원제: 알펜글로: 솔라나를 위한 새로운 합의

원저자: Quentin Kniep, Kobi Sliwinski 및 Roger Wattenhofer

원문 번역: zhouzhou, BlockBeats

편집자 주: Alpenglow는 Solana가 출시한 새로운 합의 프로토콜로, 기존의 TowerBFT 및 과거 증명 메커니즘을 대체하고, Votor와 Rotor를 도입하고, 투표 및 데이터 전파를 최적화하고, 지연 시간을 100~150밀리초로 크게 단축하고, 2차 최종성을 달성합니다. 이 프로토콜은 성능, 회복성, 확장성을 향상시켜 Solana를 반응성 면에서 Web2와 비교할 수 있게 만듭니다.

다음은 원래 내용입니다(더 쉽게 읽고 이해할 수 있도록 원래 내용을 재구성했습니다).

솔라나의 새로운 합의 프로토콜인 알펜글로우를 소개하게 되어 자랑스럽습니다. Alpenglow는 글로벌 고성능 지분증명 블록체인에 맞춰 개발된 합의 프로토콜입니다. 우리는 알펜글로우의 출시가 솔라나의 전환점이 될 것이라고 믿습니다. 이는 새로운 합의 메커니즘일 뿐만 아니라, 솔라나가 만들어진 이래 핵심 프로토콜에 대한 가장 큰 변화이기도 합니다.

Alpenglow로 마이그레이션하는 과정에서 TowerBFT와 Proof-of-History를 비롯한 여러 오래된 핵심 구성 요소에 작별 인사를 하게 됩니다. 우리는 투표와 블록 최종 확인 로직을 담당하는 새로운 모듈 Votor를 도입했습니다. 또한 알펜글로는 더 빠르고 직접적인 의사소통을 선호하는 대신 가십 기반의 의사소통을 포기했습니다.

이는 상당한 진화이기는 하지만, Alpenglow는 Solana의 가장 큰 장점을 바탕으로 발전해 왔습니다. 터빈은 데이터 전파라는 중요한 문제를 해결함으로써 솔라나 네트워크의 성공에 핵심적인 역할을 합니다. 기존 블록체인에서는 리더가 시스템의 병목 현상이 되는 경우가 많습니다.

터빈이 사용하는 기술은 삭제 코딩을 통해 각 블록을 여러 개의 작은 조각으로 나누고 이를 빠르게 펼칩니다. 중요한 점은 이 프로세스가 모든 노드의 대역폭을 최대한 활용한다는 것입니다. 알펜글로의 데이터 전송 프로토콜인 로터는 터빈의 설계 개념을 지속하고 최적화합니다.

이러한 변화를 통해 Solana의 성능이 전례 없는 수준으로 향상됩니다. TowerBFT를 사용하면 블록 생성부터 최종 확인까지 약 12.8초가 걸립니다. 지연 시간을 1초 미만 수준으로 줄이기 위해 Solana는 "낙관적 확인"이라는 개념을 도입했습니다.

Alpenglow는 이러한 지연 시간 제한을 깨뜨릴 것입니다. Alpenglow는 실제 완료 시간을 약 150밀리초(중간값)로 단축할 것으로 예상합니다.

어떤 경우에는 100밀리초 이내에 최종성을 달성할 수도 있습니다. 이는 글로벌 L1 블록체인 프로토콜의 경우 거의 믿을 수 없는 속도입니다. (이러한 지연 시간 수치는 현재 메인넷 스테이킹 분포에 대한 시뮬레이션을 기반으로 하며, 계산 오버헤드는 포함되지 않습니다.)

150ms의 중간 지연 시간은 Solana가 더 빠르다는 것을 의미할 뿐만 아니라 Solana의 반응성이 Web2 인프라와 동일 수준이라는 것을 의미하는데, 이는 블록체인 기술이 실시간 성능이 필요한 완전히 새로운 애플리케이션 영역에서 실행 가능하게 만들 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다.

위 그림은 리더가 스위스 취리히에 있을 때 Alpenglow 프로토콜의 각 단계에 대한 지연 시간 분포를 보여줍니다. 우리가 알펜글로를 개발하고 있던 도시가 바로 취리히이기 때문에 예시로 선택했습니다.

각 막대는 전 세계에 분포된 현재 Solana 노드의 평균 지연 시간을 보여주며, 취리히와의 거리를 기준으로 정렬되어 있습니다.

그림은 Alpenglow 프로토콜의 각 단계에 도달하는 네트워크의 각 노드의 시뮬레이션된 지연을 나타내며, 해당 단계에 도달한 네트워크 노드의 비율에 해당합니다.

녹색 막대는 네트워크 지연 시간을 나타냅니다. 현재 솔라나의 노드 분포를 보면, 스테이킹 노드의 약 65%가 취리히에서 네트워크 지연 시간 50밀리초 이내에 있습니다. 지연 시간은 비교적 길며, 일부 스테이킹 노드는 취리히에서 200밀리초가 넘는 네트워크 지연을 경험했습니다.

네트워크 지연 시간은 그래프에서 자연스러운 하한을 형성합니다. 예를 들어, 노드가 취리히에서 100ms 떨어져 있다면 해당 노드에서 블록을 마무리하려는 모든 프로토콜에도 최소 100ms가 필요합니다.

노란색 막대는 Alpenglow 프로토콜의 첫 번째 단계인 Rotor(데이터 전파 프로토콜)의 지연 시간을 나타냅니다.

빨간색 막대는 노드가 지분 가중치의 최소 60%로부터 공증 투표를 받는 데 걸리는 시간을 나타냅니다.

파란색 열은 최종 확인 시간입니다.

그렇다면 알펜글로의 뛰어난 성과는 어디서 나오는 걸까?

Alpenglow의 투표 구성 요소인 Votor는 매우 효율적인 단일 라운드 투표 메커니즘을 구현합니다. 스테이킹 노드의 80%가 참여하면 블록은 한 라운드 투표에서 확인될 수 있습니다. 스테이킹 노드의 60%만 응답하는 경우에도 투표 2라운드 안에 완료될 수 있습니다. 이 두 가지 모드는 통합되어 병렬로 실행되며, 최종적으로 블록을 확정하기 위해 더 빠른 경로가 사용됩니다.

Alpenglow의 데이터 전파 하위 프로토콜인 Rotor는 Turbine의 접근 방식을 계속 이어가고 최적화합니다. 터빈과 비슷하게 로터는 노드의 지분 가중치에 비례하여 대역폭을 활용하므로 리더가 병목 현상이 되는 문제를 완화하고 높은 처리량을 달성합니다. 궁극적으로 총 대역폭은 거의 최적에 가까운 활용도를 달성할 수 있습니다. Rotor의 설계 철학 중 하나는 실제로 정보 전파 지연은 전송이나 컴퓨팅 속도보다는 네트워크 대기 시간에 의해 주로 제한된다는 것입니다. Rotor는 Turbine의 다층 트리 구조 대신 단일 계층 릴레이 노드를 사용하여 네트워크 홉 수를 줄입니다. 또한, Rotor는 견고성을 개선하기 위해 새로운 릴레이 노드 선택 메커니즘을 도입했습니다.

Alpenglow는 최첨단 연구를 기반으로 구축되었으며, 삭제 코딩된 데이터 배포와 최신 합의 메커니즘을 결합했습니다. 혁신에는 전례 없는 블록 최종 확인 지연을 가져오는 통합된 1라운드/2라운드 투표 메커니즘이 포함됩니다. 동시에 고유한 "20+20 장애 허용 메커니즘"도 도입했습니다. 심각한 네트워크 조건에서도 프로토콜은 정상적으로 작동하여 최대 20%의 악성 스테이킹 노드와 추가로 20%의 응답하지 않는 노드를 허용합니다. 다른 기여로는 저분산 샘플링 전략이 있습니다.

우리는 Alpenglow에 대해 자세히 설명하는 전체 기술 백서를 작성했습니다. 백서에서는 우리 디자인의 직관과 목표를 설명할 뿐만 아니라 간결하고 명확한 정의와 의사코드를 통해 전체 프로토콜을 설명합니다. 동시에, 독자들이 알펜글로우의 실제 성능을 이해하는 데 도움이 되는 다양한 시뮬레이션 데이터와 계산도 포함되어 있으며, 최종적으로 완전한 정확성 증명을 제공합니다.

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