区块链性能之王的秘密

最新发布的区块链性能报告显示，在大型区块链中，Solana的速度最快，其最高日均真实TPS达1,054。紧随其后的是Sui，最高日均真实TPS达854。排名第三的某交易平台链的真实TPS还不到Sui的一半。

这份报告揭示了一个有趣的现象:性能最优秀的Solana和Sui都是非EVM兼容的区块链。更深入分析发现,8个非EVM兼容区块链的平均真实TPS为284,而17个EVM兼容区块链和以太坊Layer2的平均TPS仅为74。这意味着非EVM兼容区块链的性能约为EVM兼容区块链的4倍。

EVM兼容区块链面临的性能瓶颈

一般而言,区块链提升TPS的方法包括:提升节点性能、改进底层协议、扩大区块、优化共识协议以及改进交易执行方式。

对EVM区块链而言,由于虚拟机环境的限制,最大的挑战在于交易执行。EVM存在两个主要性能问题:

1. 256位架构:EVM设计为256位虚拟机,便于处理以太坊的哈希算法。但实际运行EVM的计算机需要将256位字节映射到本地架构执行,导致效率低下。

2. 缺乏标准库:Solidity没有内置标准库,开发者需自行实现基础功能,虽然OpenZeppelin等项目有所改善,但EVM字节码执行速度仍远不及预编译的标准库。

从执行优化角度,EVM还存在两大不足:

1. 难以进行静态分析:EVM的动态跳转机制使代码静态分析变得困难,这阻碍了并行执行的实现。

2. JIT编译器不成熟:虽然已有EVM JIT项目,但仍处于实验阶段,未能充分发挥JIT优化的潜力。

因此,许多高性能公链选择采用基于WASM、eBPF字节码或Move字节码的虚拟机,而非EVM。例如,Solana使用自己独特的SVM虚拟机和基于eBPF的SBF字节码。

Solana:速度之王的秘密

Solana以其PoH(Proof of History)机制和低延迟高吞吐量而闻名,被视为最具潜力的"以太坊挑战者"之一。

PoH的核心是一个类似可验证延迟函数(VDF)的简单哈希算法。Solana使用SHA-256实现持续运行的哈希函数,每次迭代的输出作为下一次的输入。这个计算在每个验证者的单个核心上运行。

尽管序列生成是顺序和单线程的,但验证可以并行进行,从而在多核系统上实现高效验证。虽然哈希速度有上限,但硬件改进可能带来额外的性能提升。

Solana共识流程

PoH机制作为可靠且无需信任的时间源,在网络内创建可验证且有序的事件记录。基于PoH的计时允许Solana网络以预定且透明的方式轮换领导者。这种轮换以固定的时间间隔进行,为4个槽(slot),每个槽目前设置为400毫秒。

在每个槽的时间段内,领导者提出新区块,包含从用户收到的交易。领导者验证交易,打包成区块,然后广播给网络中的其他验证者。其他验证者对区块有效性进行投票。如果区块获得绝大多数权益权重的投票,则视为已确认。

当前领导者时间段结束后,网络立即移动到下一个时间段,为后续领导者提供区块生产机会。这种方法确保了Solana网络的高吞吐量和弹性。

Solana的性能优化技术

1. Gulf Stream:Solana网络可提前确认领导者,无需公共内存池保存用户交易。用户提交交易后,RPC服务器将其转为QUIC数据包,直接转发给领导者验证者。

2. 流水线技术:Solana将区块数据处理划分为不同硬件部件的多个过程,最大化硬件利用率,加快区块验证和传输速度。

3. Sealevel:Solana的交易调度器利用读写锁机制并行执行交易,每个线程独立处理交易队列,提高执行效率。

4. Turbine:领导者传播区块时,将数据包划分并分发给具有分层结构的验证者,减少带宽使用。

5. TowerBFT:验证者在投票过程中使用针对分叉投票的共识机制,实时合并分叉投票,提高共识效率。

6. Cloudbreak:Solana开发的数据库,通过特定方式对账户数据结构分区,最大限度提高SSD效率。

7. Archiver:Solana将数据存储从验证者转移到专门的节点网络,减轻验证者负担。

结语

Solana的设计理念是创建一个随硬件性能提升而扩展的区块链。通过充分利用现代计算机的CPU、GPU和带宽能力,Solana理论上可达到65,000 TPS的惊人速度。

Solana的高性能和扩展性使其成为处理高频交易和复杂智能合约的首选平台。无论是DePIN/AI赛道还是Meme赛道,Solana都展现出巨大潜力。

尽管目前监管机构仍将Solana视为证券,短期内不太可能批准其ETF,但在加密市场,共识即价值。Solana正逐步建立起与比特币和以太坊相媲美的市场共识,展现出长期发展的巨大潜力。