Phân tích kiến trúc kỹ thuật Solana: Mùa xuân mới sắp đến?

Solana là một nền tảng blockchain hiệu suất cao, sử dụng kiến trúc công nghệ độc đáo để đạt được khả năng thông lượng cao và độ trễ thấp. Công nghệ cốt lõi của nó bao gồm thuật toán Proof of History (POH) đảm bảo thứ tự giao dịch và đồng hồ toàn cầu, Lịch trình quay vòng lãnh đạo và cơ chế đồng thuận Tower BFT tăng tốc độ tạo khối. Cơ chế Turbine tối ưu hóa việc phát tán khối lớn thông qua mã hóa Reed-solomon. Solana Virtual Machine (SVM) và động cơ thực thi song song Sealevel tăng tốc độ thực thi giao dịch. Tất cả những điều này đều là thiết kế kiến trúc giúp Solana đạt được hiệu suất cao, nhưng đồng thời cũng mang lại một số vấn đề như ngừng hoạt động mạng, giao dịch thất bại, vấn đề MEV, tăng trưởng trạng thái quá nhanh và vấn đề tập trung.

Hệ sinh thái Solana phát triển nhanh chóng, các chỉ số dữ liệu đều tăng trưởng mạnh trong nửa đầu năm, đặc biệt là trong các lĩnh vực DeFi, cơ sở hạ tầng, GameFi/NFT, DePin/AI và ứng dụng tiêu dùng. TPS cao của Solana cùng với chiến lược hướng tới ứng dụng tiêu dùng và môi trường hệ sinh thái có hiệu ứng thương hiệu yếu đã mang đến nhiều cơ hội khởi nghiệp cho các doanh nhân và lập trình viên. Trong lĩnh vực ứng dụng tiêu dùng, Solana đã thể hiện tầm nhìn của mình trong việc thúc đẩy công nghệ blockchain được áp dụng trong nhiều lĩnh vực rộng lớn hơn. Thông qua việc hỗ trợ như Solana Mobile và SDK được xây dựng đặc biệt cho các ứng dụng tiêu dùng, Solana đang nỗ lực tích hợp công nghệ blockchain vào các ứng dụng hàng ngày, từ đó nâng cao mức độ chấp nhận và tiện lợi cho người dùng. Ví dụ, các ứng dụng như Stepn đã kết hợp blockchain và công nghệ di động, cung cấp cho người dùng những trải nghiệm mới mẻ về thể dục và xã hội. Mặc dù hiện nay nhiều ứng dụng tiêu dùng vẫn đang khám phá những mô hình kinh doanh và vị trí thị trường tốt nhất, nhưng nền tảng công nghệ và hỗ trợ hệ sinh thái mà Solana cung cấp chắc chắn đã tạo ra một nền tảng vững chắc cho những nỗ lực đổi mới này. Với sự phát triển công nghệ và sự trưởng thành của thị trường, Solana có triển vọng đạt được nhiều đột phá và trường hợp thành công hơn trong lĩnh vực ứng dụng tiêu dùng.

Mặc dù Solana đã đạt được thị phần đáng kể trong ngành công nghiệp blockchain nhờ vào khả năng xử lý cao và chi phí giao dịch thấp, nhưng nó cũng đang phải đối mặt với sự cạnh tranh gay gắt từ các chuỗi công khai mới nổi khác. Base, như một đối thủ tiềm năng trong hệ sinh thái EVM, số lượng địa chỉ hoạt động trên chuỗi của nó đang tăng nhanh chóng, đồng thời, tổng giá trị khóa (TVL) trong lĩnh vực DeFi của Solana dù đã đạt mức cao kỷ lục (, nhưng các đối thủ như Base cũng đang nhanh chóng chiếm lĩnh thị phần, số vốn huy động của hệ sinh thái Base cũng lần đầu tiên vượt qua Solana trong quý 2.

Mặc dù Solana đã đạt được một số thành tựu trong công nghệ và sự chấp nhận của thị trường, nhưng nó cần phải liên tục đổi mới và cải tiến để đối phó với những thách thức từ các đối thủ như Base. Đặc biệt, trong việc nâng cao độ ổn định của mạng, giảm tỷ lệ giao dịch thất bại, giải quyết vấn đề MEV và làm chậm tốc độ tăng trưởng trạng thái, Solana cần liên tục tối ưu hóa kiến trúc công nghệ và giao thức mạng của mình để duy trì vị trí dẫn đầu trong ngành công nghiệp blockchain.

Kiến trúc kỹ thuật

Solana nổi tiếng với thuật toán POH, cơ chế đồng thuận Tower BFT và mạng truyền dữ liệu Trubine cùng với máy ảo SVM mang lại TPS cao và Finality nhanh chóng. Chúng tôi sẽ giới thiệu ngắn gọn cách các thành phần của nó hoạt động, cách phát huy mục tiêu hiệu suất cao của nó để thiết kế kiến trúc, cũng như những bất lợi và vấn đề phát sinh từ thiết kế kiến trúc này.

) thuật toán POH

POH###Proof of History( là một công nghệ xác định thời gian toàn cầu, nó không phải là cơ chế đồng thuận, mà là một thuật toán xác định thứ tự giao dịch. Công nghệ POH xuất phát từ công nghệ mã hóa cơ bản nhất là SHA256. SHA256 thường được sử dụng để tính toán tính toàn vẹn của dữ liệu, với một đầu vào X, sẽ có và chỉ có một đầu ra Y duy nhất, do đó bất kỳ thay đổi nào đối với X sẽ dẫn đến Y hoàn toàn khác.

Trong chuỗi POH của Solana, việc áp dụng thuật toán sha256 có thể đảm bảo tính toàn vẹn của toàn bộ chuỗi, đồng nghĩa với việc xác định tính toàn vẹn của các giao dịch trong đó. Ví dụ, nếu chúng ta đóng gói các giao dịch thành một khối, tạo ra giá trị băm sha256 tương ứng, thì các giao dịch trong khối này sẽ được xác định, bất kỳ sự thay đổi nào cũng sẽ dẫn đến việc thay đổi giá trị băm, sau đó giá trị băm của khối này sẽ trở thành một phần của X trong hàm sha256 tiếp theo, và thêm giá trị băm của khối tiếp theo, thì khối trước đó và khối tiếp theo sẽ đều được xác định, bất kỳ sự thay đổi nào cũng sẽ dẫn đến Y mới khác.

Điều này chính là ý nghĩa cốt lõi của công nghệ Proof of History, hash của khối trước sẽ được sử dụng như một phần của hàm sha256 tiếp theo, giống như một chuỗi, Y mới nhất luôn chứa chứng cứ của lịch sử.

![Tái giải cấu trúc công nghệ Solana: Có phải sẽ đón nhận mùa xuân thứ hai?])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-224796bc8e080649730bb8736334abba.webp(

Trong sơ đồ cấu trúc luồng giao dịch của Solana, mô tả quy trình giao dịch dưới cơ chế POH, trong một cơ chế luân phiên gọi là Lịch trình Luân phiên Lãnh đạo, sẽ tạo ra một nút Lãnh đạo trong tất cả các trình xác thực trên chuỗi. Nút Lãnh đạo này thu thập giao dịch và thực hiện sắp xếp để thực hiện, tạo ra chuỗi POH, sau đó sẽ tạo ra một khối để truyền bá cho các nút khác.

Để tránh lỗi điểm đơn xảy ra tại nút Leader, do đó đã giới thiệu giới hạn thời gian. Trong Solana, đơn vị thời gian được chia theo epoch, mỗi epoch bao gồm 432.000 slot), mỗi slot kéo dài 400ms, trong mỗi slot, hệ thống luân phiên sẽ phân bổ một nút Leader trong mỗi slot, nút Leader phải phát hành khối(400ms) trong thời gian slot đã cho, nếu không, nó sẽ bỏ qua slot này và bầu chọn lại nút Leader cho slot tiếp theo.

Tổng thể, nút Leader áp dụng cơ chế POH có thể xác định tất cả các giao dịch trong lịch sử. Đơn vị thời gian cơ bản của Solana là Slot, nút Leader cần phát sóng khối trong một slot. Người dùng gửi giao dịch qua nút RPC tới Leader, nút Leader đóng gói giao dịch, sắp xếp sau đó thực hiện để tạo ra khối, khối được truyền tới các nhà xác thực khác, các nhà xác thực cần đạt được sự đồng thuận thông qua một cơ chế, đạt được sự đồng thuận về các giao dịch trong khối cũng như thứ tự, sự đồng thuận này sử dụng cơ chế đồng thuận Tower BFT.

( Cơ chế đồng thuận Tower BFT

Giao thức đồng thuận Tower BFT đến từ thuật toán đồng thuận BFT, là một triển khai kỹ thuật cụ thể của nó, thuật toán này vẫn liên quan đến thuật toán POH. Khi bỏ phiếu cho một khối, nếu phiếu bầu của các xác thực viên bản thân nó là một giao dịch, thì mã băm khối được hình thành từ giao dịch của người dùng và giao dịch của các xác thực viên cũng có thể được coi là bằng chứng lịch sử, chi tiết giao dịch của người dùng và chi tiết phiếu bầu của các xác thực viên đều có thể được xác nhận duy nhất.

Trong thuật toán Tower BFT quy định rằng, nếu tất cả các xác thực viên bỏ phiếu cho khối này, và hơn 2/3 các xác thực viên đã bỏ phiếu đồng ý, thì khối này có thể được xác nhận. Lợi ích của cơ chế này là tiết kiệm một lượng lớn bộ nhớ, vì chỉ cần bỏ phiếu cho chuỗi băm để xác nhận khối. Tuy nhiên, trong cơ chế đồng thuận truyền thống, thường sử dụng flood khối, tức là một xác thực viên nhận được khối và sau đó sẽ gửi đến các xác thực viên xung quanh, điều này sẽ gây ra sự dư thừa lớn trong mạng, vì một xác thực viên nhận được cùng một khối không chỉ một lần.

![Tái giải Solana kiến trúc công nghệ: Liệu có đón chào mùa xuân thứ hai?])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-46a028270f3c2da92e7056c17c1d9e16.webp###

Trong Solana, do có một lượng lớn giao dịch bỏ phiếu của các xác thực viên, và do sự hiệu quả do nút Leader tập trung mang lại cùng với thời gian Slot 400ms, điều này dẫn đến kích thước khối tổng thể và tần suất tạo khối đều đặc biệt cao. Khi các khối lớn được truyền đi, cũng sẽ tạo ra áp lực lớn cho mạng lưới. Solana áp dụng cơ chế Turbine để giải quyết vấn đề truyền tải khối lớn.

( Turbine

Node Leader phân chia khối thành các tiểu khối gọi là shred thông qua quá trình được gọi là Sharding, kích thước tiêu chuẩn là đơn vị lớn nhất có thể truyền tải MTU), mà không cần phải chia nhỏ hơn nữa, lượng dữ liệu tối đa có thể gửi từ một nút đến nút tiếp theo là ###. Sau đó, bằng cách sử dụng phương án mã lỗi Reed-solomon để đảm bảo tính toàn vẹn và khả dụng của dữ liệu.

Bằng cách chia khối thành bốn Data Shreds, sau đó để ngăn chặn việc mất mát và hư hỏng dữ liệu trong quá trình truyền tải, do đó sử dụng mã hóa Reed-solomon để mã hóa bốn gói thành tám gói, bộ giải pháp này có thể chịu đựng tỷ lệ mất mát tối đa 50%. Trong các thử nghiệm thực tế, tỷ lệ mất mát của Solana khoảng 15%, do đó bộ giải pháp này có thể tương thích tốt với kiến trúc hiện tại của Solana.

Trong việc truyền dữ liệu ở tầng thấp, thường sẽ xem xét việc sử dụng giao thức UDP/TCP. Do Solana có khả năng chịu đựng tỷ lệ mất gói cao, nên đã sử dụng giao thức UDP để truyền tải. Nhược điểm của nó là không tái truyền khi mất gói, nhưng ưu điểm là tốc độ truyền tải nhanh hơn. Ngược lại, giao thức TCP sẽ tái truyền nhiều lần khi mất gói, sẽ giảm đáng kể tốc độ truyền tải và thông lượng. Với sự xuất hiện của Reed-solomon, giải pháp này có thể làm tăng đáng kể thông lượng của Solana, trong môi trường thực tế, thông lượng có thể tăng gấp 9 lần.

Turbine sẽ phân mảnh dữ liệu, sau đó sử dụng cơ chế phát tán đa lớp để tiến hành phát tán. Node Leader sẽ giao khối cho bất kỳ verifier khối nào trước khi kết thúc mỗi Slot, sau đó verifier đó sẽ phân mảnh khối thành Shreds, và tạo mã sửa lỗi. Sau đó, verifier đó sẽ khởi động việc phát tán Turbine. Đầu tiên, nó phải phát tán đến node gốc, sau đó node gốc sẽ xác định các verifier nào nằm ở tầng nào. Quy trình diễn ra như sau:

1. Tạo danh sách nút: Nút gốc sẽ tổng hợp tất cả các xác thực viên đang hoạt động vào một danh sách, sau đó sắp xếp theo quyền lợi của mỗi xác thực viên trong mạng, tức là số lượng SOL được đặt cược (, số lượng quyền lợi cao hơn sẽ ở tầng đầu tiên, và cứ như vậy.

2. Nhóm nút: Sau đó, mỗi người xác thực nằm ở tầng đầu tiên cũng sẽ tạo ra danh sách nút của riêng mình để xây dựng tầng đầu tiên của mình.

3. Hình thành lớp: Chia các nút thành các lớp từ đỉnh danh sách, bằng cách xác định hai giá trị độ sâu và độ rộng, có thể xác định hình dạng tổng thể của toàn bộ cây, tham số này sẽ ảnh hưởng đến tốc độ lan truyền của shreds.

Nút có tỷ lệ quyền lợi cao hơn, khi phân chia cấp bậc, ở một cấp cao hơn, thì có thể nhận được các shreds hoàn chỉnh sớm hơn, lúc này có thể phục hồi lại khối hoàn chỉnh, trong khi đó, các nút ở cấp dưới, do tổn thất trong quá trình truyền tải, khả năng nhận được shreds hoàn chỉnh sẽ giảm đi, nếu những shreds này không đủ để xây dựng các mảnh hoàn chỉnh, sẽ yêu cầu Lãnh đạo truyền tải lại trực tiếp. Lúc này, dữ liệu sẽ được truyền vào bên trong cây, và các nút ở cấp đầu tiên đã xây dựng xong xác nhận khối hoàn chỉnh, thời gian để các xác thực viên ở cấp dưới hoàn thành việc xây dựng khối và tiến hành bỏ phiếu sẽ càng lâu.

![Tái giải cấu trúc kỹ thuật Solana: Liệu có chào đón mùa xuân thứ hai?])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-d55d3cfbc13036ed0d5747abb521cc1a.webp(

Ý tưởng của cơ chế này tương tự như cơ chế đơn nút của nút Leader. Trong quá trình phát tán khối, cũng có một số nút ưu tiên, những nút này sẽ nhận được các mảnh shreds trước tiên để xây dựng khối hoàn chỉnh nhằm đạt được quá trình đồng thuận bỏ phiếu. Đưa sự dư thừa vào các lớp sâu hơn có thể làm tăng tốc độ của Finality một cách đáng kể, đồng thời tối đa hóa thông lượng và hiệu suất. Bởi vì thực tế, vài lớp đầu tiên có thể đại diện cho 2/3 số nút, vì vậy việc bỏ phiếu của các nút sau đó sẽ không còn quan trọng.

) SVM

Solana có thể xử lý hàng nghìn giao dịch mỗi giây, nguyên nhân chính là nhờ vào cơ chế POH, đồng thuận Tower BFT và cơ chế truyền dữ liệu Turbine. Tuy nhiên, SVM là máy ảo chuyển đổi trạng thái, nếu nút Leader chậm trong quá trình thực thi giao dịch, tốc độ xử lý của SVM sẽ làm giảm thông lượng của toàn bộ hệ thống. Do đó, để cải thiện tốc độ thực thi giao dịch cho SVM, Solana đã đưa ra động cơ thực thi song song Sealevel.

Trong SVM, lệnh được cấu thành từ 4 phần, bao gồm ID chương trình, lệnh chương trình và danh sách tài khoản đọc/ghi dữ liệu. Bằng cách xác định xem tài khoản hiện tại đang ở trạng thái đọc hay ghi và liệu các thao tác thay đổi trạng thái có xung đột hay không, có thể cho phép song song hóa các lệnh giao dịch của tài khoản mà không có xung đột về trạng thái, mỗi lệnh được biểu thị bằng Program ID. Và đây cũng là một trong những lý do khiến yêu cầu đối với các xác minh viên của Solana rất cao, vì yêu cầu xác minh viên phải có GPU/CPU hỗ trợ khả năng SIMD( lệnh đơn dữ liệu đa) và khả năng mở rộng vector cao cấp AVX.

![Giải thích lại kiến trúc kỹ thuật Solana: Liệu có迎来第二春吗？]###https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-e9bc35d0c790496c59c20979e5af1491.webp(

Phát triển sinh thái

Trong quá trình phát triển hệ sinh thái Solana hiện tại, ngày càng nghiêng về tính hữu ích thực tế, chẳng hạn như Blinks và Actions thậm chí là Solana Mobile, trong khi hướng phát triển ứng dụng được hỗ trợ chính thức cũng nghiêng về các ứng dụng cho người tiêu dùng, thay vì sự cạnh tranh vô hạn về cơ sở hạ tầng. Trong bối cảnh hiệu suất của Solana đủ tốt hiện nay, các loại ứng dụng cũng phong phú hơn. Đối với Ethereum, do TPS của nó tương đối thấp, vì vậy