揭开区块链的速度之王——Solana

绩效报告

这 最快的连锁店 CoinGecko 5 月 17 日发布的报告显示 Solana 是大型区块链中速度最快的 ，最高日均真实TPS达到1054（投票交易已剔除）。Sui是速度第二快的区块链，最高日均真实TPS达到854。BSC排名第三，但真实TPS还不到Sui的一半。

从这份报告中可以看出，性能表现最好的 Solana 和 Sui 都是非 EVM 兼容的区块链，并且 8 条非 EVM 兼容区块链的平均真实 TPS 为 284，而 17 条 EVM 兼容区块链和以太坊 Layer 2 的平均 TPS 仅为 74，非 EVM 兼容区块链的性能大约是 EVM 兼容区块链的 4 倍。

本文将探讨 EVM 兼容区块链的性能瓶颈 并揭示 Solana 的性能优势 .

EVM 兼容区块链的性能瓶颈

首先我们把EVM区块链推广到一般的区块链，一般来说区块链想要提高TPS可以通过以下几种方式：

• 提高节点性能： 通过堆砌硬件资源来提升节点性能。节点的硬件要求会影响去中心化程度，例如以太坊推荐配置为CPU 4核、内存16G、网络带宽25Mbps，普通用户级设备即可达到，去中心化程度较高；Solana推荐配置相对较高为CPU 32核、内存128G、网络带宽1Gbps，专业级设备才能达到，去中心化程度一般；

• 改进底层协议： 包括网络协议、密码学、存储等。改进区块链底层协议并不会改变区块链本身的属性，也不会影响区块链的运行规则，能够直接提升区块链的性能，但底层技术受到的关注较少，目前研究领域也未出现重大突破。

• 扩展块： 增加区块大小可以容纳更多交易，从而提高区块链的交易吞吐量。例如，比特币现金（BCH）将区块大小从 1MB 扩大到 8MB，随后扩大到 32MB。然而，扩大区块也会增加传播延迟并带来安全威胁，例如增加分叉和 DDoS 攻击的可能性；

• 共识协议： 共识协议保证区块链内所有节点对区块链的状态更新达成共识，是区块链最重要的安全闸门。区块链中已经采用的共识机制包括 PoW、PoS、PBFT 等。为了满足可扩展性的需求，高性能公链一般会对共识协议进行改进，并与自己的特殊机制相结合，比如基于 PoH 的 Solanas 共识机制，基于 Avalanche 的 Avalanches 共识机制。

• 交易执行： 交易执行只关心单位时间内处理的交易或计算任务数量。以太坊等区块链采用串行执行，以区块为单位执行智能合约交易。串行执行时，CPU性能瓶颈非常明显，严重制约了区块链的吞吐量。一般高性能公链会采用并行执行，有的也会提出更利于并行化的语言模型来构建智能合约，比如Sui Move。

对于 EVM 区块链， 最大的挑战在于交易执行 因为虚拟机，也就是交易的执行环境是有限的。EVM 主要有两个性能问题：

• 256 位： EVM 被设计为 256 位虚拟机，以便于处理以太坊的哈希算法，该算法将明确产生 256 位输出。但是，实际运行 EVM 的计算机需要将 256 位字节映射到本地架构上执行。一个 EVM 操作码将对应多个本地操作码，使得整个系统非常低效且不实用；

• 缺少标准库： Solidity 没有标准库，必须自己使用 Solidity 代码实现。虽然 OpenZeppelin 一定程度上改善了这种情况，他们提供了 Solidity 实现的标准库（通过将代码包含到合约中或者以 delegatecall 的形式调用已部署的合约），但是 EVM 字节码的执行速度远慢于预先编译好的标准库。

从执行优化的角度来看，EVM仍然存在两大不足：

• 静态分析难以进行： 区块链中的并行执行是指同时处理不相关的交易，将不相关的交易视为互不影响的事件。实现并行执行的主要挑战是确定哪些交易是不相关的，哪些交易是独立的。目前一些高性能公链会提前对交易进行静态分析，而EVM的动态跳转机制使得对代码进行静态分析非常困难；

• JIT 编译器不成熟： JIT 编译器（Just In Time Compiler）是现代虚拟机常用的优化方式，JIT 的主要目标是将解释执行转为编译执行，在运行时，虚拟机将热点代码编译为本地平台相关的机器码，并进行各种程度的优化。虽然目前也有 EVM JIT 项目，但还处于实验阶段，不够成熟。

因此在虚拟机的选择上，高性能公链倾向于使用基于 WASM、eBPF 字节码或 Move 字节码的虚拟机而非 EVM。例如 Solana 就使用了自己独有的虚拟机 SVM 和基于 eBPF 的字节码 SBF。

最快的链：Solana

Solana以其PoH（Proof of History）机制以及低延迟、高吞吐量而闻名，是最著名的以太坊杀手之一。

从本质上讲，PoH 是一种类似于可验证延迟函数 (VDF) 的简单哈希算法。Solana 使用连续运行的序列原像抗哈希函数 (SHA-256)，使用一次迭代的输出作为下一次迭代的输入。此计算在每个验证器的单个核心上运行。

虽然序列生成是顺序的和单线程的，但验证可以并行进行，从而可以在多核系统上进行高效验证。虽然哈希速度有上限，但硬件改进可能会带来额外的性能提升。

Solana 共识流程

PoH 机制充当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 4 个 slot 的固定时间间隔发生，每个 slot 目前设置为 400 毫秒。这种领导者轮换机制确保每个参与验证者都有公平的机会成为领导者，是 Solana 网络保持去中心化和安全性的重要机制，防止任何单个验证者在网络上获得过多权力。

在每个时隙期间，领导者都会提出一个包含从用户收到的交易的新区块。领导者验证这些交易，将它们打包成一个区块，然后将该区块广播给网络中的其他验证者。提出和广播区块的过程称为区块生产，网络中的其他验证者必须对区块的有效性进行投票。验证者检查区块的内容以确保交易有效并遵守网络规则。如果一个区块获得了权益权重的大多数投票，则该区块被视为已确认。这个确认过程对于维护 Solana 网络的安全性和防止双重支付至关重要。

当当前领导者的时间段结束时，网络不会停止或等待区块确认，而是转到下一个时间段，让后续领导者有机会生成区块，然后整个过程重新开始。这种方法确保 Solana 网络保持高吞吐量，并且即使某些验证器遇到技术问题或离线也能保持弹性。

Solana 性能

由于 Solana 网络可以提前确认领导者，因此 Solana 不需要公共内存池来保存用户的交易。当用户提交交易时，RPC 服务器会将其转换为 QUIC 数据包并立即转发给领导者验证器。这种方法称为 Gulf Stream，它允许快速的领导者转换和交易的预执行，从而减少其他验证器的内存负载。

Solana 的区块数据被带入内核空间，然后传递到 GPU 进行并行签名验证。一旦在 GPU 上验证了签名，数据就会被传递到 CPU 进行交易执行，最后返回到内核空间进行数据持久化。这种将数据分成多个不同硬件组件处理步骤的过程称为流水线，可以最大程度地提高硬件利用率，加快区块的验证和传输速度。

由于 Solana 的交易明确指定了要访问哪些账户，因此 Solana 的交易调度器可以使用读写锁机制并行执行交易。Solana 交易调度器的每个线程都有自己的队列，按顺序独立处理交易，尝试锁定（读写锁）交易的账户并执行交易，有账户冲突的交易将在稍后执行。这种多线程并行执行技术被称为 Sealevel。

领导者传播区块的过程将 QUIC 数据包（可选使用擦除编码）分成更小的数据包，并将它们分发给分层结构中的验证者。这项技术称为 Turbine，主要用于减少领导者的带宽使用量。

在投票过程中，验证者使用分叉投票的共识机制。验证者无需等待投票进行区块生产；相反，区块生产者会持续监控有效的新投票，并将其实时合并到当前区块中。这种共识机制称为 TowerBFT，通过实时合并分叉投票，Solana 确保了更高效、更精简的共识流程，从而提高了整体性能。

为了实现区块的持久性，Solana 开发了 Cloudbreak 数据库，该数据库以特定方式对账户数据结构进行分区，以受益于顺序操作的速度，并使用内存映射文件来最大限度地提高 SSD 的效率。

为了减轻验证者的负担，Solana 将数据存储从验证者转移到名为 Archiver 的节点网络。交易状态历史被分成许多片段，并使用擦除编码技术。Archiver 用于存储状态片段，但不参与共识。

总结

Solana 的愿景是成为一个软件能够按照硬件速度扩展的区块链，因此 Solana 充分利用当今计算机中可用的所有 CPU、GPU 和带宽功能来最大限度地提高性能，达到理论最大速度 65,000 TPS。

正是因为 Solana 的高性能和可扩展性，Solana 成为了处理高频交易和复杂智能合约的首选区块链平台。无论是年初的 DePIN/AI 赛道，还是近期大热的 Meme 赛道，Solana 都展现出了巨大的潜力。

在以太坊 ETF 推出后，Solana 也成为了呼声最高的下一只 ETF 加密货币，尽管 SEC 仍将 Solana 列为证券，短期内不会批准其他加密货币 ETF。但在加密市场，共识就是价值，Solana 的共识或许正变得像比特币和以太坊一样坚不可摧。

本文来源于网络：揭秘区块链速度之王——Solana

相关：ETH ETF 叙述交易指南：抓住 ETH 生态系统和 RWA 领域的黄金机会

原文作者：0X KYLE 原文翻译：TechFlow 引言 在本文中，作者分析了以太坊 ETF 的推出及其对市场的潜在影响，并提出了具体的交易策略。尽管在撰写期间市场已经发生变化，但作者认为仍有获利空间。本文不仅探讨了以太坊及其相关资产的表现，还涉及新监管环境下 RWA（现实世界资产）行业的机会。 正文内容 我于 2024 年 5 月 24 日开始撰写本文，当时 ETH 为 $3632.22，ONDO 为 $1.08。虽然在撰写过程中一些资产的价格发生了变动，但作者认为上涨潜力仍然存在，尽管风险/回报率有所降低……