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知道Solana:领导者轮换机制

07-21 公告

可扩展性是区块链行业的一个持续性挑战。

伴随去中心化金融的爆炸式增长,区块链对于可扩展性的需要愈加高。各种区块链正试图通过分片、Layer2和侧链等可扩展性策略来解决此难点。而Solana却使用了更直接的策略——在Layer1提供超迅速、安全且抗审查的公链,以此为面向全球的DApps提供高可扩展性的开放基础设施。

归功于独创的PoH(工作历史证明)共识,性能为业内顶尖的Solana正着向世界上第一个Web级的去中心化互联网迈进。基于工作历史证明证明,Solana链上的所有节点可以通过算法生成统一的时间戳,减少信赖本钱,提高效率,同时其所有些验证和处置都以异步的状况进行。

Solana生态系统中有多个角色(领导者、验证者、存档者等)。与DPoS区块链不同,Solana不会在互联网参与者之间委派这部分角色,而是由Solana节点履行互联网的所有角色。

Solana领导者的任务是生产新区块,它们每四个块(1.6秒)旋转一次。处于领导地位的节点将所有买卖放入该节点正在生产的四个区块中。该节点将这部分包含事务的块显示给名为Solana Clusters的有关节点组。集群用数字时间戳作为参考来验证买卖,并将记录迅速传递给其他节点。

创世配置声明了第一个纪元的第一个领导者。这个领导者最后被安排在前两代,由于领导者计划也在下一个年代的slot 0生成。前两个时期的长度也可以在创世配置中指定。第一个纪元的最小长度需要大于或等于Tower BFT中概念的最大回滚深度。

在工作历史证明的支持下,领导者会不断轮换,无论互联网情况怎么样,整个互联网都不需要任何验证者交流,遇见错误也不会停止,而是立刻在新的区块高度上开始下面的行动。这意味着Solana的互联网成为了“永动机”。由于领导者和验证者都是可轮换的。

同时,Solana领导者的轮换决策是异步进行的。这一核心革新开辟了其向上堆栈的设计空间。

领导者是被精确选择的,但一次只有一个领导者的弊病也同时存在。

恶意领导者可以审查投票和买卖。因为审查没办法与互联网丢弃数据包区别开来,集群不可以容易地选择一个节点来无限时地担任领导者。相反,集群通过“轮换”机制来避免恶意领导者的风险。

前文介绍,领导者的产生和认证都是异步进行的。在整个系统中,每一个领导者都被分配在一个插槽的插槽顺序列表“领导者时间表”中,对照这个列表,每一个验证者都能用相同的算法选择预期的领导者。当验证者收到一个新的签名分类帐条目时,可以确定条目是由预期的领导者生成的。

因此,假如想保证系统判断的流畅性,“领导者时间表”的调度需要在它分配的槽位之前早早地被计算出来,如此它用来计算调度的分类帐状况才能最后确定。

那样“领导者时间表”又是如何产生的呢?

1.  按期用PoH刻度高度(一个单调递增的计数器)来播种一个稳定的伪随机算法;

2. 在该高度,对所有具备领导身份的抵押竞价推广账户进行抽样,这部分竞价推广账户在集群配置的滴答数内进行了投票。该样本称为活动集;

3.  按权益网站权重对活动集进行排序;

4.  用随机种子选择按权益加权的节点以创建权益加权排序;

5.  此排序在集群配置的滴答数后生效。

该持续时间称为领导者计划偏移量。Solana将偏移量设置为槽的持续时间,直到下一个纪元。

也就是说,一个epoch的leaderschedule是从上一个epoch开始时的账本状况计算出来的。一个epoch的偏移量是相当任意的,并假设足够长,以便所有验证者都将在生成下一个时间表之前完成其分类帐状况。集群可以选择缩短偏移量,以缩短权益变更和领导者时间表更新之间的时间。

因为如此的异步性,在下一个时期之前,提交给根分叉的任何新信息都不会处于活动状况。直到新的领导者诞生,并生产第一个跨越纪元边界的区块。

假如分区的持续时间低于一个纪元,这种交流也不会中断,而是根据如下方法继续运作:

1.  验证者在投票时不断更新我们的根叉。

2.  每次槽高度越过一个纪元边界时,验证者都会更新其领导者时间表。

比如: 纪元持续时间为100个时隙。根分叉从在槽高度99计算的分叉更新为在槽高度102计算的分叉。因为问题,槽高度为100、101的分叉被跳过。新的领导者调度是在槽高度102用fork计算的。它从槽200开始一直有效,直到它第三更新。

在这个跳跃式的解决方法中不会存在不同的现象,由于当其根通过102时,与集群投票的每一个验证者都跳过了100和101。所有验证者,无论投票模式怎么样,都将提交给102或102的后代的根。

在不增加互联网吞吐量的状况下,Solana验证者可以管理10万笔买卖的内存池大小。这意味着,在互联网吞吐量为5万TPS的状况下,10万笔买卖的内存池在几秒钟内就能实行。

验证者们将转发(forwarding)推送到互联网边缘,这被称之为海湾流(Gulf Stream)。因为每一个验证者都了解将来领导者的顺序,验证者可以提前将买卖转发给预期的领导者。这使得验证者可以提前实行买卖,降低确认时间,更快地切换领导者,并降低未确认买卖池对验证者的内存重压,让Solana每秒可处置5万笔买卖。

Solana的核心革新是工作历史证明,它使得Solana的互联网可以认证不需要许可的时间出处,可以在达成协议之前工作,从而大大提高了可扩展性和流动性。

而领导者轮换机制更是其中“先一步”理念的要紧体现:先一步拟定“领导者时间表”、先一步将买卖和信息推送至新的领导者、绕过错误和问题先一步处置正确的信息……因为不需要信赖的异步处置,让Solana在处置速度方面抢先一步。

凭着独特的共识和各种机制,现在Solana已经在加密世界拥有了巨大的影响力,其生态系统的使用率还会增长到何种程度,大家拭目以待。

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