ชื่อเรื่องเดิม: Alpenglow: A New Consensus for Solana
ผู้เขียนต้นฉบับ: Quentin Kniep, Kobi Sliwinski และ Roger Wattenhofer
คำแปลต้นฉบับ: โจวโจว, BlockBeats
หมายเหตุของบรรณาธิการ: Alpenglow เป็นโปรโตคอลฉันทามติใหม่ที่เปิดตัวโดย Solana ซึ่งมาแทนที่ TowerBFT เดิมและกลไกพิสูจน์ทางประวัติศาสตร์ แนะนำ Votor และ Rotor เพิ่มประสิทธิภาพการโหวตและการแพร่กระจายข้อมูล ลดเวลาแฝงลงอย่างมากเหลือ 100-150 มิลลิวินาที และบรรลุความแน่นอนระดับที่สอง โปรโตคอลช่วยเพิ่มประสิทธิภาพ ความยืดหยุ่น และความสามารถในการปรับขนาด ทำให้ Solana เทียบได้กับ Web2 ในเรื่องการตอบสนอง
ต่อไปนี้เป็นเนื้อหาต้นฉบับ (เพื่อให้อ่านและเข้าใจง่ายขึ้น เนื้อหาต้นฉบับได้รับการจัดระเบียบใหม่):
เรามีความภูมิใจที่จะแนะนำ Alpenglow ซึ่งเป็นโปรโตคอลฉันทามติใหม่ของ Solana Alpenglow เป็นโปรโตคอลฉันทามติที่ปรับแต่งมาสำหรับบล็อคเชน Proof-of-Stake ประสิทธิภาพสูงระดับโลก เราเชื่อว่าการเปิดตัว Alpenglow จะเป็นจุดเปลี่ยนสำหรับ Solana ไม่เพียงแต่เป็นกลไกการบรรลุฉันทามติใหม่เท่านั้น แต่ยังเป็นการเปลี่ยนแปลงครั้งใหญ่ที่สุดของโปรโตคอลหลักนับตั้งแต่การสร้าง Solana ขึ้นมาด้วย
ในกระบวนการโยกย้ายไปยัง Alpenglow เราจะต้องบอกลาส่วนประกอบหลักที่เก่าแก่จำนวนหนึ่ง โดยเฉพาะ TowerBFT และ Proof-of-History เราได้เปิดตัวโมดูลใหม่ Votor เพื่อเข้ามาควบคุมการโหวตและบล็อคตรรกะการยืนยันขั้นสุดท้าย นอกจากนี้ Alpenglow ยังละทิ้งการสื่อสารแบบนินทาข่าวซุบซิบและเลือกใช้วิธีการสื่อสารโดยตรงที่รวดเร็วกว่าแทน
แม้ว่านี่จะเป็นวิวัฒนาการที่สำคัญ แต่ Alpenglow ก็ได้พัฒนาจากจุดแข็งที่ยิ่งใหญ่ที่สุดของ Solana กังหันมีบทบาทสำคัญในการประสบความสำเร็จของเครือข่ายโซลานาด้วยการแก้ปัญหาสำคัญของการแพร่กระจายข้อมูล ในบล็อคเชนแบบดั้งเดิม ผู้นำมักเป็นคอขวดของระบบ
เทคโนโลยีที่ Turbine ใช้จะแบ่งบล็อกแต่ละบล็อกออกเป็นชิ้นส่วนเล็กๆ จำนวนมากโดยใช้การลบรหัส และกระจายออกไปอย่างรวดเร็ว สิ่งสำคัญคือกระบวนการนี้จะใช้แบนด์วิดท์ของโหนดทั้งหมดอย่างเต็มที่ โปรโตคอลการส่งข้อมูล Rotor ใน Alpenglow ยังคงดำเนินต่อไปและปรับปรุงแนวคิดการออกแบบของ Turbine
ด้วยการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ เราผลักดันประสิทธิภาพของ Solana ไปสู่ระดับที่ไม่เคยมีมาก่อน เมื่อใช้ TowerBFT จะใช้เวลาราว 12.8 วินาทีตั้งแต่สร้างบล็อกจนถึงการยืนยันขั้นสุดท้าย เพื่อลดเวลาแฝงลงเหลือเพียงระดับต่ำกว่าวินาที โซลานาจึงแนะนำแนวคิดของ “การยืนยันในแง่ดี”
Alpenglow จะทำลายข้อจำกัดด้านความหน่วงเหล่านี้ เราคาดหวังว่า Alpenglow จะลดเวลาสิ้นสุดจริงลงเหลือประมาณ 150 มิลลิวินาที (ค่ามัธยฐาน)
ในบางกรณี ความสิ้นสุดสามารถบรรลุได้ภายในเวลาต่ำกว่า 100 มิลลิวินาที ซึ่งถือเป็นความเร็วที่แทบไม่น่าเชื่อสำหรับโปรโตคอลบล็อคเชน L1 ระดับโลก (ตัวเลขเวลาแฝงเหล่านี้ขึ้นอยู่กับการจำลองการกระจายการสเตกกิ้งของเมนเน็ตปัจจุบันและไม่รวมค่าใช้จ่ายในการคำนวณ)
ค่าความหน่วงเฉลี่ยที่ 150 มิลลิวินาทีไม่ได้หมายความแค่เพียงว่า Solana เร็วกว่าเท่านั้น แต่ยังหมายถึงความสามารถในการตอบสนองของ Solana นั้นเท่าเทียมกับโครงสร้างพื้นฐาน Web2 ซึ่งมีศักยภาพในการทำให้เทคโนโลยีบล็อคเชนมีความเหมาะสมสำหรับพื้นที่แอปพลิเคชันใหม่ทั้งหมดที่ต้องการประสิทธิภาพแบบเรียลไทม์
ภาพด้านบนแสดงการกระจายเวลาแฝงของแต่ละเฟสของโปรโตคอล Alpenglow เมื่อผู้นำอยู่ในเมืองซูริก ประเทศสวิตเซอร์แลนด์ เราเลือกเมืองซูริคเป็นตัวอย่างเนื่องจากนี่คือเมืองที่เราพัฒนา Alpenglow
แถบแต่ละแถบแสดงค่าความหน่วงเฉลี่ยของโหนด Solana ในปัจจุบันที่กระจายอยู่ทั่วโลก โดยเรียงตามระยะทางจากเมืองซูริก
รูปนี้แสดงกราฟการจำลองความล่าช้าของแต่ละโหนดในเครือข่ายที่มาถึงในระยะต่างๆ ของโปรโตคอล Alpenglow ซึ่งสอดคล้องกับสัดส่วนของโหนดเครือข่ายที่ไปถึงระยะนั้น
แถบสีเขียวแสดงถึงความล่าช้าของเครือข่าย จากการตัดสินจากการกระจายโหนดปัจจุบันของ Solana โหนดสเตกกิ้งประมาณ 65% อยู่ภายในระยะเวลาแฝงของเครือข่ายจาก Zurich ไม่เกิน 50 มิลลิวินาที ความล่าช้าค่อนข้างยาว โดยโหนดสเตกกิ้งบางโหนดประสบกับความล่าช้าของเครือข่ายมากกว่า 200 มิลลิวินาทีจากซูริก
ความหน่วงของเครือข่ายสร้างขอบเขตล่างตามธรรมชาติในกราฟของเรา ตัวอย่างเช่น หากโหนดอยู่ห่างจากซูริก 100 มิลลิวินาที โปรโตคอลใดๆ ที่ต้องการทำการบล็อกขั้นสุดท้ายที่โหนดนั้นก็จะต้องใช้เวลาอย่างน้อย 100 มิลลิวินาทีเช่นกัน
แถบสีเหลืองแสดงถึงความล่าช้าของ Rotor (โปรโตคอลการแพร่กระจายข้อมูล) ซึ่งเป็นเฟสแรกของโปรโตคอล Alpenglow
แถบสีแดงแสดงเวลาที่โหนดใช้ในการรับคะแนนเสียงรับรองจากน้ำหนักที่วางเดิมพันอย่างน้อย 60%
คอลัมน์สีน้ำเงินคือเวลาที่ยืนยันครั้งสุดท้าย
แล้วประสิทธิภาพสูงของ Alpenglow มาจากไหน?
ส่วนประกอบการลงคะแนนเสียง Votor ของ Alpenglow นั้นใช้กลไกการลงคะแนนเสียงรอบเดียวที่มีประสิทธิภาพอย่างยิ่ง: หากโหนดสเตกกิ้ง 80% เข้าร่วม บล็อกก็สามารถยืนยันได้ในการลงคะแนนเสียงหนึ่งรอบ หากโหนดสเตกกิ้งเพียง 60% ตอบสนอง ก็สามารถดำเนินการให้เสร็จสิ้นได้ภายในสองรอบของการโหวต โหมดทั้งสองนี้ถูกรวมเข้าด้วยกันและดำเนินการแบบคู่ขนาน โดยเส้นทางใดก็ตามที่เร็วกว่าจะถูกนำมาใช้เพื่อยืนยันบล็อกในที่สุด
โปรโตคอลย่อยการแพร่กระจายข้อมูลของ Alpenglow คือ Rotor ซึ่งยังคงดำเนินต่อไปและปรับปรุงแนวทางของ Turbine ให้เหมาะสมที่สุด คล้ายกับ Turbine, Rotor จะใช้แบนด์วิดท์ตามสัดส่วนน้ำหนักของโหนด จึงช่วยลดปัญหาที่ผู้นำจะกลายเป็นคอขวดและทำให้มีปริมาณงานสูง ในที่สุดแบนด์วิดท์ทั้งหมดสามารถบรรลุการใช้ประโยชน์ที่เกือบเหมาะสมที่สุดได้ ปรัชญาการออกแบบประการหนึ่งของ Rotor ก็คือ ในความเป็นจริงแล้ว ความล่าช้าในการแพร่กระจายข้อมูลนั้นถูกจำกัดโดยความหน่วงของเครือข่ายเป็นหลัก มากกว่าความเร็วในการส่งหรือการประมวลผล โรเตอร์ใช้โหนดรีเลย์ชั้นเดียวแทนโครงสร้างแบบต้นไม้หลายชั้นของเทอร์ไบน์ จึงลดจำนวนฮ็อปเครือข่ายลง นอกจากนี้ Rotor ยังได้เปิดตัวกลไกการเลือกโหนดรีเลย์ใหม่เพื่อปรับปรุงความทนทาน
Alpenglow ถูกสร้างขึ้นจากการวิจัยที่ล้ำสมัยโดยผสมผสานการกระจายข้อมูลแบบลบรหัสกับกลไกฉันทามติที่ทันสมัยที่สุด นวัตกรรมต่างๆ ได้แก่ กลไกการลงคะแนนแบบรวมรอบเดียว/สองรอบ ซึ่งทำให้เกิดความล่าช้าในการยืนยันขั้นสุดท้ายแบบบล็อกที่ไม่เคยมีมาก่อน ในเวลาเดียวกัน ยังได้เปิดตัวกลไกการทนทานต่อความผิดพลาด 20+20 ที่เป็นเอกลักษณ์: แม้ภายใต้สภาวะเครือข่ายที่รุนแรง โปรโตคอลก็ยังสามารถทำงานได้ตามปกติ โดยทนทานต่อโหนดสเตกกิ้งที่เป็นอันตรายได้สูงถึง 20% และโหนดที่ไม่ตอบสนองอีก 20% การสนับสนุนอื่น ๆ ได้แก่ กลยุทธ์การสุ่มตัวอย่างแบบมีความแปรปรวนต่ำ
เราได้เขียนเอกสารทางเทคนิคฉบับสมบูรณ์ซึ่งอธิบายเกี่ยวกับ Alpenglow อย่างละเอียด เอกสารสีขาวไม่เพียงแต่จะอธิบายสัญชาตญาณและเป้าหมายเบื้องหลังการออกแบบของเราเท่านั้น แต่ยังอธิบายโปรโตคอลทั้งหมดด้วยคำจำกัดความที่กระชับและชัดเจนและซูโดโค้ดอีกด้วย พร้อมกันนี้ยังรวมข้อมูลจำลองและการคำนวณที่หลากหลายเพื่อช่วยให้ผู้อ่านเข้าใจประสิทธิภาพจริงของ Alpenglow และสุดท้ายยังให้การพิสูจน์ความถูกต้องที่ครบถ้วนอีกด้วย
