블록체인의 속도왕을 발견하다 - 솔라나

성과 보고서

5월 17일에 발표된 코인게코의 가장 빠른 체인 보고서에 따르면 솔라나는 1,504(투표 거래는 제거됨)의 일일 최대 실제 TPS로 대형 블록체인 중 가장 빠른 블록체인이며, 수이는 854의 일일 최대 실제 TPS로 두 번째로 빠른 블록체인이고, BSC는 3위에 올랐지만 수이의 절반에도 못 미치는 실제 TPS에 도달했습니다.

이 보고서를 보면 최고 성능의 솔라나와 수이 모두 비 EV 블록체인이라는 것을 알 수 있습니다. 솔라나와 수이는 모두 비 EVM 호환 블록체인이며, 또한 8개 비 EVM 호환 블록체인의 평균 실제 TPS는 284이며, 17개 EVM 호환 블록체인과 이더레이어2의 평균 TPS는 74에 불과하여 비 EVM 호환 블록체인의 성능보다 약 4배 높은 것으로 나타났습니다.

이 글에서는 EVM 호환 블록체인의 성능 병목현상을 살펴보고 Solana의 성능에 대해 알아보고자 합니다.

EVM 호환 블록체인의 성능 병목현상

먼저, EVM 블록체인을 일반 블록체인으로 일반화합니다. TPS를 높이려면 일반적으로 몇 가지 접근법이 있습니다.

• 노드 성능 향상: 이더리움과 같이 탈중앙화 정도에 영향을 미치는 하드웨어 자원을 쌓아서 노드 성능을 향상시킵니다. 예를 들어 이더리움에 권장되는 구성인 CPU 4코어, 메모리 16G, 네트워크 대역폭 25Mbps는 일반 사용자 수준의 장비로 도달할 수 있으며 중앙화 정도가 높고, 솔라나 권장 구성은 상대적으로 높은 CPU 32코어, 메모리 128G, 네트워크 대역폭 1Gbps, 전문가 수준의 장비로 도달할 수 있으며 중앙화 정도는 일반적입니다.

• 기초 프로토콜의 개선: 네트워크 프로토콜, 암호화, 스토리지 등을 포함하여 블록체인의 기초 프로토콜을 개선해도 블록체인의 자체 속성을 변경하지 않고 블록체인의 운영 규칙에 영향을 미치지 않아 블록체인의 성능을 직접 향상시킬 수 있지만 기초 기술은 관심이 낮고 현재 연구 분야가 없다. 주요 혁신;

• 블록 확장: 블록의 크기를 늘리면 더 많은 트랜잭션을 포함할 수 있어 블록체인의 거래 처리량이 향상될 수 있으며, 예를 들어 비트코인 캐시(BCH)는 블록을 1MB에서 8MB로 확장한 다음 32MB로 확장합니다. 그러나 블록을 확장하면 전파 지연이 증가하고 포크 및 DDoS 공격 가능성 증가와 같은 보안 위협이 발생할 수 있습니다.

• 합의 프로토콜: 합의 프로토콜은 블록체인이 처음 업데이트되는 블록체인의 상태 업데이트에 대해 각 노드가 동의하도록 보장합니다. 합의 프로토콜은 블록체인의 모든 노드가 블록체인의 상태 업데이트에 동의하도록 보장하는 것으로 블록체인의 가장 중요한 보안 게이트이며, 블록체인에서 사용되는 합의 메커니즘으로는 작업증명, 지분증명, 지분증명방식(PBFT) 등이 있습니다. 일반적으로 고성능 퍼블릭 체인은 확장성에 대한 수요를 충족하기 위해 합의 프로토콜을 개선하고 PoH를 기반으로 하는 솔라나의 합의 메커니즘, 눈사태를 기반으로 하는 아발란치의 합의 메커니즘 등 자체적인 특수 메커니즘과 결합합니다.

• 거래 실행 : 거래 실행은 가장 중요한 보안 게이트인 거래를 실행하는 데만 사용됩니다. /strong>트랜잭션 실행은 단위 시간당 처리되는 트랜잭션 또는 컴퓨팅 작업의 수에만 관심이 있습니다. 이더리움과 같은 블록체인은 직렬 방식을 사용하여 스마트 계약 트랜잭션을 블록 단위로 실행하며, 직렬 실행에서 CPU의 성능 병목 현상은 매우 명백하여 블록체인의 처리량을 심각하게 제한합니다. 일반적으로 고성능 퍼블릭 체인은 병렬 실행을 사용하며, 일부는 수이 무브와 같이 스마트 컨트랙트 구축을 위해 보다 병렬 친화적인 언어 모델을 제안하기도 합니다.

EVM 블록체인의 경우 거래가 실행되는 환경인 가상 머신을 가상 컴퓨터인 VM으로 제한하기 때문에 가장 큰 과제는 VM에 놓이게 됩니다. strong>가장 큰 문제는 트랜잭션 실행입니다. EVM에는 크게 두 가지 성능 문제가 있습니다.

• 256비트: EVM은 256비트 VM으로 설계되어 있습니다. 256비트 출력을 명시적으로 생성하는 이더넷의 해싱 알고리즘을 보다 쉽게 처리할 수 있도록 설계되었습니다. 그러나 EVM을 실행하는 실제 컴퓨터는 256비트 바이트를 로컬 아키텍처에 매핑하여 실행해야 하며, 하나의 EVM 옵코드는 여러 로컬 옵코드에 대응하므로 전체 시스템이 매우 비효율적이고 비실용적입니다.

• 표준 라이브러리 부족: 솔리디티에는 표준 라이브러리가 존재하지 않습니다. strong>솔리디에는 표준 라이브러리가 없기 때문에 솔리디티 코드에서 직접 구현해야 하지만, 오픈제플린은 (계약에 코드를 포함하거나 델리게이트 호출로 배포된 계약을 호출하여) 솔리디티 구현의 표준 라이브러리를 제공함으로써 상황을 다소 개선했지만, 다음과 같은 단점이 있습니다. EVM 바이트코드는 사전 컴파일된 라이브러리만큼 빠르게 실행되지 않습니다.

실행 최적화 관점에서 EVM의 두 가지 주요 단점도 있습니다:

• 정적 분석의 어려움:블록체인에서 병렬 실행은 체인에서 동시에 실행된다는 것은 정적 분석이 불가능하다는 것을 의미합니다. 체인에서 병렬 실행은 서로 관련이 없는 트랜잭션을 동시에 처리하여 서로 영향을 미치지 않는 이벤트로 취급하는 것을 의미합니다. 병렬 실행을 구현할 때 가장 큰 과제는 어떤 트랜잭션이 관련이 없는지, 어떤 트랜잭션이 독립적인지 판단하는 것입니다. 현재 일부 고성능 퍼블릭 체인은 트랜잭션을 선제적으로 정적으로 분석하고, EVM의 동적 점프 메커니즘으로 인해 코드를 정적으로 분석하기 어렵습니다.

• JIT 컴파일러는 정적 분석을 수행할 만큼 충분히 성숙하지 않습니다.

• JIT 컴파일러는 정적 분석을 수행할 만큼 성숙하지 못합니다. strong>JIT 컴파일러가 미성숙함: JIT 컴파일러(Just In Time Compiler)는 최신 가상 머신에서 사용되는 일반적인 최적화 툴입니다. JIT의 주요 목표는 해석된 실행을 컴파일된 실행으로 전환하는 것입니다. 런타임에 가상 머신은 핫 코드를 로컬 플랫폼과 관련된 머신 코드로 컴파일하고 다양한 수준의 최적화를 수행합니다. EVM JIT 프로젝트가 있긴 하지만 아직 실험 단계에 있으며 충분히 성숙하지 않았습니다.

따라서 가상머신 선택 측면에서 고성능 퍼블릭 체인은 EVM보다 WASM, eBPF 바이트코드 또는 Move 바이트코드 기반의 가상머신을 사용할 가능성이 높습니다. 예를 들어 솔라나는 자체 고유 가상머신인 SVM과 eBPF, SBF 기반 바이트코드를 사용합니다.

가장 빠른 체인: 솔라나

PoH(역사 증명) 메커니즘과 낮은 지연시간 및 높은 처리량으로 유명한 솔라나는 "이더리움 킬러" 중 하나입니다.

PoH의 핵심은 검증 가능한 지연 함수(VDF)와 유사한 간단한 해시 알고리즘으로, 솔라나는 한 반복의 출력을 다음 반복의 입력으로 사용하여 연속적으로 실행되는 순차적 사전 이미지 저항 해시 함수(SHA-256)를 사용하여 이를 구현합니다. 이 계산은 인증자당 단일 코어에서 실행됩니다.

시퀀스 생성은 순차적이고 단일 스레드로 이루어지지만 검증을 병렬로 수행할 수 있으므로 멀티코어 시스템에서 효율적으로 검증할 수 있습니다. 해시 속도에는 상한선이 있지만 하드웨어 개선으로 추가적인 성능 향상을 제공할 수 있습니다.

솔라나 컨센서스 프로세스

PoH 메커니즘은 신뢰할 수 있고 신뢰할 수 없는 시간 소스로서 네트워크 내 이벤트의 검증 가능하고 정돈된 기록을 생성하는 역할을 합니다. PoH 기반 타이밍을 통해 솔라나 네트워크는 일정에 따라 투명하게 리더를 교체할 수 있습니다. 이 로테이션은 4 슬롯의 고정된 간격으로 이루어지며, 현재 각 슬롯은 400밀리초로 설정되어 있습니다. 이러한 리더 로테이션 메커니즘은 각 참여 검증인이 리더가 될 수 있는 공정한 기회를 보장하며, 솔라나 네트워크의 탈중앙화와 보안을 유지하는 데 중요한 메커니즘으로 한 명의 검증인이 네트워크에서 너무 많은 권한을 갖는 것을 방지합니다.

리더는 슬롯된 각 기간마다 사용자로부터 받은 트랜잭션이 포함된 새로운 블록을 새로운 블록을 제시합니다. 리더는 이러한 트랜잭션을 검증하고 블록으로 패키징한 다음 네트워크의 나머지 검증자에게 블록을 브로드캐스트합니다. 블록을 제안하고 브로드캐스트하는 이 과정을 블록 생성이라고 하며, 네트워크의 다른 검증자는 블록의 유효성에 대해 투표해야 합니다. 검증자는 블록의 내용을 확인하여 트랜잭션이 유효한지, 네트워크 규칙을 준수하는지 확인합니다. 지분 가중치 투표의 압도적인 다수를 받으면 블록이 확정된 것으로 간주됩니다. 이 검증 과정은 솔라나 네트워크의 보안을 유지하고 이중 지출을 방지하는 데 매우 중요합니다.

현재 리더의 타임 슬롯이 끝나면 네트워크는 블록이 확정될 때까지 멈추거나 기다리지 않고 다음 타임 슬롯으로 이동하여 후속 리더에게 블록을 생성할 기회를 제공하고 프로세스가 다시 시작됩니다. 이러한 접근 방식은 일부 검증자에게 기술적 문제가 발생하거나 오프라인 상태가 되더라도 솔라나 네트워크가 높은 처리량을 유지하고 탄력성을 유지할 수 있도록 합니다.

솔라나의 성능 방식

솔라나 네트워크는 리더를 미리 검증할 수 있기 때문에 사용자의 거래를 보관하기 위한 공용 메모리 풀이 필요하지 않습니다. 트랜잭션을 저장할 수 있습니다. 사용자가 트랜잭션을 제출하면 RPC 서버는 이를 QUIC 패킷으로 변환하여 즉시 리더의 인증자에게 전달합니다. Gulf Stream이라고 하는 이 접근 방식은 빠른 리더 변환과 트랜잭션의 사전 실행을 가능하게 하여 다른 검증자의 메모리 부하를 줄여줍니다.

솔라나의 블록 데이터는 커널 공간으로 가져와 병렬 서명 검증을 위해 GPU로 전달되며, GPU에서 서명이 검증되면 트랜잭션 실행을 위해 데이터가 CPU로 전달되고 마지막으로 데이터 지속성을 위해 커널 공간으로 반환됩니다. 이렇게 데이터를 여러 하드웨어 구성 요소의 여러 프로세스로 나누는 것을 파이프라이닝 기술이라고 하며, 하드웨어 활용도를 극대화하고 블록 검증 및 전송 속도를 높입니다.

솔라나의 트랜잭션은 접근할 계정을 명시적으로 지정하기 때문에 솔라나의 트랜잭션 스케줄러는 읽기-쓰기 잠금 메커니즘을 사용하여 트랜잭션을 병렬로 실행할 수 있으며, 솔라나 트랜잭션 스케줄러의 각 스레드는 관리하는 자체 큐를 가지고 있으며 트랜잭션을 순차적으로 독립적으로 처리하여 트랜잭션의 계정을 잠금(읽기-쓰기-잠금)을 시도하여 트랜잭션을 실행합니다. 계정을 잠그고 트랜잭션을 실행하며, 충돌하는 계정은 나중에 실행합니다. 이 멀티스레드 병렬 실행 기법을 세일레벨이라고 합니다.

리더가 블록을 전파하는 과정으로, QUIC 패킷(선택적으로 수정 코드 사용)을 작은 패킷으로 나누어 계층적 구조로 검증자에게 배포합니다. 이 기법은 터빈이라고 불리며, 리더의 대역폭 사용량을 줄이는 데 중점을 둡니다.

검증자는 투표 과정에서 포크된 투표에 합의 메커니즘을 사용합니다. 검증자는 블록 생성을 계속하기 위해 투표를 기다릴 필요가 없으며, 대신 블록 생산자는 유효한 새 투표가 있는지 지속적으로 모니터링하고 실시간으로 현재 블록에 통합합니다. 이러한 합의 메커니즘을 타워BFT라고 하며, 실시간으로 포크 투표를 병합함으로써 솔라나는 전반적인 성능을 개선하는 보다 효율적이고 간소화된 합의 프로세스를 보장합니다.

블록 지속성 프로세스를 위해 솔라나는 계정 데이터 구조를 특정 방식으로 분할하여 순차적 작업의 속도를 활용하고 메모리 매핑 파일을 사용하여 SSD의 효율성을 극대화하는 Cloudbreak 데이터베이스를 개발했습니다. SSD의 효율성.

솔라나는 검증자의 부담을 줄이기 위해 데이터 저장소를 검증자에서 아카이버라는 노드 네트워크로 옮겼습니다. 트랜잭션 상태의 기록은 여러 조각으로 나뉘고 수정 코드 기술이 사용되며, 아카이버는 상태의 조각을 저장하는 데 사용되지만 합의에는 참여하지 않습니다.

요약

솔라나의 비전은 소프트웨어가 하드웨어의 속도로 확장되는 블록체인이 되는 것이므로 솔라나는 오늘날 컴퓨터에서 사용 가능한 모든 CPU, GPU 및 기타 기능을 최대한 활용합니다.

솔라나의 높은 성능과 확장성 덕분에 솔라나는 연초의 DePIN/AI 트랙에서든, 복잡한 스마트 컨트랙트를 처리하기 위한 블록체인 플랫폼으로 선택받았습니다. 솔라나는 연초의 디핀/AI 트랙과 최근 출시된 밈 트랙 모두에서 큰 잠재력을 보여주었습니다.

이더리움 ETF 출시 이후 솔라나는 다음 ETF로 가장 많이 거론되는 암호화폐가 되었으며, SEC는 여전히 솔라나를 증권으로 분류하고 당분간 다른 암호화폐 ETF를 승인하지 않을 예정이지만 암호화폐 시장에서 합의는 가치이며 솔라나의 합의는 아마도 비트코인 및 이더만큼 강력해지고 있을 것입니다. 솔라나의 합의는 비트코인과 이더만큼이나 난공불락이 될지도 모릅니다.