Введение

Пул транзакций, также известный как «мемпул», представляет собой временное хранилище для неподтвержденных транзакций в блокчейне, ожидающих подтверждения и включения в блок. Появление Bitcoin привело к появлению концепции мемпула. Позднее Ethereum также включил ее в свою архитектуру. Когда пользователь инициирует транзакцию, например, обмен между двумя монетами, торгует на рынке DeFi или просто покупает NFT, транзакция транслируется в сеть и временно удерживается в мемпуле.

Он остается там до тех пор, пока валидаторы не подтвердят его и не включат в новый блок. Транзакции, отправленные в мемпул, упорядочиваются на основе их комиссий за транзакции, и транзакции с более высокими комиссиями за газ обычно завершаются первыми. Это заставляет валидаторов отдавать приоритет транзакциям с более высокими комиссиями, поскольку они получают комиссии за газ в качестве вознаграждения за транзакции, включенные в блок, который они добывают, по мере его добавления в блокчейн.

Мемпулы служат критически важными компонентами для блокчейнов, которые их используют. Мемпул обеспечивает обработку и подтверждение всех отправленных транзакций валидаторами, за исключением случаев, когда транзакция недействительна из-за неправильной подписи или когда в кошельке отправителя закончились средства. Мемпул создает рынок, который позволяет пользователям выбирать соответствующую комиссию за транзакцию, чтобы их транзакции обрабатывались быстрее во время перегрузки сети.

Ethereum и Bitcoin имеют общее количество неподтвержденных транзакций в 50-200 тыс. в своем mempool. Это часто зависит от доступности пространства блоков и в большинстве случаев вызывает несколько узких мест в сети, таких как низкая пропускная способность и перегрузка сети. Протокол gossip используется в Ethereum и Bitcoin для распространения memepools среди случайных узлов в одноранговой манере.

В основной сети Solana имеется более 1000 валидаторов, которые могут управлять размером мемпула 130 000. Это означает, что при пропускной способности сети 65 000 выполняется 130 000 мемпулов, а Solana может выполнять более 4000–4500 в секунду. Solana, высокопроизводительный блокчейн, рассматривается как блокчейн без мемпула, поскольку изначально он был разработан не для того, чтобы полагаться на мемпул; вместо этого он использует другой подход, поскольку он отправляет все сообщения о транзакциях на установленный валидатор для каждого слота, который помечен как лидер. Лидер заменяет каждые 4 слота, а расписание лидера заранее известно всем активным узлам сети. Это решение, которое предложила Solana, переносит кэширование сообщений о транзакциях на границу сети и называется Solana Gulf Stream .

Примечания: Транзакции Solana по умолчанию должны включать недавний хэш блока, который разработчики могут легко получить с помощью базового вызова API. Хэш блока Solana имеет до 150 слотов. По истечении этого времени он становится устаревшим, поэтому транзакции, в которых он упоминается, будут отброшены сетью. Это гарантирует, что необработанные транзакции не будут задерживаться. Хэши блоков в последнее время помогают в дедупликации транзакций.

История Гольфстрима

С момента запуска Gulf Stream претерпел по крайней мере два значительных обновления — QUIC и Stake-weighted QoS. Это также компонент основного протокола, который, как утверждают, испытал наибольшую нагрузку в последние годы из-за огромного всплеска сетевого трафика на Solana. Чтобы представить это в перспективе, когда валидатор берет на себя роль лидера, он может ожидать резкого увеличения входящего трафика, часто превышающего один гигабайт в секунду, поскольку вся сеть отправляет пакеты в его сторону.

БЫСТРЫЙ

Первоначально Solana полагалась на протокол UDP для отправки сообщений о транзакциях от узла RPC к текущему лидеру. Хотя UDP быстр и эффективен из-за отсутствия диалога рукопожатия, у него есть существенные недостатки, такие как ненадежность доставки данных, упорядочивание пакетов и предотвращение дублирования. Эти ограничения стали очевидны во время сетевых сбоев, вызванных атаками DDoS и спам-транзакциями, особенно во время событий с высоким спросом, таких как NFT mints.

Solana интегрировала протокол QUIC в свой процесс приема валидатора для решения этих проблем. В отличие от UDP, QUIC предлагает надежную передачу данных со встроенным контролем перегрузки и последовательностью пакетов, гарантируя более плавную и безопасную связь между узлами. Это обновление значительно улучшило стабильность и устойчивость сети, предотвратив будущие сбои и оптимизировав производительность Solana при высоких транзакционных нагрузках.

Протокол QUIC обеспечивает быструю асинхронную связь, как протокол UDP, но с сеансами и управлением потоком, как TCP. Хотя протокол QUIC имеет низкий уровень внедрения в секторе блокчейнов, он не является универсальным решением для Solana, поскольку сеть по-прежнему сталкивается с проблемами перегрузки во время многих рукопожатий QUIC. Среди всех существующих недостатков этого протокола, у него есть некоторые положительные стороны, поскольку QUIC является защищенным протоколом сетевого соединения, который избегает необходимости в двух рукопожатиях (TCP и TLS) и требует меньше пакетов для завершения. Он может быть долговечным после закрытия, обеспечивая более быстрый доступ к данным.

QUIC может повторно использовать сеанс через потоки и сеансовые билеты, минимизируя количество клиент-серверных соединений и предлагая быстрые, безопасные повторные соединения. Он также поддерживает миграцию соединений, позволяя соединениям выдерживать изменения IP, делая работу мобильного пользователя более плавной. QUIC также направлен на уменьшение или уменьшение воздействия таких атак, как отказ в обслуживании (DoS), воспроизведение, отражение, спуфинг и другие. Хотя он не может устранить все атаки, он направлен на то, чтобы сделать их более сложными для атак. В целом, QUIC предлагает более эффективный и безопасный опыт сетевого соединения.

QoS с учетом ставки

Solana Stake-weighed QoS — это реализация в сети Solana, которая позволяет лидерам идентифицировать и приоритизировать транзакции, проксированные через валидатор с ставкой в качестве дополнительного механизма сопротивления Сивилле. Этот механизм был реализован в сети Solana в начале 2024 года. В этом механизме валидаторы с более высокими ставками в сети могут передавать большие пакеты сообщений о транзакциях лидеру.

Например, валидатор с 0,5% доли может бороться с атаками Сивиллы со стороны остальной части сети и передавать до 0,5% пакетов лидеру. При включенном QoS с весом доли валидатор, имеющий долю 1%, будет иметь право отправлять до 1% пакетов лидеру. В этом методе валидаторы с более высокими долями гарантированно получат более высокое качество обслуживания, что не позволяет валидаторам более низкого качества (с меньшими ставками) намеренно заливать эти транзакции, что повышает общую устойчивость к атакам Сивиллы.

Внедрение этого механизма оказало значительное влияние на экосистему Solana, при этом коммерческие операторы инфраструктуры RPC и биржи стали основными бенефициарами. Операторы RPC хорошо позиционированы для обеспечения соглашений с застейканными валидаторами, что поможет им достичь более высокого процента транзакций, включенных в блоки. Между тем, биржи или другие организации, размещающие как узлы валидатора, так и узлы RPC в одной и той же инфраструктуре, могут уверенно включать эту функцию в своих системах, зная, что узлы RPC в их инфраструктуре надежны.

Различия между архитектурой Solana и традиционной архитектурой Mempool

Архитектура мемпула Solana и Ethereum имеет много различий.

• В блокчейне Ethereum ожидающие транзакции хранятся в публичном мемпуле и распределяются по узлам через протокол gossip, пока не будут включены в блоки. У Solana нет публичного мемпула. Вместо этого ожидающие транзакции передаются текущему лидеру.

• Транзакции Ethereum требуют плату за газ, а приоритет транзакции обычно привязан к цене газа. Транзакции Solana требуют фиксированную базовую плату за подпись (обычно 0,000005 SOL) с возможностью включения платы за приоритет для более быстрого выполнения транзакции.

• Реализация валидатора Solana по умолчанию также предлагает непрерывное производство блоков. Транзакции непрерывно поступают в валидатор для выполнения, затем производства блоков и, в конечном счете, распространения транзакций. В Ethereum ожидающие транзакции задерживаются валидатором или строителем блоков до того, как будут произведены целые блоки с 12-секундными интервалами. Непрерывное производство блоков подразумевает, что приоритетные сборы не гарантируют позицию в блоке.

• Ethereum зависит от внешних аукционов, таких как MEV-Boost, где валидаторы делают ставки на блок-пространство, а майнеры могут извлекать деньги через MEV (максимальная извлекаемая стоимость). Этот тип аукциона имеет доминирующую долю рынка (около 85% сети). Solana внедрила аукционы блок-пространства вне протокола (Jito), которые имеют уменьшенную долю рынка (около 25%). Это отражает различия в том, как Solana и Ethereum обрабатывают аукционы MEV и блок-пространства в своих экосистемах.

Заключение

В этой статье мы изучили уникальный механизм обработки транзакций Solana, сосредоточившись на его протоколе Gulf Stream и на том, как он отличается от традиционных архитектур mempool, таких как те, которые используются в Ethereum. Мы выделили непрерывное производство блоков Solana, фиксированные комиссии за транзакции и инновационное использование QUIC и QoS со взвешиванием по ставкам для оптимизации производительности и безопасности сети.