Solana 機制設計和架構深度解析

作者:Pavel Paramonov 來源:X,@paramonoww 翻譯:金色財經

過去的六個月,我閱讀了無數關於 Solana 機制設計和架構的文章和文檔。我將最重要的信息彙總在一篇長文中。內容涵蓋機制設計、費用市場、MEV 等主題。

以下是對所有問題的解答:

Solana 的共識模型:

‣ Solana 的歷史證明(Proof of History, PoH)共識模型本質上是“權益證明(Proof of Stake)+ 時間變量”。

‣ PoH 實質上是網絡的時鐘,用於跟蹤事件及其順序(不需要驗證者就時間達成共識)。

‣ Solana 沒有內存池(mempool)。

‣ 目前,大多數驗證者使用由 @solanalabs 提供的 Solana 客戶端中的調度器實現。不過,驗證者也可以選擇運行不同的區塊構建算法。

‣ 時間變量允許為每次輪換分配領導者,這些領導者將負責生產區塊。

詳細機制:

  • 當某驗證者被選為領導者時,它負責生產新區塊並將其提議到網絡中。
  • 領導權以固定間隔(稱為槽,slots)在驗證者之間輪換。
  • 每個槽持續 400 毫秒,在這段時間內,驗證者可以生成一個區塊。槽是按順序一個接一個地進行的。
  • 每個槽都會分配一位領導驗證者,用以提議新區塊,其他驗證者對區塊的有效性進行投票,最終確認區塊。
  • 如果驗證者錯過了其分配的槽,網絡將繼續處理下一個槽。

特點與流程:

  • Solana 使用基於分叉的投票機制,而不是單個區塊的投票。驗證者會連續生成區塊,並實時添加有效的投票。
  • 驗證者和委託者可以在一個週期(epoch)內質押或撤銷質押 SOL 代幣。
  • 根據質押的 SOL 數量,驗證者在共識過程中的參與度將在週期開始時確定。

Solana 的質押模型:

‣ Solana 在每個週期(epoch)結束時處理質押更新,每個週期大約持續 2-3 天,由 432,000 個區塊(槽)組成。

‣ 下一個週期的驗證者調度表基於更新後的質押信息確定。

驗證者的三大主要收入來源:

  • 交易手續費
  • 協議獎勵(通脹)
  • 最大可提取價值(MEV)

‣ 領導者收到的區塊獎勵包含基礎費用和優先費用的 50%(其餘 50% 被銷燬)。

‣ 更長的區塊時間可能會減少年度獎勵,因為週期數量減少,從而影響 $SOL 的總體分配。

‣ Solana 為每個週期計算通脹生成的 SOL 獎勵池,並根據上一週期的投票和質押狀態分配獎勵給驗證者和質押者。

Solana 的質押模型:

‣ Solana 在每個週期(epoch)結束時處理質押更新,每個週期大約持續 2-3 天,由 432,000 個區塊(槽)組成。

‣ 下一個週期的驗證者調度表基於更新後的質押信息確定。

驗證者的三大主要收入來源:

  • 交易手續費
  • 協議獎勵(通脹)
  • 最大可提取價值(MEV)

‣ 領導者收到的區塊獎勵包含基礎費用和優先費用的 50%(其餘 50% 被銷燬)。

‣ 更長的區塊時間可能會減少年度獎勵,因為週期數量減少,從而影響 $SOL 的總體分配。

‣ Solana 為每個週期計算通脹生成的 SOL 獎勵池,並根據上一週期的投票和質押狀態分配獎勵給驗證者和質押者。

Solana 的投票模型:

Solana 對驗證者沒有嚴格的最低 SOL 要求,但參與共識需要一個投票賬戶。

‣ 驗證者對槽領導者的提案進行投票,這需要一個投票賬戶,併為每次投票支付交易費用。

‣ Solana 的鏈上投票機制為每次投票收取交易費用。較高的 $SOL 價格會因交易費增加而提高驗證者投票的運營成本。

費用詳情:

  • 每次投票成本為 0.000005 SOL,驗證者在每個週期大約花費 2-3 SOL 進行投票。
  • 一個週期持續 2-3 天,每年大約花費 300-350 SOL,摺合每天約 1 SOL。

Solana 的費用市場:

‣ Solana 的費用機制包括兩個部分:基礎費用和優先費用。

‣ 費用被拆分為分配給驗證者和銷燬的部分,但現有機制存在一些侷限性:

  • 它未能激勵高效使用資源或對齊各方激勵。

‣ 創建新賬戶需要支付費用(租金豁免費)。

  • 費用按固定費率計算,每 MB 存儲需支付 6.96 SOL。
  • 該費用分配到新創建的賬戶中,若賬戶被刪除可取回。

侷限性:

  • 基礎費用未考慮實際計算單元(CU)使用 -> 導致資源浪費
  • 優先費用較弱 -> 僅在擁堵時有效
  • 驗證者只獲得費用的 50% -> 激勵不足(依賴通脹補貼)

基於質押權重的服務質量(SWQoS):

‣ 在網絡擁堵情況下,SWQoS 機制可用於優先處理某些類型的交易。

‣ SWQoS 根據驗證者的質押數量優先處理網絡流量,防止低質押驗證者通過垃圾交易淹沒網絡。

連接類型:

  • 開放連接:公共使用
  • 基於質押權重的連接:保留給驗證者使用,RPC 節點可通過信任關係利用驗證者連接。

優勢:

  • 提升有質押驗證者的交易性能
  • 增強網絡韌性
  • 提高 Sybil 攻擊抵抗力

挑戰:

  • 質押集中化風險
  • 驗證者與 RPC 節點之間的信任問題
  • 小型驗證者的進入壁壘

‣ SWQoS 優先考慮網絡訪問,而優先費用優先考慮交易排序

關於節點與驗證者:

‣ 所有驗證者都是節點,但並非所有節點都是驗證者。

‣ 節點的類型:

  • 驗證節點:負責簽名和投票
  • RPC 節點:處理錢包和 DEX 請求

‣ 交易會指定可寫賬戶:

  • 影響相同賬戶的交易按順序處理;
  • 影響不同賬戶的交易可順序或並行處理。

Solana 的流動質押(Liquid Staking):

‣ Solana 採用委託權益證明(Delegated PoS, DPoS)。

‣ 用戶將 SOL 質押到驗證者池中,並可以獲得 LST(流動質押代幣)。

‣ 質押獎勵直接與借貸收益競爭:

  • 如果借貸收益高於質押獎勵,驗證者可能會撤回資金,可能對網絡安全產生影響。

LST 代幣的兩種類型:

  1. 獎勵型代幣或再基礎代幣。
  • 用戶質押 10 SOL 至質押池,獲得 10 個 LST 代幣。
  • 質押池將這些 SOL 分配給多個驗證者,獲得 vSOL。
  • 這些 vSOL 代表驗證者的質押獎勵。
  • LST 代幣由這些 vSOL 支持。
  • 驗證者 LST 代幣(專屬代幣)。
  • 用戶質押 10 SOL 至驗證者 LST,獲得 v_lstSOL 代幣,代表其質押 SOL 的權益。
  • 驗證者將質押池內的 SOL 質押至 Solana 網絡,獲得 sSOL。
  • 這些 sSOL 代表驗證者對質押 SOL 和相關獎勵的權益。

Solana 的 MEV:

‣ 當前區塊的領導者對區塊生產和調度有完全控制權。

‣ 領導者被激勵通過優先費用處理交易,但未必強制執行。

‣ MEV 對 Solana 的負面影響:

  • 超過 50% 的計算資源被浪費在失敗的套利嘗試上。

‣ Solana 沒有公共內存池(mempool),交易直接轉發給當前和下一個領導者。

Ethereum MEV 與 Solana MEV 的區別:

區塊生產方式:

  • Solana 的默認驗證者持續生產區塊,流暢處理和包含交易。
  • 以太坊則按 12 秒為一批次處理交易。

MEV 的影響:

  • 以太坊:
  • 網絡費用高
  • 區塊空間減少
  • 用戶被夾擊和搶跑
  • Solana:
  • 搜索者通過垃圾交易嘗試擠入交易。
  • 失敗的交易浪費計算資源。
  • 少數搜索者獲得大部分利潤。
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