Solana扩容机制分析（1）：牺牲可用性换取高效率的极端尝试 | CatcherVC Research

摘要

• Solana扩容主要基于：高效利用网络带宽、减少节点间通讯次数、加快节点运算速度 三大方面，这些措施直接缩短了出块和共识通讯的时间，但也降低了系统可用性（安全）。
• Solana提前公开出块者Leader名单，揭示了单一可信的数据来源，缩减了共识通讯开销。但又会带来贿赂、针对性攻击等安全隐患。
• Solana将共识通讯（投票信息）作为交易事件来处理，TPS成分中超过70%都是共识讯息，与用户交易相关的TPS约为500—1000；
• Solana的Gulf Stream机制取缔了全局性交易池，这提高了交易处理速度，但降低了过滤垃圾交易的效率，Leader容易宕机。
• Solana的Leader节点发布的是交易序列，而非真实的区块。结合Turbine传输协议，交易序列可以切碎后分发给不同节点，数据同步速度极快。
• POH（Proof Of History）实质为一种计时和计数方式，它给不同的交易事件盖上序号，生成交易序列。Leader实质上在交易序列中发布了全网一致的计时器（时钟）。在很短的窗口期内，不同节点的账本推进、时间推移都是一致的；
• Solana有132个节点占据67%的质押份额，其中的25个节点占据33%的质押份额，基本构成了“寡头政治”或“元老院”。如果这25个节点串谋，足以导致网络陷入混乱；
• Solana对节点硬件水准要求很高，它以设备成本为代价，实现了纵向扩容。运行Solana节点的个体多为鲸鱼或机构、企业，不利于真正意义的去中心化。
• 综上，Solana以高级节点设备、颠覆性的共识机制与数据传输协议，将Layer1扩容推向了极端，基本触及无分片公链可维持的TPS瓶颈。但多次宕机已经预示了牺牲可用性/安全性来换取效率的结局。

导语

2021年是区块链和Crypto的转折之年。随着Web3等概念成为显学，公链界迎来了有史以来最强劲的流量增长。在这样的外部环境下，以太坊凭借充分的去中心化和安全性，成为Web3世界的泰山北斗，但效率问题却成了它的“阿喀琉斯之踵”。相比于TPS轻松破千的VISA，每秒10几笔交易的以太坊宛若怀中襁褓，与其“世界级去中心化应用平台”的宏大愿景相差甚远。

对此，Solana、Avalanche、Fantom、Near等以扩容为核心的新公链一度成为Web3叙事的主要角色，获得了巨量资本的垂青。仅以Solana为例，这个号称“以太坊杀手”的头部公链在2021年市值飙涨170倍，如日中天，甚至一度超越老牌公链Polkadot和Cardano，大有和以太坊争雄的势头。

但这种来势汹汹的态势没有持续太久。2021年9月14日，Solana因为性能上的问题，首次迎来宕机事故，时间长达17小时，SOL代币价格随之快速下跌15%；2022年1月，Solana再次出现宕机，时长足有30小时，引发了极为广泛的讨论；之后的5月，Solana先后宕机2次，6月初又宕机1次。根据Solana官方的说法，其主网至少经历了8次性能下降或是宕机事故。

伴随着诸多问题的出现，以太坊支持者为首的批评者轮番对Solana提出质疑，有人甚至给Solana冠以“SQLana”的称号（SQL是管理中心化数据库的系统），并先后产生了大量的评论与分析。时至今日，关于Solana真实可用性的讨论似乎从未停止，吸引着无数好奇心浓重的观察者。出于对主流公链的兴趣与关注，本文对Solana扩容机制及其宕机的部分原因展开简单解读。

Solana系统架构、共识机制、区块传输流程

公链的效率主要指其处理交易的能力，也就是吞吐量TPS（每秒处理的交易笔数），这个指标受到出块速度和区块容量的影响，同时也影响着交易手续费和用户活跃度。从2018年甚嚣尘上的EOS，到近期发币的Optimism，所有扩容方案几乎都绕不开“加速出块”这个最关键的要素。

要提升出块速度，往往要在出块流程上“做手脚”，Solana也不出其右。其扩容方式主要立足于 高效利用网络带宽、减少节点间通讯的次数、提高节点处理事务的速度 三大方面，这些措施直接缩短了出块和共识通讯的时间。Solana的创始人Anatoly Yakovenko及其队友对每一个细节都进行了精心雕琢，以系统的可用性（安全）为代价，尽可能在效率上作出提升，基本达到了无分片公链的实际TPS极限，最终作出了“有代价”的创新。

相比于其他采用POS的公链，Solana最大的创新点在于其独特的共识协议和网络节点通信方式，该共识协议基于POS和PBFT（实用拜占庭容错