được thiết kế dưới dạng một đường dẫn trong đó các giai đoạn xử lý giao dịch khác nhau diễn ra song song. Đơn vị xử lý giao dịch (TPU) là thành phần cốt lõi chịu trách nhiệm xử lý các giao dịch đến. TPU bao gồm một số giai đoạn: tìm nạp (thu thập giao dịch), xác minh chữ ký, lưu trữ (thực hiện giao dịch) và ghi (cam kết lưu trữ). Mỗi giai đoạn hoạt động song song trên các giao dịch khác nhau, tương tự như đường ống CPU.

Việc xác minh chữ ký được tăng tốc bằng cách sử dụng GPU, có hiệu quả cao đối với các hoạt động mã hóa đường cong elip cần thiết để xác minh chữ ký giao dịch. Bằng cách chuyển nhiệm vụ tính toán chuyên sâu này sang GPU, Solana có thể xác minh chữ ký với tốc độ vượt quá 900.000 mỗi giây trên phần cứng thông thường. Việc xác minh chữ ký song song này ngăn việc xác thực mật mã trở thành nút thắt cổ chai ngay cả ở tốc độ giao dịch rất cao.

Thời gian chạy Sealevel là công cụ thực thi hợp đồng thông minh song song của Solana. Không giống như các chuỗi khối truyền thống thực hiện các giao dịch một cách tuần tự, Sealevel phân tích các giao dịch để xác định tài khoản nào chúng truy cập và thực hiện các giao dịch không xung đột song song trên nhiều lõi CPU. Các giao dịch truy cập vào cùng một tài khoản được thực hiện tuần tự để duy trì tính nhất quán, nhưng các giao dịch truy cập vào các tài khoản khác nhau có thể chạy đồng thời. Sự song song này có thể thực hiện được vì PoH thiết lập trật tự toàn cầu — validators có thể thực hiện các giao dịch theo bất kỳ thứ tự nào miễn là chúng áp dụng chúng cho trạng thái theo trình tự do PoH chỉ định.

Kiến trúc cũng bao gồm các thành phần được tối ưu hóa để truyền và lưu trữ khối. Giao thức truyền khối tuabin sử dụng mã hóa xóa để chia các khối thành các gói nhỏ hơn được phân phối trên mạng theo cấu trúc cây, giảm thiểu yêu cầu băng thông. Mạng Archivers cung cấp khả năng lưu trữ phi tập trung cho dữ liệu ledger lịch sử, sử dụng PoRep để đảm bảo tính khả dụng của dữ liệu. Cùng với nhau, các thành phần này tạo ra một hệ thống có thể xử lý hàng trăm nghìn giao dịch mỗi giây trong khi vẫn duy trì các đặc tính phân quyền và bảo mật của một blockchain.

Performance

Kiến trúc của Solana được thiết kế để đạt được mức hiệu suất mở rộng theo quy mô cải tiến phần cứng, tuân theo Định luật Moore. Trên kết nối mạng 1 gigabit tiêu chuẩn, thông lượng tối đa theo lý thuyết là khoảng 710.000 giao dịch mỗi giây, giả sử 176 byte mỗi giao dịch (bao gồm chữ ký và siêu dữ liệu). Tính toán này dựa trên băng thông mạng là nút thắt cổ chai chính, với các nút thắt cổ chai tính toán được loại bỏ thông qua quá trình song song hóa.

Xác minh chữ ký, thường là yếu tố hạn chế trong hiệu suất blockchain, được tăng tốc bằng cách sử dụng song song GPU. Một GPU có thể xác minh hơn 900.000 chữ ký ed25519 mỗi giây, vượt quá giới hạn thông lượng mạng. Điều này có nghĩa là việc xác minh chữ ký không hạn chế hiệu suất của hệ thống — nút thắt cổ chai chuyển sang băng thông mạng và thực hiện giao dịch. Đối với các giao dịch đơn giản chỉ chuyển giá trị mà không có logic hợp đồng thông minh phức tạp, giai đoạn ngân hàng có thể xử lý các giao dịch ở mức phù hợp với tốc độ đầu vào của mạng.

Trình tạo PoH chạy trên lõi CPU chuyên dụng, tạo ra khoảng 4.000 băm mỗi mili giây trên bộ xử lý 4GHz. Với tốc độ này, chuỗi PoH cung cấp dấu thời gian với độ chi tiết 0,25 micro giây, đủ để đặt hàng hàng triệu giao dịch mỗi giây. Bản chất tuần tự của việc tạo PoH có nghĩa là thành phần này không thể song song, nhưng thông lượng đủ cao để không giới hạn hiệu suất tổng thể của hệ thống.

Khi phần cứng được cải thiện, thông lượng của Solana sẽ tăng theo. Mạng nhanh hơn, GPU mạnh hơn và CPU cải tiến đều góp phần mang lại tỷ lệ giao dịch cao hơn. Hệ thống được thiết kế để tận dụng những cải tiến này mà không yêu cầu thay đổi giao thức. Cách tiếp cận về khả năng mở rộng này trái ngược với các chuỗi khối về cơ bản bị hạn chế bởi các cơ chế đồng thuận tuần tự, cho phép Solana đạt được mức hiệu suất mà trước đây được cho là không thể có trong một hệ thống phi tập trung trong khi vẫn duy trì bảo đảm an ninh và phân cấp.

Conclusion

Bằng chứng lịch sử thể hiện bước đột phá cơ bản trong kiến ​​trúc blockchain bằng cách giải quyết vấn đề về thời gian đã hạn chế khả năng mở rộng của ledger phân tán. Bằng cách tạo ra một đồng hồ mật mã có thể xác minh được, PoH cho phép validators thiết lập thứ tự tạm thời của các sự kiện mà không cần tốn nhiều chi phí liên lạc như các cơ chế đồng thuận truyền thống yêu cầu. Sự đổi mới này loại bỏ nút thắt cổ chai quan trọng và cho phép xử lý giao dịch được song song trên mạng.

Việc tích hợp PoH với các thành phần hệ thống được tối ưu hóa – xác minh chữ ký được tăng tốc GPU, thực hiện giao dịch song song thông qua Sealevel và các giao thức truyền khối hiệu quả – tạo ra một chuỗi khối có thể xử lý hàng trăm nghìn giao dịch mỗi giây trên phần cứng hàng hóa. Quan trọng hơn, kiến ​​trúc được thiết kế để mở rộng quy mô nhờ những cải tiến về phần cứng, nghĩa là hiệu suất sẽ tiếp tục tăng khi bộ xử lý trở nên nhanh hơn và mạng có nhiều khả năng hơn.

Thiết kế của Solana chứng minh rằng hiệu suất cao và sự phân quyền không loại trừ lẫn nhau. Bằng cách tận dụng PoH làm nền tảng cho sự đồng thuận và phối hợp hệ thống, mạng đạt được mức thông lượng tương đương với cơ sở dữ liệu tập trung trong khi vẫn duy trì các đặc tính bảo mật và chống kiểm duyệt của một chuỗi khối phi tập trung. Cơ chế đồng thuận Tower BFT có trọng số cổ phần đảm bảo rằng mạng vẫn an toàn trước các tác nhân Byzantine trong khi đạt được tính hữu hạn nhanh chóng.

Việc triển khai kiến ​​trúc này cung cấp một con đường thực tế để công nghệ blockchain có thể mở rộng quy mô áp dụng trên toàn cầu. Các ứng dụng yêu cầu thông lượng giao dịch cao — chẳng hạn như sàn giao dịch phi tập trung, nền tảng trò chơi và hệ thống tài chính — giờ đây có thể được xây dựng trên cơ sở hạ tầng phi tập trung thực sự mà không ảnh hưởng đến hiệu suất. Bằng chứng lịch sử mở ra cánh cửa cho một thế hệ ứng dụng blockchain mới mà trước đây không khả thi do hạn chế về khả năng mở rộng.