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本文转自The Block: https://www.theblockcrypto.com/genesis/76615/solan…
摘要
l Solana是一个可通过将共识机制与区块生成分开、无需分片技术即可来扩展交易吞吐量的区块链网络。
l 2019年7月，Solana在Multicoin Capital领投的A轮融资中筹集了2000万美元。2020年，Solana通过CoinList出售了价值180万美元的SOL代币。
l 最近，加密交易所FTX在Solana区块链上推出了去中心化交易所Serum。
不破坏可组合性来实现扩展性
尽管大多数下一代区块链网络旨在通过分片来扩展交易吞吐量，即将区块链的验证工作划分为较小的碎片（”分片”），但Solana尝试在基础层上，在保持单个统一网络的同时，解决扩展问题。
无需分片技术即可实现扩展性的主要原因是，因为破坏了（或至少限制了）智能合约的可组合性。 去中心化金融的优势之一是可组合性，即开发者能够轻松地实现在他人工作基础上进行集成整合以及开发。
例如，对于像 1Inch.Exchange 这样的去中心化交易所聚合商而言，可组合性至关重要，因为这样就可以立即从而在多个交易所中脱颖而出，提供最佳兑换比率。可组合性的另一个突出的应用案例是闪电贷，贷方可以提供仅在单次交易中有效的贷款，且该贷款必须在交易结束之前偿还。目前大多数DeFi应用程序，都以某种方式利用可组合性，例如 Augur使用Uniswap作为价格预言机。
分片实际上是它们自己的区块链网络，即使每个分片的验证者节点都是从一个全局池（即，以太坊2.0上的ETH抵押者）中选出来的。 为了使分片实现彼此之间能够相互通信，它们必须经过一个保护分片之间消息的区块链。这个过程需要时间、以及强烈的共识机制，此外还需要分片内进行交易验证。
在以太坊2.0中，主链被称为信标链（Beacon Chain）。而在Polkadot中，主链叫中继链（Relay Chain）。 可互操作性的区块链网络（如Cosmos）中，一样也缺少可组合性，在Cosmos网络中，ATOM令牌持有者，不保护他们所连接的应用程序专用链，而是由每个区块链来负责其自身的安全性。
Layer 2的解决方案，也不能解决可组合性问题。 用户必须将其令牌转移到另一个环境（状态通道、或者汇总链）中，并在进入另一个应用程序之前提走他们的令牌。 Layer 2网络上的智能合约，无法直接与在以太坊主链或其他汇总链上的智能合约进行交互。
例如，冒着用户进入失败的风险，调解员可以实现更快地出入链下环境。但是要实现即时交互还是非常困难的。
尝试将与终端用户的接缝进行隐藏，以便在不可直接组合的系统之间进行交互，这也为生态系统带来了成本。 尝试与不同的Layer2网络集成的钱包，需要同步最新的实现方式、以及它们之间潜在的互操作方法。用户可能需要依靠经济假设，才能在不同环境之间快速切换，流动资金池被隔离到自己的网络中，等等。
Web3最佳的用户体验之一，是单点登录，即无需创建帐户或存入资金即可使用新服务。随着Layer 2解决方案变得越来越重要，这种情况可能会改变。 拆分区块链的状态，会给当前尚未解决问题的用户、开发者和服务提供商带来更多复杂的情况。
另外，从工程的角度来看，实际上分片是很难实现的。 像Ethereum 2.0和Polkadot这样的高质量项目，仍可能需要一两年的时间，才能全面实现。
达成共识之前的时钟
Solana的主要设计，是将区块生产与共识机制分开。 这意味着Solana验证者节点总是在产生区块，然后他们可以就这些区块包含的确切内容达成一致。
Solana为什么要这样做？如果将区块链网络比作时钟，会更加容易理解。每个区块都是时间的基准单位，区块的内容是对发生事件的记录，从而定义了未来区块中可能会发生的事情。
在比特币网络中，通过耗费电力，来找到那些使用SHA-256有效证明的矿工（”领导者”），以生产新的区块。网络难度进行了调整，因此出块过程平均需要10分钟。根据比特币网络的共识机制，用户将沿用最长链来工作。如果有很多矿工同时生产多个有效区块，向其添加的区块最多的一条链将成为主链（分叉选择规则）。
权益证明的区块链，是根据矿工获得的加权份额，来轮换领导者（即区块生产者），并且通常当 ⅔ 的验证者进行有效的区块签名后，网络才会达成共识。与比特币网络存在概率的最终性不同，这种 ⅔ 共识机制可以确保区块的最终性和不可逆性。
为了复制信任度最小化区块链的功能，Solana的第一步，是通过使用SHA-256哈希函数作为可验证的延迟函数来定义通用时钟。简而言之，这意味着该函数需要一定数量的步骤来进行计算，从而证明已经在现实世界中花费了一些时间来计算该函数。 在Solana网络中，这个过程称为历史证明（Proof-of-History）。
验证者节点运行不断循环的SHA-256算法，即上一个区块的输出值将作为下一个区块的输入值。 更重要的是，生成数据结构的确花费了时间，每个人都认为生成这个区块花费了一定的工作量。
该过程的一个关键点是，它不是像比特币网络那样，是争夺挖矿能力的竞赛。比特币挖矿是运算SHA-256算法只能在单个CPU内核上完成，并且不可并行。 但是，新的验证器节点可以通过使用并行的多个GPU来验证输出值，而从同步到区块链的当前状态。这意味着，可以有效地验证区块链的历史记录。
每一步，都可以对交易的状态更新进行哈希处理并将其放入数据结构中。通过这个操作，由于将交易数据发布到了特定的区块高度上，将改变后续的所有哈希值，以证明该特定交易是在特定的时间上发生的，并且任何更改该信息的人，创建的区块都是无效的。
这与比特币和以太坊的工作方式类似，其中区块头是Merkletree根，将区块中的所有交易数据与SHA256生成的有效区块头合并在一起，从而为每个区块创建唯一的指纹识别。
由于生成区块是在本地进行的，因此无论从外部接收什么信息，每个验证者节点都可以继续生成区块。因此Solana验证者节点可以像它们的GPU芯片处理交易一样，快速生成和验证区块。Solana网络中，区块时间为400毫秒，相比之下，以太坊为15秒，比特币为10分钟。
权益证明的区块链系统（例如Tendermint），通常需要进行多轮通信，才能对区块进行投票和确认。Solana网络的验证者节点，不必等待接收其他验证者节点关于区块有效性的通信，因为经过一定的时间后，它们可以跳转到生成下一个区块。
当交易广播到比特币或以太坊区块链网络时，交易中的信息就会得到确认，并且每个区块都会增加更多的经济安全性。在Solana网络中，验证者节点在无需进行对等通信的情况下，就可以创建类似的数据结构。
锁仓SOL从而达到共识
Solana的共识机制Tower BFT，与其他权益证明的网络相似。因为验证者节点将其令牌抵押到特定版本（叉）的区块链后，以换取奖励。在特定的时间段中，将选择一名验证者节点作为负责人，他可以在区块链中生成有效的区块，这与比特币工作量证明中获胜的矿工的角色类似。
Tower BFT的核心，是验证者节点将其SOL令牌锁仓在链的分支之后，并在特定时间段内承诺使用那些区块链网络。通过表决使用不同的分叉链从而违反锁定的，将通过削减SOL令牌来进行惩罚。这产生了经济动机来参与正确的分叉链，因为回滚会损失所有交易费用、通货膨胀的奖励，以及将代币锁定在错误的分叉链后的机会成本。
验证者节点必须投入区块链的特定分支的时间，是他们投票的每个额外插槽（400毫秒）时间的双倍。他们将第一个锁定分配到两个插槽，将第二个锁定分配到四个插槽，然后是八个，十六个，依此类推。在获得32票后，验证者节点将承诺使用2 ^ 32个插槽的分叉，即相当于54.5年。 当达到此票数后，奖励将进行分发，Solana区块链将认为这些交易实际上是不可逆的。
通过这种连续的投票，使Solana网络每400毫秒就可以传输一次区块，而无需等待验证者节点。 如果验证者节点没有发现到他们期望的有效区块，他们可以生成一个虚拟区块并等待发现后面具有超多数的有效叉子。
Solana的共识机制还解决了安全性的问题，即当某些验证者节点突然产生比其他任何人都快得多的ASIC来计算新区块的情况，比如具有更快的时钟并且可以超出区块链网络进行审查。
如果一个分叉有两票，以及锁定了四个插槽，即一个竞争分叉链必须至少提前四个插槽，并在两个插槽进行区块生产。 同样，10票需要锁定2 ^ 10（1024）个插槽的，以及需要1024/10（102.4x）更快的ASIC。
有趣的是，Solana得益于生产专用于SHA-256比特币挖矿的ASIC矿机竞赛。没有人可以生产出挖矿Solana块的新芯片，这意味着由Solana验证器维护的时钟将保持相对一致。
此外，Solana通过并行处理非重叠交易的方法，来加速智能合约的执行。 在Solana的虚拟机上，每条指令（智能合约代码）都会中继处理需要读取的帐户以及需要提前写入的帐户。
获得爆发力
简而言之，如果一个比特币矿工，每10分钟收到一次交易处理需求，实际上他们可能会花费100-200毫秒来处理该区块中的交易，然后闲置十分钟，等待到达下一个区块。而在Solana网络中，几乎不会浪费任何时间，因为验证者节点始终保持满负荷运行，以几乎相同的速度处理和产生新区块。
认为Solana处理方法不好的一个反对意见是，由于它对带宽和处理器的要求相对较高，因此去中心化的程度不够。 目前Solana每秒最多可处理50,000个交易，带宽要求为100 mbps。
支持Solana的观点是，大多数发达国家和地区都有足够的互联网资源来支持和参与Solana的共识机制。而且实际上，专业的验证者节点已经主导了权益证明的区块链网络。 Cosmos验证者节点中，45.6％是由前十个最大的矿池组成。 参与Solana网络所需的硬件安装费用仅需约为5,000美元，而许多以太坊矿工（那些业余爱好者们）在启动阶段就已经花费了相同的费用。
如今成为验证者节点，要求通过KYC / AML，因为Solana直接支付它们的验证工作。 一旦Solana的完整主网启动（预计在今年晚些时候）并启用通货膨胀奖励后，任何持有合适硬件的人都可以参与成为验证者节点。
总体而言，与以前大规模对单个统一区块链网络进行扩展相比，Solana的方法可以被认为是一种更加去中心化和信任最小化的方法。 大多数情况下，是通过委托权益证明系统（例如EOS），将验证者节点限制在一小部分参与者范围内。
对于除以太坊外的区块链网络来说，目前的问题是，要获得爆发力，就是要开发必须的基础设施来将用户带入Solana的应用程序中。推荐使用的Solana入门钱包，目前还是非常粗糙。
Solana网络上的第一个高性能项目是Serum，这是由加密货币交易所FTX主导开发的去中心化交易所。这个项目体现了互操作性的重要性，因为目前几乎所有有价值的代币都是基于以太坊网络的，并且在以太坊上进行交易。通过Solana-Ethereum桥，有可能实现轻客户端的使用，即类似于NEAR协议的彩虹桥。但由于gas费用成本高昂，因此很难对该桥以太坊一侧进行有效验证。在此之前，Solana可能不得不依靠类似于wBTC的托管桥。
假如2015年以太坊（或以太坊竞争对手）的设计类似于Solana，那么开发者和用户很可能认为，这是可行的去中心化智能合约平台。
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