Що таке proof-of-history і як це працює?
Потреба proof-of-history: пояснено
У розподіленій мережі, як-от блокчейн, синхронізація загальної хронології транзакцій є значним викликом. Більшість блокчейнів досягають цього за допомогою координації блоків через комунікацію всієї мережі; однак цей підхід може створювати затримки та уповільнювати фіналізацію транзакцій, особливо зі зростанням кількості вузлів у мережі.
Засновник Solana Анатолій Яковенко побачив спосіб вирішення цієї “проблеми годинника”, запропонувавши криптографічне рішення, яке надає історичний запис транзакцій. Надання кожній транзакції перевірюваного часового штампу дозволяє Solana створювати криптографічний порядок подій без необхідності постійного консенсусу мережі щодо часу або порядку. Це рішення, відоме як proof-of-history (PoH), стало ключовою особливістю, що виділяє Solana, дозволяючи їй досягати високих швидкостей без шкоди для децентралізації.
Solana стала однією з найбільш обговорюваних блокчейн-платформ першого рівня, головним чином завдяки своїй небувалій швидкості транзакцій і низьким комісіям. У основі цієї високопродуктивної платформи лежить інноваційна концепція proof-of-history (PoH).
На відміну від блокчейнів, таких як Bitcoin і Ethereum, які покладаються виключно на механізми консенсусу на зразок proof-of-work (PoW) або proof-of-stake (PoS), відповідно, Solana комбінує PoH із PoS для створення високопродуктивної, малозатримної системи.
Ця унікальна комбінація дозволяє Solana обробляти тисячі транзакцій за секунду, вирішуючи значні вузькі місця, з якими стикаються інші блокчейни.
Як працює proof-of-history (PoH)
Proof-of-history працює шляхом створення криптографічного годинника, який надає часові штампи кожній транзакції, створюючи запис, що може підтвердити час здійснення кожної транзакції.
Цей процес використовує перевірювану функцію затримки (verifiable delay function, VDF), у випадку Solana базовану на хешуванні SHA-256, для створення безперервного, послідовного ланцюжка хешів. Кожен хеш посилається на попередній, формуючи унікальну хронологію.
Унікальність PoH полягає в тому, що кожен хеш є водночас перевірюваним і залежним від попереднього. Цей ланцюжок хешів фактично створює “годинник”, якому можуть слідувати всі вузли в мережі, дозволяючи їм узгоджуватися щодо порядку транзакцій без прямої комунікації. Потім вузли можуть валідувати блоки та транзакції у попередньо визначеній послідовності, прискорюючи весь процес.
Як PoH пришвидшує консенсус у Solana
PoH дозволяє Solana досягати швидшого та ефективнішого консенсусу, попередньо впорядковуючи транзакції, що уможливлює швидкі блоки та обробку тисяч транзакцій за секунду.
У традиційних системах PoS або PoW блоки створюються через процес голосування всією мережею, що потребує консенсусу щодо часових штампів і порядку кожного блоку.
PoH дозволяє Solana пропускати цей крок, попередньо впорядковуючи транзакції, що означає, що валідатори можуть обробляти транзакції одразу після їх надходження, не очікуючи згоди всієї мережі. Це зменшує обсяг необхідної комунікації та робить процес валідації швидшим і ефективнішим.
Завдяки PoH Solana може досягти консенсусу набагато швидше, оскільки кожен вузол має доступ до однієї й тієї самої верифікованої хронології. Це забезпечує передбачувані й надшвидкі часи створення блоків — Solana регулярно досягає 400 мілісекунд для створення блоку, що є швидшим за багато централізованих систем. Завдяки вирішенню проблеми синхронізації PoH дозволяє Solana обробляти тисячі транзакцій за секунду з високою стабільністю.
Взаємодія між proof-of-history і proof-of-stake
Хоча PoH забезпечує хронологію та порядок транзакцій, PoS відповідає за вибір валідаторів і захист мережі.
У системі PoS Solana валідатори обираються на основі їхньої ставки в мережі. Чим вища ставка, тим більша ймовірність, що валідатор буде обраний для додавання нових блоків. Такий процес вибору з урахуванням ставки підтримує безпеку мережі, узгоджуючи стимули валідаторів зі станом мережі.
PoH і PoS працюють разом бездоганно. Ось як це функціонує:
- PoH надає упорядкований список подій, тоді як PoS визначає, хто отримає право додати їх до блокчейна.
- Обраний валідатор, також відомий як “лідер,” збирає й організовує транзакції відповідно до часових штампів PoH. Ця синергія між PoH і PoS дозволяє Solana підтримувати швидкість і безпеку, що стало викликом для багатьох інших блокчейнів.
Роль головного валідатора у створенні блоків у Solana
У Solana головний валідатор (або “лідер”) обирається для створення блоків у визначений проміжок часу. Цей валідатор відповідає за організацію та проставлення часових штампів транзакціям відповідно до хронології PoH.
Використовуючи PoH, лідер може поміщати кожну транзакцію в конкретний порядок, усуваючи необхідність у ручному перевірянні порядку транзакцій іншими валідаторами.
Після створення блоку лідером він перевіряється іншими вузлами.
Оскільки блок вже відповідає хронології PoH, перевірка здійснюється швидше та ефективніше. Роль головного валідатора є вирішальною для масштабованості Solana, оскільки забезпечує створення та підтвердження блоків із високою швидкістю.
Ось тематичний процес консенсусу, що поєднує PoH і PoS, створюючи блокчейн із високою пропускною здатністю та низькими затримками:
- Крок 1: Лідери валідаторів обираються на основі системи, враховуючи ставку. Валідатори з більшою ставкою Solana мають більше шансів бути обраними як лідери, що стимулює інвесторів підтримувати безпеку мережі.
- Крок 2: PoH визначає розклад оберту лідерів. Розклад відомий заздалегідь, і кожному лідеру призначається “слот” (тривалість близько 400 мс), протягом якого він збирає транзакції й формує блок.
- Крок 3: Під час свого слота лідер збирає транзакції з мережі, проставляючи кожній із них унікальний криптографічний часовий штамп. Це порядок транзакцій служить основою для їхньої верифікації іншими вузлами в правильній послідовності.
- Крок 4: Лідер формує упорядковані транзакції в блок із часовим штампом, що відповідає послідовності PoH. Такий запис виключає потребу в консенсусі між усіма валідаторами для кожної транзакції.
- Крок 5: Блок, створений лідером, розповсюджується мережею за допомогою протоколу Turbine, забезпечуючи високу ефективність навіть за великого навантаження транзакцій.
- Крок 6: Інші валідатори отримують та перевіряють блок відповідно до хронології PoH.
- Крок 7: Після валідації блок додається до блокчейна, завершуючи запис транзакцій. Ротація лідера передає цю роль іншому валідатору.
Додаткові інновації Solana: Turbine і Pipelining
Окрім PoH, Solana застосовує й інші технічні інновації, як-от Turbine і Pipelining, для подальшої оптимізації роботи мережі.
Передача даних великими мережами може бути повільною та викликати затримки. Turbine вирішує це шляхом розділення даних на дрібніші частини для паралельної передачі через вузли, подібно до того, як BitTorrent ділить файли. Це дозволяє зберігати низькі затримки та високу пропускну здатність навіть у масштабованих глобальних мережах.
Технологія Pipelining у Solana дозволяє різним етапам обробки транзакцій виконуватися одночасно. Цей розподіл завдань між ресурси забезпечує безперервний потік транзакцій, підвищуючи пропускну здатність і продуктивність системи.
Об’єднання Turbine і Pipelining із PoH дозволяє Solana працювати надзвичайно швидко, не стикаючись із традиційними вузькими місцями.
Чому Solana обходиться без мемпулу
Мемпул — це буфер для непідтверджених транзакцій, який більшість блокчейнів використовують для керування очікуваними операціями. Проте Solana не має традиційного мемпулу завдяки PoH. У системі Solana транзакції відразу отримують часові штампи, щойно вони потрапляють у мережу, що дозволяє їм оброблятися в реальному часі.
Ця обробка в реальному часі усуває потребу в мемпулі, оскільки транзакції не очікують у черзі — вони або приймаються та впорядковуються одразу, або відхиляються. Усунення мемпулу зменшує затримки й забезпечує швидкість обробки транзакцій, що є важливим чинником для збереження високої продуктивності.
Чи дозволяє PoH функціонувати Solana без мемпулу?
Унікальна функція часових штампів PoH дозволяє Solana працювати без мемпулу.
Оскільки PoH забезпечує вбудовану послідовність транзакцій, валідатори можуть негайно обробляти їх без необхідності тимчасового зберігання. Це спрощує потік транзакцій і дозволяє мережі працювати із великими обсягами без складнощів.
Хоча такий підхід надає значних швидкісних переваг, він також вимагає ретельного планування обов’язків валідаторів і безпеки мережі для уникнення перевантажень. Дизайн Solana урівноважує ці елементи, роблячи її одним із найшвидших блокчейнів на сьогодні.
Блокові лідери — вектор централізації в моделі консенсусу PoH?
Часте обрання одних і тих самих валідаторів як лідерів у механізмі PoH може централізувати процес створення блоків, потенційно знижуючи різноманітність валідаторів й збільшуючи ризики, пов’язані з добуванням максимального цінностного прибутку (MEV).
Оскільки лідери відповідають за організацію та порядок транзакцій, вони виконують важливу роль у мережі. Повторюване обрання невеликої кількості валідаторів як лідерів може створити ситуацію, коли невелика група ресурсозабезпечених валідаторів матиме значний вплив на створення блоків.
Лідери блоків, особливо ті, що здійснюють розпорядження транзакціями, також мають потенційну можливість отримання додаткового доходу через MEV. Проте висока швидкість ланцюга знижує можливості для MEV, у порівнянні з повільнішими ланцюгами. Тим не менш, це один із ризиків механізму PoH.
