一文认识Solana的领导者轮换机制

可扩展性是区块链行业面临的一个长期挑战。

随着去中心化金融的爆发式增长,区块链对可扩展性的要求越来越高。各种区块链都试图通过碎片化、Layer2和侧链等可伸缩性解决方案来解决这个问题。而Solana则采用更直接的解决方案,在第一层提供超快速、安全、反审查的公共链,为全球分散应用提供高度可扩展的开放基础设施。

归功于独创的PoH(工作历史证明)共识,具有业界最佳性能的Solana正朝着世界上第一个web级分散网络迈进。根据Solana链的工作历史,证明了该算法可以使Solana链中的所有节点产生统一的时间戳,从而降低了信任成本,提高了效率。同时,所有的验证和处理都是异步进行的。

Solana的领导和作用

Solana生态系统中有许多角色(领导者、验证者、档案管理员等)。与dpos区块链不同,Solana不在网络参与者之间委派这些角色,而是让Solana节点执行网络的所有角色。

Solana领队的任务是制造每四个街区(1.6秒)旋转一次的新街区。前导节点将所有事务放入该节点正在生成的四个块中。此节点显示这些包含到称为Solana集群的相关节点组的事务的块。集群使用数字时间戳作为参考来验证事务,并将记录快速传递给其他节点。

创世纪形态宣告了第一个时代的第一位领袖。这个领导者最终被分配给前两代,因为领导者计划也在下一个时代的0槽中生成。前两个周期的长度也可以在genesis配置中指定。第一历元的最小长度必须大于或等于塔BFT中定义的最大回滚深度。

在工作历史证明的支持下,领导将不断轮换。无论网络情况如何,整个网络都不需要任何验证通信,遇到错误时也不会停止。相反,它将立即在新的块高度开始下一个操作。这意味着Solana的网络已经成为一台“永动机”。因为领导者和验证者是可以轮换的。

同时,Solana领导人的轮换决策是异步的。这一核心创新打开了其上层的设计空间。

Solana领导层轮换

领导者是被精确挑选出来的,但是一次只有一个领导者的缺点也是存在的。

恶意的领导人可以审查投票和交易。由于审查不能与网络丢弃的数据包区分开来,集群不能简单地无限期地选择一个节点作为领导者。相反,集群通过“轮换”机制规避恶意领导者的风险。

如上所述,领导者是异步生成和认证的。在整个系统中,每个引线都被分配到一个插槽顺序列表“引线调度”。根据这个列表,每个验证者可以使用相同的算法来选择期望的领导者。当验证者收到一个新的签名分类账分录时,可以确定该分录是由预期的领导者生成的。

因此,要保证系统判断的流畅性,就必须在“领导日程”分配时隙之前提前计算其日程安排,从而最终确定其用来计算日程安排的账本状态。

那么,领导日程是如何形成的呢?

1、周期性地使用Poh标度高度(单调递增计数器)来播种一个稳定的伪随机算法;

2、在此高度,对所有具有领导地位的抵押账户进行抽样,并在集群配置的勾选计数内对这些账户进行投票。样本称为活动集;

3、活动集按权益权重排序;

4、通过随机种子选择公平加权的节点,建立公平加权排序;

5、此排序在集群配置的记号数之后生效。

此持续时间称为领导计划偏移。Solana将偏移量设置为插槽的持续时间,直到下一个纪元。

也就是说,一个时代的领导日程是根据上一个时代开始时的账簿状态计算出来的。一个历元的偏移量是相当任意的,并且被假定为足够长,以便所有验证者在生成下一个计划之前完成其分类帐状态。集群可以选择缩短补偿,以缩短福利变更和领导日程更新之间的时间。

由于这种异步性,提交到根fork的任何新信息在下一个周期之前都不会处于活动状态。直到新领导人的诞生和第一个跨越时代边界的区块的生产。

如果分区持续时间不超过一个纪元,则此通信不会中断,但将继续按以下方式操作:

1、在投票过程中,验证者不断更新他们的根叉。

2、每次时隙高度跨越历元边界时,验证器都会更新其前导调度。

例如:历元持续时间为100个时隙。根分叉从槽高99处计算的分叉更新为槽高102处计算的分叉。由于故障,槽高100和101处的分叉被跳过。新的引线调度是使用插槽高度102处的fork计算的。它从插槽200开始有效,直到再次更新为止。

在这个跳跃解决方案中没有不一致性,因为当它的根通过102时,每个与集群一起投票的验证器跳过100和101。所有验证器,不管投票模式如何,都将提交给102或102的后代的根。

在不增加网络吞吐量的情况下,Solana验证器可以管理100000个事务的内存池大小。这意味着,当网络吞吐量为50000 TPS时,100000个事务的内存池可以在几秒钟内执行。

验证器将转发推送到网络的边缘,这被称为湾流。由于每个验证者都知道未来领导者的顺序,因此验证者可以提前将事务转发给期望的领导者。这使得验证器能够提前执行事务,减少确认时间,更快地切换前导,减少未确认事务池对验证器的内存压力,使Solana每秒可以处理50000个事务。

后记

Solana的核心创新是工作历史证明(Proof work history,POH),它使Solana的网络能够在达成共识之前对未授权的时间源和工作进行身份验证,从而大大提高了可扩展性和流动性。

领导轮换机制是“第一步”理念的重要体现:一是制定“领导日程”,一是将事务和信息推送给新领导,绕过错误和失败,一是处理正确的信息。由于异步处理没有信任,Solana在处理速度上加快了一步。

凭借其独特的共识和各种机制,Solana现在在加密领域有着巨大的影响力,我们将拭目以待其生态系统采用率将如何增长。

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