Solana状态增长解决方案：创新与优化

Solana 的状态增长问题与解决方案

Solana 每天新增约 100 万个账户，总状态已超过 5 亿，快照大小约为 70GB。虽然这些数字在硬件改进的情况下是可以管理的，但 Solana 虚拟机（SVM）运行时的目标是提供最便宜的硬件访问方式。为此，我们需要在当前硬件限制内有效管理状态和内存。

首先，来看一下 PCI 带宽。截至 2024 年，PCI 带宽可以达到 0.5 Tbs 到 1 Tb 的吞吐量，也就是每秒 64GB 到 128GB。虽然听起来很大，但如果一个交易读取/写入 128MB，128GBps 的 PCI 带宽会将链的 TPS 限制在 1000 左右。实际上，大多数交易访问的是最近加载并缓存到 RAM 中的内存。所以，理想的设计应该是允许加载 1000 个具有 128MB 新状态的交易，再加上 10k 或更多读取和写入现有缓存状态的交易。

创建新账户需要证明该账户当前不存在。这通常是在每个验证器上自动完成的，因为每个验证器都有当前所有有效账户的完整索引。即使账户数据不存储在本地，只存储数据的哈希，5 亿个账户也会占用 32 字节的密钥 + 32 字节的数据哈希，即每项 64 字节，总共 32 GB。这已经足够保证 RAM 和磁盘的分离了。

在某些快照大小下，如果部分网络出现硬件故障，冷启动新系统所需的时间足以延长最坏情况的重启时间。随着带宽和硬件的改进，情况每天都在变化，而 Solana 并没有接近这个限制，但这个限制在任何时间点都存在。

内存和磁盘具有不同的性能特征和限制。如果 SVM 不区分，那么交易和限制就必须针对最坏的情况进行定价，这会限制性能。在交易执行期间，所有账户密钥至少必须可用，并且总账户数量将影响 RAM 和磁盘 PCI 带宽利用率。快照不能任意增大。理想的解决方案是：

Binary Trie mining

Binary Trie 作为快照的一部分被跟踪。

新账户证明

要创建一个新账户，用户必须证明该账户在 Trie 中不存在。维护整个状态的验证器可以生成账户不在 Trie 中的证明。这给用户带来了负担，他们必须始终与大型状态提供者连接以生成这些证明。或者，用户可以证明他们的账户是用最近的 PoH 哈希创建的。支持这一点的最简单的方法是生成新的 PKI，账户地址是哈希（最近的 PoH 哈希，PKI::public_key）。鉴于 Trie 中的账户必须首先进行状态压缩，这需要一个完整的 epoch。Trie 中的任何账户都不可能使用最近的 PoH 哈希来生成地址。其他可以支持的方法是 PKI 创建本身可以提供一个证明，证明私钥是用哈希（用户隐藏的秘密，最近的 PoH 哈希）创建的。

LSR

Lightweight Simple Rent，又称 Less Stupid Rent。如何为分配新账户的成本定价，以及如何确保旧的废弃账户最终得到压缩，并减少系统的整体负载和新用户的价格？需要恢复租金（Rent）制度。Rent 是指当前状态下的账户应该支付 X 美元 / 字节 / 天的费用，就像 AWS 上的账户支付存储费用一样。

Rent Rate bonding curve

RentRate = K*(state_size)^N

无论当前状态大小如何，如果很小，费率应该很低，如果接近快照限制，费率应该非常高。

Allocation Minimum Bonding Price

账户必须至少存在一个 epoch。分配需要将账户带入 Hot 状态。热账户应该在缓存期间存在。

New Account bond = Epoch Slots * RentRate * Account::size

新账户的余额中必须至少有这么多的 lamports 才能创建。

Hot Account Burn

lruturnverrate = 每个账户在 LRU 缓存中平均占用的时间，最大值为 1 epoch。这个值可以是一个常数，也可以在链下计算，并作为中位数权益加权常数报告给 SVM。

压缩

当（current slot - account::creation_slot) * RentRate * account::size > account::lamports 时，压缩账户并烧毁所有 lamports。

上述解决方案，应该会让 State 很便宜，因为随着时间的推移，未使用的账户最终会达到 lamports 0，并将被压缩。所以数据开销会减少，甚至索引开销也会减少，这将减少当前状态的大小。减少状态的大小将降低超二次分配的成本。