Wstęp

Pula transakcji, znana również jako „mempool”, to tymczasowy obszar przechowywania niepotwierdzonych transakcji na blockchainie, które oczekują na potwierdzenie i włączenie do bloku. Pojawienie się Bitcoina doprowadziło do wprowadzenia koncepcji mempool. Ethereum później włączyło ją również do swojej architektury. Gdy użytkownik inicjuje transakcję, taką jak zamiana między dwiema monetami, handel na rynku DeFi lub po prostu zakup NFT, transakcja jest transmitowana do sieci i tymczasowo przechowywana w mempool.

Pozostaje tam, dopóki walidatorzy nie potwierdzą go i nie dołączą do nowego bloku. Transakcje przesyłane do mempool są organizowane na podstawie opłat transakcyjnych, a transakcje z wyższymi opłatami za gaz są zazwyczaj finalizowane jako pierwsze. To sprawia, że walidatorzy priorytetowo traktują transakcje z wyższymi opłatami, ponieważ otrzymują opłaty za gaz jako nagrody za transakcje zawarte w bloku, który wydobywają, gdy jest on dodawany do łańcucha bloków.

Mempoole są krytycznymi komponentami dla blockchainów, które je wykorzystują. Mempool zapewnia, że wszystkie przesłane transakcje są przetwarzane i potwierdzane przez walidatorów, z wyjątkiem przypadków, gdy transakcja jest nieważna z powodu nieprawidłowego podpisu lub gdy portfel nadawcy wyczerpał środki. Mempool tworzy rynek, który pozwala użytkownikom wybrać odpowiednią opłatę transakcyjną, aby ich transakcje były przetwarzane szybciej w okresach przeciążenia sieci.

Ethereum i Bitcoin mają łączną liczbę 50 tys.–200 tys. niepotwierdzonych transakcji w swojej puli pamięci. Często zależy to od dostępności przestrzeni bloków i najczęściej powoduje kilka wąskich gardeł w sieci, takich jak niska przepustowość i przeciążenie sieci. Protokół plotek jest używany w Ethereum i Bitcoin do rozprzestrzeniania puli pamięci wśród losowych węzłów w trybie peer-to-peer.

W sieci głównej Solana jest ponad 1000 walidatorów, którzy mogą zarządzać rozmiarem puli pamięci wynoszącym 130 000. Oznacza to, że przy przepustowości sieci wynoszącej 65 000, wykonywany jest 130 000 puli pamięci, a Solana może wykonywać ponad 4000 do 4500 na sekundę. Solana, wysoce wydajny blockchain, jest postrzegany jako blockchain bez puli pamięci, ponieważ został zaprojektowany od początku tak, aby nie polegać na puli pamięci; zamiast tego wykorzystuje inne podejście, ponieważ wypycha wszystkie wiadomości transakcyjne do ustawionego walidatora dla każdego slotu, który jest oznaczony jako lider. Lider zastępuje co 4 sloty, a harmonogram lidera jest znany z góry wszystkim aktywnym węzłom sieci. To rozwiązanie, które zaproponowała Solana, wypycha buforowanie wiadomości transakcyjnych na skraj sieci i nazywa się Solana Gulf Stream .

Uwagi: Transakcje Solana domyślnie muszą zawierać ostatni blockhash, który deweloperzy mogą łatwo uzyskać za pomocą podstawowego wywołania API. Blockhash Solana ma do 150 slotów. Po tym czasie staje się nieaktualny, więc transakcje, które go wspominają, zostaną usunięte przez sieć. Gwarantuje to, że nieprzetworzone transakcje nie mogą się zalegać. Ostatnio hashe bloków pomagają w deduplikacji transakcji.

Historia Prądu Zatokowego

Od momentu uruchomienia Gulf Stream doświadczył co najmniej dwóch znaczących ulepszeń — QUIC i Stake-weighted QoS. Jest to również składnik protokołu rdzeniowego, który prawdopodobnie doświadczył największego obciążenia w ostatnich latach z powodu ogromnego wzrostu ruchu sieciowego na Solana. Aby to ująć w perspektywie, gdy walidator przyjmuje rolę lidera, może on oczekiwać gwałtownego wzrostu ruchu przychodzącego, często przekraczającego jeden gigabajt na sekundę, ponieważ cała sieć wysyła pakiety w jego kierunku.

SZYBKO

Początkowo Solana polegała na protokole UDP, aby wysyłać komunikaty transakcyjne z węzła RPC do obecnego lidera. Podczas gdy UDP jest szybki i wydajny ze względu na brak dialogu handshaking, ma znaczące wady, takie jak zawodność w dostarczaniu danych, porządkowaniu pakietów i zapobieganiu duplikacji. Ograniczenia te stały się widoczne podczas zakłóceń sieci spowodowanych atakami DDoS i transakcjami spamowymi, szczególnie podczas wydarzeń o dużym zapotrzebowaniu, takich jak NFT mints.

Solana zintegrowała protokół QUIC ze swoim procesem pobierania walidatorów, aby sprostać tym wyzwaniom. W przeciwieństwie do UDP, QUIC oferuje niezawodną transmisję danych z wbudowaną kontrolą przeciążenia i sekwencjonowaniem pakietów, zapewniając płynniejszą i bezpieczniejszą komunikację między węzłami. Ta aktualizacja znacznie poprawiła stabilność i odporność sieci, zapobiegając przyszłym zakłóceniom i optymalizując wydajność Solany przy dużych obciążeniach transakcyjnych.

Protokół QUIC umożliwia szybką komunikację asynchroniczną, taką jak protokół UDP, ale z sesjami i kontrolą przepływu, taką jak TCP. Chociaż protokół QUIC ma niski wskaźnik adopcji w sektorze blockchain, nie jest to uniwersalne rozwiązanie dla Solany, ponieważ sieć nadal napotyka problemy z przeciążeniem podczas wielu uzgadniań QUIC. Pośród wszystkich istniejących wad tego protokołu ma on pewne zalety, ponieważ QUIC jest bezpiecznym protokołem połączenia sieciowego, który eliminuje potrzebę dwóch uzgadniań (TCP i TLS) i wymaga mniejszej liczby pakietów do ukończenia. Może być trwały po zamknięciu, zapewniając szybszy dostęp do danych.

QUIC może ponownie wykorzystać sesję za pośrednictwem strumieni i biletów sesji, minimalizując liczbę połączeń klient-serwer i oferując szybkie, bezpieczne ponowne połączenia. Obsługuje również migrację połączeń, umożliwiając połączeniom przetrwanie zmian IP, dzięki czemu mobilne doświadczenie użytkownika jest bardziej płynne. QUIC ma również na celu zmniejszenie lub zmniejszenie wpływu ataków, takich jak Denial of Service (DoS), replay, reflection, spoofing i innych. Chociaż nie może usunąć wszystkich ataków, ma na celu utrudnienie atakowania. Ogólnie rzecz biorąc, QUIC oferuje bardziej wydajne i bezpieczne doświadczenie połączenia sieciowego.

QoS ważony stawką

Solana Stake-weighed QoS to implementacja w sieci Solana, która umożliwia liderom identyfikowanie i priorytetyzowanie transakcji przekazywanych przez staked validator jako dodatkowy mechanizm oporu Sybil. Mechanizm ten został zaimplementowany w sieci Solana na początku 2024 r. W tym mechanizmie walidatorzy z wyższymi udziałami w sieci mogą przesyłać duże pakiety komunikatów transakcyjnych do lidera.

Na przykład walidator z 0,5% udziału mógłby zwalczać ataki Sybil z reszty sieci i przesyłać do 0,5% pakietów do lidera. Przy włączonym QoS ważonym udziałem, walidator z 1% udziałem będzie miał prawo wysyłać do 1% pakietów do lidera. W tej metodzie walidatorzy z wyższymi udziałami mają gwarancję otrzymania wyższej jakości usługi, co zapobiega celowemu zalewaniu tych transakcji przez walidatorów niższej jakości (z mniejszym udziałem), zwiększając ogólną odporność na Sybil.

Wprowadzenie tego mechanizmu miało znaczący wpływ na ekosystem Solana, a komercyjni operatorzy infrastruktury RPC i giełdy wyłaniają się jako główni beneficjenci. Operatorzy RPC są dobrze przygotowani do zawierania umów z obsadzonymi walidatorami, co pomoże im osiągnąć wyższy procent transakcji zawartych w blokach. Tymczasem giełdy lub inne organizacje hostujące zarówno walidatora, jak i węzły RPC na tej samej infrastrukturze mogą pewnie włączyć tę funkcję w swoich systemach, wiedząc, że węzły RPC na ich infrastrukturze są niezawodne.

Różnice między architekturą Solana a tradycyjną architekturą Mempool

Istnieje wiele różnic w architekturze mempoolu Solany i Ethereum.

• W blockchainie Ethereum oczekujące transakcje są przechowywane w publicznym mempool i są rozprowadzane za pośrednictwem protokołu gossip między węzłami, aż do uwzględnienia w blokach. Solana nie ma publicznego mempool. Zamiast tego oczekujące transakcje są przekazywane do bieżącego lidera.

• Transakcje Ethereum wymagają opłaty za gaz, a priorytet transakcji jest zazwyczaj powiązany z ceną gazu. Transakcje Solana wymagają stałej opłaty bazowej za podpis (zwykle 0,000005 SOL), z możliwością uwzględnienia opłaty priorytetowej w celu szybszego wykonania transakcji.

• Domyślna implementacja walidatora Solany oferuje również ciągłą produkcję bloków. Transakcje są stale wprowadzane do walidatora w celu wykonania, następnie produkcji bloków i ostatecznie propagacji transakcji. W Ethereum oczekujące transakcje są wstrzymywane przez walidatora lub budowniczego bloków, zanim całe bloki zostaną wyprodukowane w 12-sekundowych odstępach. Ciągła produkcja bloków oznacza, że opłaty priorytetowe nie gwarantują pozycji w bloku.

• Ethereum jest zależne od zewnętrznych aukcji, takich jak MEV-Boost, gdzie walidatorzy licytują przestrzeń blokową, a górnicy mogą wydobywać pieniądze za pośrednictwem MEV (maksymalna wartość możliwa do wydobycia). Ten typ aukcji ma dominujący udział w rynku (około 85% sieci). Solana wdrożyła aukcje przestrzeni blokowej poza protokołem (Jito), które mają zmniejszony udział w rynku (około 25%). Odzwierciedla to różnice w sposobie, w jaki Solana i Ethereum obsługują aukcje MEV i przestrzeni blokowej w swoich ekosystemach.

Wniosek

W tym artykule zbadaliśmy unikalny mechanizm obsługi transakcji Solany, skupiając się na protokole Gulf Stream i tym, jak różni się on od tradycyjnych architektur mempool, takich jak te używane przez Ethereum. Podkreśliliśmy ciągłą produkcję bloków Solany, stałe opłaty transakcyjne i innowacyjne wykorzystanie QUIC i Stake-weighted QoS w celu optymalizacji wydajności sieci i bezpieczeństwa.