Solana編程模型簡介：從創建集群到確認交易_SOL

作為公鏈，Solana是一個開源項目。“去中心化的節點網絡可匹配單個節點性能”一直是Solana致力于解決的問題。

Solana在模型邏輯的設計上與以太坊方向一致。相較于比特幣的UTXO，以太坊通過自動執行、不可篡改的智能合約將區塊鏈“無人值守”的世界進一步拓展，但是又由于安全性和信任問題，自動驗證的效率大大降低。

Solana采用工作歷史證明PoH作為整個生態中的共識機制，通過SHA256作為驗證延遲函數來生產時間戳，以實現SolanaCluster(集群）的異地時間同步。Solana集群又采用名為Turbine的多層塊傳播機制，以最少的重復消息將事務碎片廣播到所有節點。這樣的機制使得Solana在不犧牲區塊鏈獨有的去中心化特征的同時，能夠獲得更高的處理速度和吞吐量。

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本文將簡述Solana的編程模型。

SolanaCluster

SolanaCluster是模型中的一個基礎概念，集群是一組協同工作的驗證器，用于服務客戶機事務和維護分類帳的完整性。在Solana模型中許多集群可能共存，當兩個群組共享一個起源塊時，它們試圖聚合，但傳輸的錯誤事務將被直接拒絕。

那么在Solana模型中，如何創建集群、節點如何加入集群、它們如何共享賬本，以及它們如何確保賬本的正確復制和如何處理錯誤和惡意節點？

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創建集群

在啟動任何驗證程序之前，首先需要創建一個創世配置，配置引用兩個公鑰，分別為一個mint和一個引導驗證程序。

基于Solana的NFT市場Formfunction正式上線Solana主網:1月12日，Formfunction發推稱，基于Solana的創作者友好型NFT市場Formfunction宣布正式上線主網。[2022/1/12 8:43:38]

持有引導驗證程序私鑰的驗證程序負責將第一個條目附加到分類帳，它會用鑄幣廠的帳戶初始化它的內部狀態。該帳戶將持有創世配置定義的原生令牌數。

然后第二個驗證器聯系引導驗證器以注冊為驗證器。其他驗證器然后向集群的任何注冊成員注冊。

驗證器接收來自領導者的所有條目，并提交確認這些條目有效的投票。投票后，驗證器將存儲這些條目。一旦驗證器發現存在足夠數量的副本，它就會刪除其副本。

加入集群

驗證者通過發送到其控制平面的注冊消息進入集群。

歐易DeFi Hub接入Solana網絡:據官方消息，歐易DeFi Hub APP端現已接入Solana網絡，同時支持Saber、Raydium等主流Solana公鏈協議。用戶可使用Solana網絡的錢包創建、資產展示、收付款交易等功能。

據悉，歐易DeFi Hub現已支持包含BTC、ETH、OEC等在內的16條公鏈，并在陸續拓展增加，旨在讓用戶輕松探索去中心化世界。[2021/11/15 6:53:16]

控制平面是使用gossip協議實現的，這意味著節點可以向任何現有節點注冊，并期望其注冊傳播到集群中的所有節點。所有節點同步所需的時間與參與集群的節點數的平方成正比。從算法上看這很慢，但作為交換，一個節點可以確保它最終擁有與其他所有節點相同的信息，并且該信息不能被任何一個節點審查。

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將交易發送到集群

客戶端將交易發送到任何驗證器的交易處理單元(TPU)端口。

如果節點處于驗證者角色，節點則將交易轉發給指定的領導者。

如果處于領導角色，節點則捆綁傳入的交易，為它們添加時間戳以創建條目，并將它們推送到集群的數據平面上。

一旦進入數據平面，交易就會由驗證器節點驗證，有效地將它們附加到分類賬中。

確認交易

Solana集群能夠對多達150個節點進行亞秒級確認，并計劃擴展到數十萬個節點。一旦完全實施，確認時間預計只會隨著驗證者數量的對數而增加，其中對數的基數非常高。

例如，如果基數是一千，這意味著對于前一千個節點，確認將是三個網絡躍點的持續時間加上絕對多數中最慢的驗證者投票所需的時間。對于接下來的100萬個節點，確認僅增加一個網絡躍點。

Solana將“確認”定義為從領導者為新條目添加時間戳到它識別出絕大多數分類帳投票的時間的持續時間。

一旦網絡增長超過一定規模，gossip網絡就太慢而無法實現亞秒級確認。向所有節點發送消息所需的時間與節點數的平方成正比。如果區塊鏈想要實現低確認并嘗試使用gossip網絡來實現，它將被迫集中在少數節點上。

l?使用VDF樣本為事務添加時間戳，并對時間戳進行簽名。

l?將事務拆分為多個批，將每個事務發送到單獨的節點，并讓每個節點與其對等節點共享其批處理。

l?遞歸地重復上一步，直到所有節點都具有所有批處理。

Solana以固定的時間間隔輪換領導者，并稱其為slot。每個領導者只能在其分配的時間段內產生條目。

因此，領導者可以對交易進行時間戳記，以便驗證者可以查找指定領導者的公鑰。然后領導者簽署時間戳，以便驗證者可以驗證簽名，證明簽名者是指定領導者公鑰的所有者。

接下來，交易被分成批次，以便一個節點可以將交易發送給多方而無需進行多次復制。

例如，如果領導者需要向6個節點發送60筆交易，它會將60筆交易分成10筆交易的批次，并向每個節點發送一筆。這允許領導者在網絡上放置60個事務，而不是每個節點60個事務。然后每個節點與其對等節點共享其批次。一旦節點收集了所有6個批次，它就可以重建原始的60個交易集。將60劃分為6,而6次就能重新還原60，這是Solana高TPS的關鍵。

一批事務只有被拆分很多次，才能變得非常小，以至于頭文件成為網絡帶寬的主要消耗者。

在Solana模型中，驗證器的數量可以持續擴展，為了實現這一目標——每個節點可以將與領導節點相同的技術應用于另一組相同大小的節點。

Solana集群可以分成小的節點集合，稱為“鄰域”。每個節點負責與其鄰域中的其他節點共享它接收到的任何數據，并將數據傳播到其他鄰域中的一小組節點。這樣，每個節點只需與少量節點通信。

在其時隙期間，領導節點在第一個鄰域中的驗證器節點之間分配碎片。每個驗證器在其鄰域內共享其數據，但也會將碎片重新傳輸到下一層某些鄰域中的一個節點。第1層節點每個都與它們的鄰居節點共享它們的數據，并重新傳輸到下一層的節點等，直到集群中的所有節點都收到了所有的碎片。

鄰域之間的傳輸所消耗的性能非常低，同時傳輸的交易信息卻不會隨之減少。

例如，宇宙中存在著數個領導者星球，他們負責把一項事物分割成數片存放在小星球之間，相鄰的星球只派出一兩個信使互相溝通彼此的碎片，同時在一下次傳輸中將已經獲得的碎片繼續傳輸下去，當所有存在碎片的星球都傳輸過之后，不止所有小星球都擁有了碎片，他們還可以將碎片重新組合成領導者星球所擁有的最完整的原始事務。

據SolanaDocumentation介紹，Solana正在計劃將驗證器擴展到150個。隨著驗證者數量的增加，Solana的性能將會持續擴展和提升。

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