الكشف عن ملك السرعة في البلوكشين - سولانا

تقرير الأداء

يُظهر تقرير CoinGecko الذي تم إصداره في 17 مايو عن أسرع السلاسل أن Solana هي الأسرع بين سلاسل الكتل الكبيرة، حيث يصل أعلى متوسط ​​يومي حقيقي TPS إلى 1,504 (تمت إزالة معاملات التصويت)، وSui هي ثاني أسرع blockchain، حيث بلغ أعلى متوسط ​​يومي حقيقي TPS 854، احتلت BSC المرتبة الثالثة، لكن TPS الحقيقي الذي تم تحقيقه كان أقل من نصف Sui.

يمكن أن نرى من هذا التقرير أن Solana وSui الأفضل أداءً كلاهما من سلاسل الكتل غير المتوافقة مع EVM. علاوة على ذلك، فإن متوسط ​​TPS الحقيقي لـ 8 سلاسل كتل غير متوافقة مع EVM هو 284، وهناك 17 EVM -المناطق المتوافقة. يبلغ متوسط ​​TPS لـ blockchain وEthereum Layer 2 74 فقط، وأداء blockchain غير المتوافق مع EVM يبلغ حوالي 4 أضعاف أداء blockchain المتوافق مع EVM.

ستناقش هذه المقالة اختناق أداء البلوكشين المتوافق مع EVM وتكشف عن طريقة أداء Solana القوية> .

اختناق الأداء في blockchain المتوافق مع EVM

أولاً، نقوم بتعميم blockchain EVM على blockchain عام. بشكل عام، إذا أرادت blockchain تحسين TPS، فهناك بشكل عام الطرق التالية:

• تحسين أداء العقدة: تحسين أداء العقدة عن طريق تكديس موارد الأجهزة، ستؤثر متطلبات الأجهزة الخاصة بالعقدة على درجة اللامركزية، على سبيل المثال، التكوين الموصى به لـ Ethereum هو وحدة المعالجة المركزية ذات 4 مراكز، وذاكرة 16 جيجا بايت، وعرض النطاق الترددي للشبكة بسرعة 25 ميجابت في الثانية. يمكن لجميع الأجهزة العادية على مستوى المستخدم تحقيق درجة مركزية عالية، ويوصي Solana بتكوين أعلى نسبيًا لـ 32 نواة لوحدة المعالجة المركزية، وذاكرة 128 جيجا بايت، وعرض نطاق ترددي للشبكة يبلغ 1 جيجابت في الثانية، وهو ما لا يمكن تحقيقه إلا باستخدام معدات احترافية، ودرجة المركزية متوسطة

• تحسين البروتوكول الأساسي:بما في ذلك بروتوكولات الشبكة والتشفير والتخزين وما إلى ذلك. إن تحسين البروتوكول الأساسي لـ blockchain لا يغير خصائص blockchain نفسها ولا يؤثر على المنطقة. يمكن لقواعد تشغيل blockchain تحسين أداء blockchain بشكل مباشر ، لكن التكنولوجيا الأساسية لم تحظ إلا بالقليل من الاهتمام ولا يوجد حاليًا لا يوجد اختراق كبير في مجال البحث؛

• توسيع الكتلة: يمكن أن تؤدي زيادة حجم الكتلة تضمين المزيد من المعاملات، وبالتالي زيادة إنتاجية المعاملات لـ blockchain، مثل Bitcoin Cash (BCH) الذي قام بتوسيع الكتلة من 1 ميجابايت إلى 8 ميجابايت وتم توسيعها لاحقًا إلى 32 ميجابايت. ومع ذلك، فإن توسيع الكتلة سيؤدي أيضًا إلى زيادة تأخير النشر والتسبب في تهديدات أمنية، مثل زيادة احتمال حدوث هجمات شوكية وهجمات DDoS؛

• بروتوكول الإجماع: يضمن بروتوكول الإجماع أن جميع العقد في blockchain تتوصل إلى اتفاق بشأن تحديث حالة blockchain. وهي البوابة الأمنية الأكثر أهمية في blockchain المستخدمة في blockchain PoW و PoS و PBFT وما إلى ذلك. من أجل تلبية احتياجات قابلية التوسع، تعمل السلاسل العامة عالية الأداء بشكل عام على تحسين بروتوكولات الإجماع ودمجها مع آلياتها الخاصة، مثل آلية الإجماع القائمة على PoH الخاصة بـ Solana وآلية الإجماع القائمة على Avalanche؛

• تنفيذ المعاملات:يهتم تنفيذ المعاملات فقط بعدد المعاملات أو مهام الحوسبة التي تتم معالجتها لكل وحدة زمنية مثل سلسلة الكتل مثل Ethereum التنفيذ التسلسلي لمعاملات العقود الذكية في الكتل، يكون عنق الزجاجة في أداء وحدة المعالجة المركزية واضحًا للغاية، مما يحد بشكل خطير من إنتاجية blockchain. بشكل عام، ستتبنى السلاسل العامة عالية الأداء التنفيذ الموازي، وسيقترح البعض نماذج لغوية أكثر ملاءمة للتوازي لبناء عقود ذكية، مثل Sui Move.

بالنسبة لـ EVM blockchain، نظرًا لمحدودية الجهاز الظاهري، أي بيئة تنفيذ المعاملة، الحد الأقصى يكمن التحدي في تنفيذ التجارة. لدى EVM مشكلتان رئيسيتان في الأداء:

• 256 بت:تم تصميم EVM كجهاز افتراضي 256 بت ، يهدف إلى تسهيل التعامل مع خوارزمية التجزئة الخاصة بـ Ethereum، والتي تنتج بشكل صريح مخرجات 256 بت. ومع ذلك، يحتاج الكمبيوتر الذي يقوم بتشغيل EVM فعليًا إلى تعيين بايت 256 بت للبنية المحلية للتنفيذ. سوف يتوافق كود تشغيل EVM واحد مع العديد من أكواد التشغيل المحلية، مما يجعل النظام بأكمله غير فعال وغير عملي على الإطلاق؛

• عدم وجود مكتبة قياسية: لا توجد مكتبة قياسية في Solidity، ويجب عليك تنفيذها بنفسك باستخدام كود Solidity، على الرغم من أن OpenZeppelin يجعل ذلك ممكنًا. لقد تحسن الوضع إلى حد ما، فهم يوفرون مكتبة قياسية لتنفيذ Solidity (من خلال تضمين الكود في العقد أو استدعاء العقد المنشور في شكل استدعاء مندوب)، لكن سرعة تنفيذ كود EVM الثانوي أقل بكثير من المكتبة القياسية المترجمة مسبقًا. .

من منظور تحسين التنفيذ، لا يزال لدى EVM عيبان رئيسيان:

• < p style="text-align: left;">صعوبة إجراء تحليل ثابت: يعني التنفيذ الموازي في blockchain معالجة المعاملات غير ذات الصلة في نفس الوقت، ومعاملة المعاملات غير ذات الصلة كأحداث مؤثرة مستقلة. يتمثل التحدي الرئيسي في تحقيق التنفيذ الموازي في تحديد المعاملات غير ذات الصلة والمعاملات المستقلة. حاليًا، تقوم بعض السلاسل العامة عالية الأداء بإجراء تحليل ثابت للمعاملات مسبقًا. تجعل آلية القفزات الديناميكية الخاصة بـ EVM من الصعب تحليل الكود بشكل ثابت. ;

• مترجم JIT غير ناضج:مترجم JIT (مترجم Just In Time) هو مترجم افتراضي حديث طريقة التحسين شائعة الاستخدام بواسطة أجهزة الكمبيوتر، والهدف الرئيسي لـ JIT هو تحويل تنفيذ التفسير إلى تنفيذ مجمع. في وقت التشغيل، يقوم الجهاز الظاهري بتجميع التعليمات البرمجية الساخنة في كود الجهاز المتعلق بالنظام الأساسي المحلي وتنفيذ مستويات مختلفة من التحسين. على الرغم من وجود مشاريع EVM JIT حاليًا، إلا أنها لا تزال في المرحلة التجريبية وليست ناضجة بدرجة كافية.

لذلك، فيما يتعلق باختيار الأجهزة الافتراضية، تعتمد السلاسل العامة عالية الأداء في أغلب الأحيان على WASM أو eBPF bytecode أو نقل الجهاز الظاهري bytecode، وليس EVM. يستخدم Solana، على سبيل المثال، جهازه الظاهري الفريد SVM والرمز الثانوي المستند إلى eBPF SBF.

أسرع السلاسل: Solana

يشتهر سولانا بآلية PoH (إثبات التاريخ) يُعرف زمن الوصول بإنتاجيته العالية، وهو أحد أشهر "قتلة الإيثريوم".

إن جوهر PoH هو خوارزمية تجزئة بسيطة تشبه وظيفة التأخير القابلة للتحقق (VDF). يتم تنفيذ Solana باستخدام دالة تجزئة مقاومة لما قبل الصورة للتسلسل (SHA-256) والتي تعمل بشكل مستمر، باستخدام مخرجات تكرار واحد كمدخل للتكرار التالي. يتم تشغيل هذا الحساب على نواة واحدة لكل مدقق.

بينما يكون إنشاء التسلسل متسلسلًا ومترابطًا واحدًا، يمكن أن يتم التحقق بالتوازي، مما يتيح التحقق الفعال على الأنظمة متعددة النواة. على الرغم من وجود حد أعلى لسرعة التجزئة، إلا أن تحسينات الأجهزة قد توفر مكاسب إضافية في الأداء.

عملية إجماع سولانا

تعمل آلية PoH كمصدر زمني موثوق وغير موثوق به، مما يؤدي إلى إنشاء عملية يمكن التحقق منها ومنظم داخل حدث الشبكة سِجِلّ. يسمح التوقيت المستند إلى PoHلشبكة Solana بتناوب القادةبطريقة مجدولة وشفافة. يحدث هذا الدوران على فترات زمنية ثابتة مكونة من 4 فتحات، كل فتحة مضبوطة حاليًا على 400 مللي ثانية. ⁠تضمن آلية تناوب القائد هذه أن كل مدقق مشارك لديه فرصة عادلة ليصبح القائد وهي آلية مهمة لشبكة Solana للحفاظ على اللامركزية والأمن، مما يمنع أي مدقق منفرد من اكتساب الكثير من القوة على الشبكة.

في كل فترة زمنية، يقترح القائد كتلة جديدة تحتوي على المعاملات المستلمة من المستخدمين. يتحقق القائد من صحة هذه المعاملات، ويجمعها في كتلة، ثم يبث الكتلة إلى المدققين المتبقين في الشبكة. تُسمى عملية اقتراح الكتل وبثها بإنتاج الكتل، ويجب على المصادقين الآخرين في الشبكة التصويت على صحة الكتلة. يتحقق المدققون من محتويات الكتل للتأكد من صحة المعاملات وامتثالها لقواعد الشبكة. تعتبر الكتلة مؤكدة إذا حصلت على أغلبية أصوات وزن الحصة. تعتبر عملية التأكيد هذه أمرًا بالغ الأهمية للحفاظ على أمان شبكة Solana ومنع الإنفاق المزدوج.

عندما تنتهي الفترة الزمنية للزعيم الحالي، لن تتوقف الشبكة أو تنتظر تأكيد الحظر، ولكنها ستنتقل إلى الفترة الزمنية التالية لتزويد القادة اللاحقين بالفرصة لإنتاج الكتل وتبدأ العملية برمتها من جديد. يضمن هذا النهج أن تحافظ شبكة Solana على إنتاجية عالية وتظل مرنة، حتى لو واجه بعض المدققين مشكلات فنية أو توقفوا عن الاتصال بالإنترنت.

طريقة أداء Solana

لأن شبكة Solana يمكنها التقدم قادة مؤكدون، لذلك لا يحتاج Solana إلى تجمع ذاكرة عام للاحتفاظ بمعاملات المستخدمين. عندما يقوم مستخدم بإرسال معاملة، يقوم خادم RPC بتحويلها إلى حزمة QUIC وإعادة توجيهها على الفور إلى أداة التحقق من صحة القائد. يُسمى هذا الأسلوب Gulf Stream، وهو يسمح بالتبديل السريع بين القادة والتنفيذ المسبق للمعاملات، مما يقلل من حمل الذاكرة على أدوات التحقق الأخرى.

يتم إحضار بيانات كتلة Solana إلى مساحة kernel ثم يتم تمريرها إلى وحدة معالجة الرسومات للتحقق من التوقيع المتوازي بمجرد التحقق من التوقيع على وحدة معالجة الرسومات يتم تمريرها إلى وحدة المعالجة المركزية لتنفيذ المعاملة وتعود أخيرًا إلى مساحة kernel لاستمرار البيانات. تسمى عملية المعالجة المتعددة هذه لتقسيم البيانات إلى مكونات أجهزة مختلفة تقنية الأنابيب، والتي يمكنها زيادة استخدام الأجهزة إلى أقصى حد وتسريع التحقق من الكتل ونقلها.

نظرًا لأن معاملات Solana تحدد بشكل صريح الحسابات التي يتم الوصول إليها، يمكن لمجدول معاملات Solana الاستفادة من آلية قفل القراءة والكتابة لتنفيذ المعاملات بالتوازي. يحتوي كل مؤشر ترابط لجدولة معاملات Solana على قائمة انتظار مُدارة خاصة به، ويقوم بمعالجة المعاملات بشكل تسلسلي ومستقل، ومحاولات قفل (قفل القراءة والكتابة) حساب المعاملة وتنفيذ المعاملات التي تحتوي على تعارضات في الحساب سيتم تنفيذها لاحقًا. يُطلق على تقنية التنفيذ المتوازي متعدد الخيوط اسم Sealevel.

عملية النشر الرئيسي للكتل، وتقسيم حزم QUIC (اختياريًا باستخدام تشفير المسح) إلى حزم أصغر وتوزيعها على المدققين ببنية هرمية. تسمى هذه التقنية Turbine وهي تقلل بشكل أساسي من استخدام النطاق الترددي للقائد.

يستخدم المدققون آلية الإجماع للتصويت المتشعب أثناء عملية التصويت. لا يحتاج المصادقون إلى انتظار الأصوات لمواصلة إنتاج الكتل؛ وبدلاً من ذلك، يقوم منتجو الكتل بمراقبة الأصوات الجديدة الصحيحة وإدراجها في الكتلة الحالية في الوقت الفعلي. تسمى آلية الإجماع هذه TowerBFT، ومن خلال دمج الأصوات المتشعبة في الوقت الفعلي، يضمن Solana عملية إجماع أكثر كفاءة وانسيابية، وبالتالي تحسين الأداء العام.

من أجل عملية استمرار الكتل، قام Solana بتطوير قاعدة بيانات Cloudbreak، والتي تقسم بنية بيانات الحساب بطريقة محددة للاستفادة منها سرعة العمليات المتسلسلة واستخدام الملفات المعينة للذاكرة لزيادة كفاءة SSD إلى الحد الأقصى.

لتقليل العبء على المدققين، ينقل Solana تخزين البيانات من المدققين إلى شبكة من العقد تسمى Archiver. يتم تقسيم تاريخ حالة المعاملة إلى عدة أجزاء ويتم استخدام تقنية تشفير المحو. يتم استخدام برنامج الأرشفة لتخزين أجزاء من الحالة ولكنه لا يشارك في الإجماع.

الملخص

تتمثل رؤية سولانا في أن يصبح برنامجًا أ blockchain الذي يتوسع وفقًا لسرعة الأجهزة، وبالتالي يستفيد Solana بشكل كامل من جميع إمكانات وحدة المعالجة المركزية ووحدة معالجة الرسومات وعرض النطاق الترددي المتوفرة في أجهزة الكمبيوتر اليوم لتحقيق أقصى قدر من الأداء، مع سرعة قصوى نظرية تبلغ 65000 TPS.

بفضل أداء Solana العالي وقابلية التوسع على وجه التحديد، أصبحت Solana منصة blockchain المفضلة للتعامل مع المعاملات عالية التردد والعقود الذكية المعقدة الإمكانات في كل من مسار DePIN/AI ومسار Meme الشهير مؤخرًا.

بعد إطلاق Ethereum ETF، أصبحت Solana أيضًا العملة المشفرة الأكثر شيوعًا لصندوق الاستثمار المتداول التالي على الرغم من أن هيئة الأوراق المالية والبورصة لا تزال تدرج Solana كأوراق مالية ولن تفعل ذلك الموافقة عليها على المدى القصير من صناديق الاستثمار المتداولة للعملات المشفرة الأخرى. ولكن في سوق العملات الرقمية المشفرة، يشكل الإجماع قيمة، وربما أصبح الإجماع الذي توصل إليه سولانا غير قابل للتدمير مثل البيتكوين والإثيريوم.