Solana速度之谜：高性能区块链颠覆者

Solana 性能报告：揭秘高性能区块链的奥秘

CoinGecko 最近发布了一份《Fastest Chains》报告，结果让人眼前一亮：Solana 以日均真实 TPS 达到 1,504 的惊人速度，荣登大型区块链速度榜首。要知道，这个数字已经去除了那些“无效”的投票交易，含金量十足。紧随其后的是 Sui，但也只有 854 的 TPS，而币安链（BSC）则连 Sui 的一半都不到。

这份报告也揭示了一个有趣的现象：性能顶尖的 Solana 和 Sui 都是非 EVM 兼容的区块链。进一步分析，8 个非 EVM 兼容区块链的平均真实 TPS 为 284，而 17 个 EVM 兼容区块链和以太坊 Layer2 的平均 TPS 仅为 74。这意味着，非 EVM 兼容区块链的性能大约是 EVM 兼容区块链的四倍！

那么，EVM 兼容区块链的性能瓶颈究竟在哪里？Solana 又是如何做到如此高速的呢？

EVM 兼容区块链的性能瓶颈

要提升区块链的 TPS，通常有以下几种方法：

• 提升节点性能： 简单来说就是砸钱，用更好的硬件。但这样一来，节点的要求就高了，普通人玩不转，中心化程度也就上去了。
• 改进底层协议： 就像给高速公路升级，不改变规则，直接提速。但这种底层技术关注度不高，短期内很难有大的突破。
• 扩大区块： 就像增加货车的容量，一次能运更多东西。但这样容易造成拥堵，增加安全风险。
• 共识协议： 这是区块链的“灵魂”，保证大家对账本的记录达成一致。高性能公链通常会改进共识协议，比如 Solana 的 PoH 和 Avalanche 的雪崩协议。
• 交易执行： 这就像工厂的生产线，单位时间内能处理多少订单。以太坊是“串行”执行，效率比较低。高性能公链通常采用“并行”执行，就像多条生产线同时开工。

对于 EVM 区块链来说，由于虚拟机（交易的执行环境）的限制，最大的挑战在于交易执行。EVM 主要有两个性能问题：

• 256 位： EVM 被设计成 256 位的虚拟机，这主要是为了方便处理以太坊的哈希算法。但实际运行 EVM 的计算机需要把 256 位的字节映射到本地架构来执行，一个 EVM 操作码会对应多个本地操作码，效率大打折扣。
• 缺少标准库： Solidity 缺乏标准库，开发者需要自己用 Solidity 代码实现。虽然 OpenZeppelin 提供了一些帮助，但 EVM 字节码的执行速度远不如预编译好的标准库。

从执行优化的角度来看，EVM 还有两大不足：

• 难以做静态分析： 并行执行需要提前知道哪些交易互不影响。但 EVM 的动态跳转机制使得代码很难被静态分析。
• JIT 编译器不成熟： JIT 编译器是现代虚拟机常用的优化手段，可以将热点代码编译成机器码，提高执行效率。但目前 EVM JIT 的项目还处于实验阶段。

因此，高性能公链更多采用的是基于 WASM、eBPF 字节码或 Move 字节码的虚拟机，而非 EVM。例如，Solana 使用自己独特的虚拟机 SVM 和基于 eBPF 的字节码 SBF。

Solana：性能之王

Solana 以其 PoH（Proof of History，历史证明）机制以及低延迟、高吞吐量而闻名，被称为“以太坊杀手”。

PoH 的核心是一个类似于可验证延迟函数（VDF）的简单哈希算法。Solana 使用一个序列预映像抵抗的哈希函数（SHA-256）实现，该函数持续运行，用一次迭代的输出作为下一次的输入。这个计算在每个验证者的单个核心上运行。

虽然序列生成是顺序和单线程的，但验证可以并行进行，从而在多核系统上实现高效的验证。

Solana 共识流程

PoH 机制作为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。这种轮换以固定的时间间隔进行，每个槽（slot）目前设置为 400 毫秒。这种领导者轮换机制确保每个参与的验证者都有公平的机会成为领导者，防止任何单个验证者在网络上获得过多的权力。

每个槽的时间段，领导者提出一个新块，其中包含从用户收到的交易。领导者验证这些交易，打包成一个区块，然后将该块广播到网络的其余验证者。网络中的其他验证者必须对区块的有效性进行投票。如果一个区块获得了绝大多数权益权重的投票，则该区块被视为已确认。

当前领导者的时间段结束，网络不会停止或等待区块确认，而是会移动到下一个时间段，为后续领导者提供区块生产的机会。这种方法可确保 Solana 网络保持高吞吐量并保持弹性。

Solana 性能之道

• Gulf Stream： 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 服务器将其转换为 QUIC 数据包，并立即将其转发给领导者的验证者。
• 流水线技术： Solana 将区块数据带入到内核空间，然后传递给 GPU 进行并行签名验证，一旦 GPU 上验证了签名，数据就会传递给 CPU 进行交易执行，最后返回到内核空间做数据持久化。
• Sealevel： 由于 Solana 的交易显式指定访问哪些账户，Solana 的交易调度器可以利用读写锁机制并行执行交易。
• Turbine： 领导者传播区块的过程，将 QUIC 数据包划分为较小的数据包，并将它们分发给具有分层结构的验证者，主要是减少领导者的带宽使用。
• TowerBFT： 验证者在投票过程中，使用一种针对分叉投票的共识机制，通过实时合并分叉投票，确保了更高效、更精简的共识流程。
• Cloudbreak： 针对区块的持久化过程，Solana 开发了 Cloudbreak 数据库，通过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采用内存映射文件，从而最大限度地提高 SSD 的效率。
• Archiver： 为减轻验证者负担，Solana 将数据存储从验证者转移到名为 Archiver 的节点网络。

总结

Solana 的愿景是成为一个其软件按照硬件的速度扩展的区块链，因此 Solana 充分利用当今计算机中可用的所有 CPU、GPU 和带宽能力，以最大化性能，理论最大速度能达到 65,000 TPS。

正是因为 Solana 的高性能和拓展性，让 Solana 成为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，还是近期火热的 Meme 赛道，Solana 都展现出巨大的潜力。

以太坊 ETF 推出后，Solana 也成为下一个 ETF 呼声最高的加密货币。尽管 SEC 仍将 Solana 列为一种有待考量的资产，但加密市场，共识即价值，Solana 的共识或许正变得和比特币与以太坊一样坚不可摧。