Tái giải Solana kiến trúc công nghệ: Có sắp đón chào mùa xuân thứ hai?

Solana là một nền tảng blockchain hiệu suất cao, sử dụng kiến trúc công nghệ độc đáo để đạt được thông lượng cao và độ trễ thấp. Công nghệ cốt lõi của nó bao gồm thuật toán Proof of History (POH) đảm bảo thứ tự giao dịch và đồng hồ toàn cầu, Lịch trình Luân phiên Lãnh đạo và cơ chế đồng thuận Tower BFT nâng cao tốc độ tạo khối. Cơ chế Turbine tối ưu hóa việc truyền tải khối lớn thông qua mã hóa Reed-solomon. Solana Virtual Machine (SVM) và động cơ thực thi song song Sealevel tăng tốc độ thực thi giao dịch. Tất cả những điều này là thiết kế kiến trúc giúp Solana đạt được hiệu suất cao, nhưng đồng thời cũng mang lại một số vấn đề như sự cố mạng, giao dịch thất bại, vấn đề MEV, tăng trưởng trạng thái quá nhanh và vấn đề tập trung, chúng tôi cũng đã nhấn mạnh những vấn đề do cơ chế này gây ra trong bài viết này.

Hệ sinh thái Solana phát triển nhanh chóng, các chỉ số dữ liệu đều phát triển mạnh mẽ trong nửa đầu năm, đặc biệt là trong các lĩnh vực DeFi, hạ tầng, GameFi/NFT, DePin/AI và ứng dụng tiêu dùng. TPS cao của Solana và chiến lược hướng tới ứng dụng tiêu dùng cộng với môi trường hệ sinh thái có thương hiệu hiệu ứng yếu đã cung cấp nhiều cơ hội khởi nghiệp cho các doanh nhân và nhà phát triển. Trong lĩnh vực ứng dụng tiêu dùng, Solana đã thể hiện tầm nhìn của mình trong việc thúc đẩy công nghệ blockchain ứng dụng rộng rãi hơn. Bằng cách hỗ trợ như Solana Mobile và SDK được xây dựng riêng cho các ứng dụng tiêu dùng, Solana đang nỗ lực tích hợp công nghệ blockchain vào các ứng dụng hàng ngày, từ đó nâng cao khả năng chấp nhận và tiện lợi cho người dùng. Ví dụ, các ứng dụng như Stepn đã kết hợp blockchain và công nghệ di động, cung cấp cho người dùng những trải nghiệm thể dục và xã hội mới lạ. Mặc dù hiện tại nhiều ứng dụng tiêu dùng vẫn đang khám phá mô hình kinh doanh và định vị thị trường tốt nhất, nhưng nền tảng công nghệ và sự hỗ trợ của hệ sinh thái mà Solana cung cấp chắc chắn mang lại sự hỗ trợ mạnh mẽ cho những nỗ lực đổi mới này. Với sự phát triển công nghệ tiếp theo và sự trưởng thành của thị trường, Solana dự kiến sẽ đạt được nhiều đột phá và những trường hợp thành công hơn trong lĩnh vực ứng dụng tiêu dùng.

Solana mặc dù đã đạt được thị phần đáng kể trong ngành công nghiệp blockchain nhờ vào khả năng xử lý cao và chi phí giao dịch thấp, nhưng nó cũng đang phải đối mặt với sự cạnh tranh mạnh mẽ từ các blockchain công cộng mới nổi khác. Base, như một đối thủ tiềm năng trong hệ sinh thái EVM, đang nhanh chóng tăng trưởng số lượng địa chỉ hoạt động trên chuỗi, trong khi tổng giá trị tài sản khóa (TVL) của Solana đạt mức cao lịch sử (, nhưng các đối thủ như Base cũng đang nhanh chóng chiếm lĩnh thị phần, với số vốn huy động trong hệ sinh thái Base lần đầu tiên vượt qua Solana trong quý 2.

Mặc dù Solana đã đạt được một số thành tựu trong công nghệ và mức độ chấp nhận thị trường, nhưng nó cần phải không ngừng đổi mới và cải tiến để đối phó với những thách thức từ các đối thủ như Base. Đặc biệt trong việc cải thiện độ ổn định của mạng, giảm tỷ lệ giao dịch thất bại, giải quyết vấn đề MEV và làm chậm tốc độ tăng trưởng trạng thái, Solana cần liên tục tối ưu hóa kiến trúc công nghệ và giao thức mạng của mình để duy trì vị thế dẫn đầu trong ngành công nghiệp blockchain.

![Giải thích lại kiến trúc kỹ thuật Solana: Liệu có đón chào mùa xuân thứ hai?])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-224796bc8e080649730bb8736334abba.webp(

Kiến trúc kỹ thuật

Solana nổi tiếng với thuật toán POH, cơ chế đồng thuận Tower BFT, mạng truyền dữ liệu Trubine và máy ảo SVM mang lại TPS cao và độ hoàn tất nhanh. Chúng tôi sẽ giới thiệu ngắn gọn cách các thành phần này hoạt động, cách chúng phát huy mục tiêu hiệu suất cao trong thiết kế kiến trúc, cũng như các nhược điểm và vấn đề phát sinh dưới thiết kế kiến trúc này.

) thuật toán POH

POH###Proof of History( là một công nghệ xác định thời gian toàn cầu, nó không phải là cơ chế đồng thuận, mà là một thuật toán xác định thứ tự giao dịch. Công nghệ POH xuất phát từ công nghệ mật mã cơ bản nhất là SHA256. SHA256 thường được sử dụng để tính toán tính toàn vẹn của dữ liệu, cho một đầu vào X, thì có và chỉ có một đầu ra Y duy nhất, do đó bất kỳ sự thay đổi nào đối với X sẽ dẫn đến Y hoàn toàn khác.

Trong chuỗi POH của Solana, việc áp dụng thuật toán sha256 có thể đảm bảo tính toàn vẹn của toàn bộ chuỗi, từ đó xác định tính toàn vẹn của các giao dịch trong đó. Ví dụ, nếu chúng ta đóng gói các giao dịch thành một khối, tạo ra giá trị băm sha256 tương ứng, thì các giao dịch trong khối này sẽ được xác định, bất kỳ sự thay đổi nào cũng sẽ dẫn đến sự thay đổi của giá trị băm, sau đó giá trị băm của khối này sẽ được sử dụng làm một phần của X trong hàm sha256 tiếp theo, thêm giá trị băm của khối tiếp theo, do đó khối trước và khối tiếp theo đều được xác định, bất kỳ sự thay đổi nào cũng sẽ dẫn đến Y mới khác biệt.

Điều này chính là ý nghĩa cốt lõi của công nghệ Proof of History, hash của khối trước sẽ được sử dụng như một phần của hàm sha256 của khối tiếp theo, giống như một chuỗi, Y mới nhất luôn chứa bằng chứng lịch sử.

![Tái giải Solana kiến trúc kỹ thuật: Liệu có chào đón mùa xuân thứ hai?])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-46a028270f3c2da92e7056c17c1d9e16.webp(

Trong sơ đồ kiến trúc luồng giao dịch của Solana, mô tả quy trình giao dịch dưới cơ chế POH. Trong một cơ chế luân phiên được gọi là Lịch trình Luân phiên Lãnh đạo, một nút Lãnh đạo sẽ được tạo ra từ tất cả các xác thực viên trên chuỗi (Validator), nút Lãnh đạo này thu thập giao dịch, thực hiện sắp xếp và thực thi, tạo ra chuỗi POH, sau đó sẽ tạo ra một khối và phát tán cho các nút khác.

Để tránh điểm lỗi đơn trong nút Leader, do đó đã giới thiệu giới hạn thời gian. Trong Solana, đơn vị thời gian được phân chia theo epoch, mỗi epoch bao gồm 432.000 slot), mỗi slot kéo dài 400ms. Trong mỗi slot, hệ thống luân phiên sẽ phân bổ một nút Leader trong mỗi slot, nút Leader phải phát hành khối(400ms) trong thời gian slot đã cho, nếu không, nó sẽ bỏ qua slot này và bầu chọn lại nút Leader cho slot tiếp theo.

Tổng thể, nút Leader sử dụng cơ chế POH có thể xác định tất cả các giao dịch lịch sử. Đơn vị thời gian cơ bản của Solana là Slot, nút Leader cần phát sóng khối trong một slot. Người dùng gửi giao dịch đến nút Leader thông qua nút RPC, nút Leader đóng gói giao dịch, sắp xếp và sau đó thực thi để tạo ra khối, khối được phát tán đến các xác nhận viên khác, các xác nhận viên cần đạt được sự đồng thuận thông qua một cơ chế, đồng thuận về các giao dịch trong khối và thứ tự của chúng, sự đồng thuận này sử dụng cơ chế đồng thuận Tower BFT.

( Cơ chế đồng thuận Tower BFT

Giao thức đồng thuận Tower BFT đến từ thuật toán đồng thuận BFT, là một trong những triển khai kỹ thuật cụ thể của nó, thuật toán này vẫn liên quan đến thuật toán POH. Khi bỏ phiếu cho các khối, nếu phiếu bầu của người xác thực chính là một giao dịch, thì mã băm của các khối được hình thành từ giao dịch của người dùng và giao dịch của người xác thực cũng có thể được sử dụng như một bằng chứng lịch sử, chi tiết giao dịch của người dùng nào và chi tiết phiếu bầu của người xác thực đều có thể được xác nhận một cách duy nhất.

![Tái giải cấu trúc kỹ thuật Solana: Có phải sẽ đón chào mùa xuân thứ hai?])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-d55d3cfbc13036ed0d5747abb521cc1a.webp###

Trong thuật toán Tower BFT quy định rằng, nếu tất cả các xác thực viên bỏ phiếu cho khối này và hơn 2/3 các xác thực viên đã bỏ phiếu approve, thì khối này có thể được xác nhận. Lợi ích của cơ chế này là tiết kiệm một lượng lớn bộ nhớ, vì chỉ cần bỏ phiếu cho chuỗi băm để xác nhận khối. Tuy nhiên, trong các cơ chế đồng thuận truyền thống, thường sử dụng phương pháp phát tán khối, tức là một xác thực viên nhận được khối và sau đó gửi cho các xác thực viên xung quanh, điều này sẽ gây ra sự dư thừa lớn trong mạng, vì một xác thực viên nhận được cùng một khối không chỉ một lần.

Trong Solana, do có một lượng lớn các giao dịch bỏ phiếu của người xác thực, và do sự tập trung của các nút Leader mang lại hiệu quả cao cùng với thời gian Slot 400ms, điều này dẫn đến kích thước khối tổng thể và tần suất phát khối đặc biệt cao. Khi các khối lớn được phát tán, nó cũng sẽ gây ra áp lực lớn cho mạng. Solana áp dụng cơ chế Turbine để giải quyết vấn đề phát tán khối lớn.

( Turbine

Các nút Leader chia nhỏ khối thành các khối con gọi là shred thông qua một quá trình được gọi là Sharding, kích thước của chúng dựa trên MTU), lượng dữ liệu tối đa có thể gửi từ một nút đến nút tiếp theo mà không cần chia nhỏ thành các đơn vị nhỏ hơn là ###. Sau đó, dữ liệu được đảm bảo tính toàn vẹn và khả dụng bằng cách sử dụng giải pháp mã xóa Reed-solomon.

Bằng cách chia khối thành bốn Data Shreds, sau đó để ngăn chặn việc mất gói và hư hỏng trong quá trình truyền dữ liệu, nên sử dụng mã hóa Reed-solomon để mã hóa bốn gói thành tám gói, bộ giải pháp này có thể chịu đựng tỷ lệ mất gói tối đa là 50%. Trong các thử nghiệm thực tế, tỷ lệ mất gói của Solana khoảng 15%, vì vậy bộ giải pháp này có thể tương thích tốt với kiến trúc hiện tại của Solana.

Trong việc truyền dữ liệu ở tầng dưới, thường sẽ xem xét việc sử dụng giao thức UDP/TCP. Do Solana có độ dung nạp cao đối với tỷ lệ mất gói, nên đã sử dụng giao thức UDP để truyền tải. Nhược điểm của nó là khi mất gói sẽ không được truyền lại, nhưng ưu điểm là tốc độ truyền nhanh hơn. Ngược lại, giao thức TCP sẽ truyền lại nhiều lần khi mất gói, điều này sẽ làm giảm đáng kể tốc độ truyền và thông lượng. Với sự xuất hiện của Reed-solomon, giải pháp này có thể tăng đáng kể thông lượng của Solana, trong môi trường thực tế, thông lượng có thể tăng gấp 9 lần.

Sau khi Turbine phân đoạn dữ liệu, nó sử dụng cơ chế truyền đa tầng để truyền tải, nút Leader sẽ giao khối cho bất kỳ một trình xác thực khối nào trước khi kết thúc mỗi Slot, sau đó trình xác thực đó sẽ phân khối thành các Shreds và tạo mã sửa lỗi, trình xác thực đó sẽ khởi động việc truyền Turbine. Đầu tiên, nó phải được truyền đến nút gốc, sau đó nút gốc sẽ xác định những trình xác thực nào ở cấp độ nào. Quá trình như sau:

1. Tạo danh sách nút: Nút gốc sẽ tổng hợp tất cả các xác thực viên đang hoạt động vào một danh sách, sau đó sắp xếp theo quyền lợi của từng xác thực viên trong mạng, ( tức là số lượng SOL đã được staking ), những người có trọng số cao hơn sẽ ở lớp đầu tiên, và cứ thế tiếp tục.

2. Nhóm nút: Sau đó, mỗi người xác thực ở lớp đầu tiên cũng sẽ tạo danh sách nút của riêng mình để xây dựng lớp đầu tiên của họ.

3. Hình thành tầng: Chia các nút thành các tầng từ đầu danh sách, bằng cách xác định hai giá trị độ sâu và độ rộng, có thể xác định hình dạng tổng thể của cây, tham số này sẽ ảnh hưởng đến tốc độ lan truyền của shreds.

Các nút có tỷ lệ quyền lợi cao, khi phân chia cấp bậc, ở một cấp độ cao hơn, thì có thể nhận được đầy đủ các shreds trước, lúc này có thể phục hồi khối hoàn chỉnh, trong khi các nút ở cấp độ sau, do tổn thất trong quá trình truyền tải, xác suất nhận được shreds đầy đủ sẽ giảm đi, nếu những shreds này không đủ để xây dựng các mảnh hoàn chỉnh, sẽ yêu cầu Leader truyền lại trực tiếp. Vào lúc này, dữ liệu truyền tải sẽ hướng vào bên trong cây, trong khi các nút ở cấp độ đầu tiên đã xây dựng xong khối xác nhận hoàn chỉnh, thời gian để các xác thực viên ở các cấp độ sau hoàn thành việc xây dựng khối và thực hiện bỏ phiếu sẽ càng lâu.

Ý tưởng của cơ chế này tương tự như cơ chế nút đơn của nút Leader. Trong quá trình truyền phát khối, cũng có một số nút ưu tiên, những nút này sẽ nhận được các mảnh shreds trước tiên để xây dựng khối hoàn chỉnh nhằm đạt được quá trình đồng thuận bỏ phiếu. Việc đẩy độ dư thừa vào sâu hơn có thể tăng tốc đáng kể quá trình Finality, đồng thời tối đa hóa thông lượng và hiệu quả. Bởi vì thực tế, vài lớp đầu tiên có thể đại diện cho 2/3 số nút, vì vậy bỏ phiếu của các nút sau đó sẽ không còn quan trọng.

( SVM

Solana có khả năng xử lý hàng nghìn giao dịch mỗi giây, chủ yếu nhờ vào cơ chế POH, đồng thuận Tower BFT và cơ chế truyền dữ liệu Turbine. Tuy nhiên, SVM là máy ảo chuyển đổi trạng thái, nếu nút Leader xử lý giao dịch chậm trong quá trình thực hiện, điều này sẽ làm giảm thông lượng của toàn bộ hệ thống. Do đó, để cải thiện tốc độ thực hiện giao dịch cho SVM, Solana đã đề xuất động cơ thực thi song song Sealevel.

Trong SVM, lệnh được cấu thành từ 4 phần, bao gồm ID chương trình, lệnh chương trình và danh sách tài khoản đọc/ghi dữ liệu. Bằng cách xác định xem tài khoản hiện tại đang ở trạng thái đọc hay ghi và liệu các thao tác thay đổi trạng thái có xung đột hay không, có thể cho phép song song hóa các lệnh giao dịch của tài khoản mà không có xung đột về trạng thái, mỗi lệnh được biểu thị bằng Program ID. Và đây cũng là một trong những lý do tại sao yêu cầu đối với các validator của Solana lại cao, vì yêu cầu các validator phải có GPU/CPU hỗ trợ khả năng SIMD) lệnh đơn đa dữ liệu### cũng như khả năng mở rộng vector cao cấp AVX.

Hệ sinh thái phát