除了分片 侧链 减少节点,Solana公链正在尝试一种新的提速方案

?写在前面?

公链的性能一直是被我们所诟病的。

目前，分片、侧链、减少节点是提高公链性能的方案。然而，solana提出了一种新的解决方案，这种解决方案是现在的区块链中从来不曾存在的，是solana首创的公链提速方案。

不谈币，单说Solana的技术创新，这是一个公链提速的新方案。

?What：Solana是什么?

?高性能

Solana是一条高性能、POS共识的开源公链，通过使用历史证明序列，使其实现了公链提速。除此以外，在Solana公链上，数据的传输和存储，都具有一定的创新。

当然，Solana也是该项目开发团队的公司名称，相当于EOS公链的开发公司Blockone，都是合法注册的公司制机构。

?筹资与上所

Solana非常重视技术和性能，目前测试网络顺利运行中，但是Solana暂时还没有上线任何交易所，也没有登陆coinmarketcap。

这不是因为Solana没有钱，Solana在2019年7月，就在Multicoin Capital领导的A轮融资中筹集了2000万美元，参与方包括Distributed Global，Blocktower Capital，Foundation Capital，Blockchange VC，Slow Ventures，NEO Global Capital，Passport Capital和Rockaway风险投资。

?专注技术

TVB找到了github上Solana的代码提交情况：

可以看到Solana不仅有高频的代码更新，并且有多个开发者在提交代码。Solana紧锣密鼓地在搞开发，却不急着上交易所，这比很多项目好太多。

?HOW：如何提速?

那么这个Solana是如何实现高性能的呢？

?历史证明序列

历史证明序列，是Solana公链最关键的创新点，也是Solana公链实现高性能的原因。

什么是历史证明呢？来看这张图：

这是一张刊登在2014 年 10 月 14 日纽约时报上的照片。有趣的是，照片上的奥巴马手中拿着一张2014年10月12日的报纸。

毫无疑问，照片中的场景发生在2014年10月12日报纸发行以后，在2014 年 10 月 14 日报纸排版之前。

这就是一个历史证明。这个报纸上保存了它的时间，以及上一个时间。

上图的这张报纸就相当于Solana的一个区块，它保存着这份报纸的内容和时间，同时也保存了上一份报纸的内容和时间，这样可以充分的证明这两份报纸上事件的历史顺序。所以叫历史证明。

历史证明序列，与其他区块链有什么不同呢？下图是其他区块链的区块结构的简化图：

每一个区块的数据，会经过哈希加密，生成一个哈希值，而这个哈希值会保存在下一个区块中，这样区块之间彼此相互衔接形成区块链。比特币也好、以太坊好也好，其他的区块链大体上都是这样的结构。

问题来了，如果一个区块没有完成，比如出块以后，验证节点没有完成确认，那么这个区块中的信息就是待确认交易，未成的区块就不能生成哈希，下一个区块就也就不能继续下去。问题是用户不等你，人家该转账就转账，该玩游戏就玩游戏，该交易就交易……于是后面的交易就卡在这里了。

而Solana呢，在它的区块结构中，不仅有上一个区块的哈希值，同时还有上一个区块的时间戳。这样的话，每一个区块都会有它自己的时间，以及上一个区块的时间，这样就可以明确区块的历史顺序，就像前面的那张报纸一样：

历史证明序列的优势主要有两个表现，一是支持区块的并列处理，二是防止内存池的拥堵。

1.并行处理

分片，是通过把全网分成几个片，这样在运行时，由于每个分片中的节点变少了，所以通讯时压力较小，这样发生这种拥挤的可能性和拥挤的程度就会变小，但还是会拥挤。

侧链，是通过跨链，把主链上的一些事务转移到侧链上去运行。比如某一种币的交易可以移到侧链上去。如果随便就搞侧链，搞太多了，和主链的关系会变得薄弱，主链的意义就不大了。比如每个币都搞个侧链去运行，那和重新做个链就也差不多了。

减少节点，就是DPOS这种解决方案，由于节点数据较少，性能确实提高了，但是形成了一定程度的中心化，无论是在记账还是通证分配上，都会有中心化的问题，这就给公链的治理带来了极大的挑战，EOS就是这种困局。

而Solana就像值班一样，节点轮流把信息打包写成区块，无需等待上一个区块完成。这样可以保证区块链序时地、顺利地进行。

各个区块的验证也可以并行，验证者可以分别去验证各个区块的信息。

2.内存灵活

出块待确认的交易位于内存池中，而交易太多会拥挤在内存池中。而在Solana中，如果某一个区块出现拥挤，交易可以进入下个区块中，相当于内存流动到一个新的内存池中，由下一个区块的领导者将其打包，也就不再有内存池拥挤这样发生了。

?POS+Tower BFT共识

在Solana的POS+Tower BFT共识中，由领导者负责记账，也就是将信息打包成区块；验证者负责对区块信息进行验证和确认。

当然，成为领导者或验证器，都需要抵押Solana的通证，这是POS共识的规则。POS共识，只有抵押通证，才可以参与记账和验证，包括攻击者在内。不同于POW，POS共识中，攻击者必须要抵押大量通证才可以进行攻击，攻击成本过高，因此POS相对于POW具有更高的安全性。不同于DPOS等共识，POS共识由大量节点参与，因此具有高度的去中心化。

领导者在记账时按照历史证明序列来工作。Solana将每一个工作纪元划分为若干时隙，再将验证者随机排序，然后将时隙分给验证者。相当于给验证者排好了值班表。由于使用历史证明序列，区块之间的前后顺序由时间戳来标识，每个区块不需要等待上一个区块的完成就可以产生，因此具有更高的工作速度。

验证者在验证时，按照BFT共识算法。BFT是一种容错算法，他允许验证器在验证时出现失误，但是失误率不可以超过1/3，只要超过2/3的验证验证通过，就可以接受这个被大多数验证器确认的区块。不可能同时存在2个区块同时获得2/3的支持，因此不会产生分叉。

?WHO：核心团队?

Solana团队核心成员如下：

CEO毕业于伊利诺伊大学香槟分校，曾经是小型企业的VoIP系统开发公司的创始人和工开发人员，曾经担任高通公司的高级工程师等。他曾经从事Mesosphere的分布式系统以及Dropbox的压缩，拥有2项高性能操作系统协议的专利，是BREW的核心内核开发人员，为每台CDMA翻盖手机（100m +设备）提供动力。

CTO先后毕业于伊利诺伊大学香槟分校、加州大学圣地亚哥分校，曾经为小企业开发了一种基于Linux的IP-PBX电话系统。该产品被授予Linux Journal的每日产品。他曾是高通公司首席科学家，他为BREW操作系统在C和Lua之间创建了双向RPC桥，帮助启动了LLVM编译器工具链的ARM后端，并发布了各种开源项目，包括Haskell中的流LLVM优化器，Python中的许可证分析工具以及TypeScript中的反应式Web框架。

COO毕业于宾夕法尼亚大学-沃顿商学院，曾经是一家数字健康公司的创始CEO，该公司制造专注于化学监测的可穿戴健康监测设备。为基于SF的健康技术孵化器Rock Health的多家数字健康公司提供法律服务、公司战术和营销策略。

Solana的团队以开发人员为主，团队成员包括操作系统开发、框架师、嵌入式开发、大数据开发等多个领域。就连Solana的CEO是技术出身。

?WHY：一个疑问?

事实上，在9月份，TVB曾经学习和研究过Solana。当时，心中产生过一个疑问。

Solana的历史证明序列工作原理是这样的：

假如第n个区块已经完成，而第n+1个区块在时隙内未完成，第n+2个区块可以继续工作，它可能会衔接着第n个区块，将第n个区块的时间戳和哈希值写入第n+2个区块中。

然后，当第n+1个区块确认完成以后，再插入到时间序列中。第n+1个区块将第n个区块的时间戳和哈希值写入第n+1个区块，然后再将第n+1个区块的哈希值和时间戳传递给第n+2个区块链，第n+2个区块再重新加密生成哈希值。

然后再将第n+2个区块重新加密重成哈希值传给第n+3个区块……以此类推。

那么问题来了：

这样每次一个区块出来延时，都需要对它后面的区块重新计算希值，这样的运算量很可能导致区块链的效果下降。

Solana的方案：

Solana根据计算机的运行，设计了一个交易处理单位 Transactional Proccessing Unit(TPU)。TPU的运行空间如下：

在TPU中，事物被划分成4个阶段，每个阶段由不同的硬件负责处理：

数据获取：内核空间

签名验证：CPU

存款：GPU

数据写入：内核空间

由于这四个阶段是连续的，必须要获取数据以后才可以验证签名，验证签名以后才可以存款，存款以后才可以写入数据。所以，上一个验证的数据写入和下一个验证的数据获取可以同时进行，不发生冲突，这样可以提高速度处理的效率。

没有TPU之间的验证时间是这样的：

而有了TPU之后的验证时间是这样的：

显然，TPU分段设计让验证器的硬件得到更充分的使用，时间安排更合理，验证的速度加快。并且，Solana的TPU设计，将工作量最大的签名验证工作交由GPU处理，而目前市面上的计算机GPU性能高于CPU的处理，这使得Solana的验证速度进一步提高。

Solana的CEO表示：“这一切都可以用不到5000美元的现成计算机来实现，而不需要一些超级计算机。”这意味着Solana公链的运行是低成本的。

Solana验证器的TPU工作设计，可以大大提高Solana的块信息验证速度。在一定程度上，要可以减少块延迟的现象，提高Solana的速度。

但是，TPU的设计能否完美的解决出块延迟问题，还需要进一步观察Solana的实际运行情况。

?写在最后?

Solana?首席执行官?Anatoly Yakovenko表示，分片技术（Sharding）存在安全风险，更容易受到共识攻击，实施分片的风险远远大于潜在的可扩展性优势。Yakovenko?补充称，网络一旦被拆分，就会引入一个额外的攻击媒介。他同时表示，如果网络中一个分片被黑客接管，可能会引起多米诺骨牌效应，从而影响通证价格并导致大量用户和节点外流，允许黑客利用分散策略破坏全网生态系统。

TVB觉得，分片技术是对公链在物理上的分割，而Solana的历史证明序列是对公链在时间上进行分割，鹿死谁手尚未可知。

但可以肯定的是，Solana在共识算法、验证器设计、物理存储等方面，都与以往的公链不同，如果Solana一旦成功，将给公链技术带来新的思路。

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编译者/作者：TVB

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