这次一定好好学 Solana (1) : PoH 共识简介

参加了Tiny 熊老师的Solana全栈开发 的课程 针对第一课中的共识部分, 结合官网和 Grok 提问总结了笔记, 然后将散乱的笔记给 Grok 再次整理, 得到了这个比较通俗易懂的满意版本

你的笔记已经涵盖了 Solana 共识机制和 PoH 的核心内容，虽然有些地方稍微零散，但知识点都很到位。我帮你整理成一个更结构化的版本，按照主题分块，逻辑更清晰，同时修正一些小错误或模糊表述。以下是整理后的笔记：

Solana 共识机制与 PoH 笔记

1. 基本概念

• Epoch：\ 纪元：

  • 持续时间：约 2 天。
  • 包含：432,000 个 slot。

• Slot：\ 插槽：

  • 时长：目标 400 毫秒（实际可能因网络条件略有波动）。
  • 作用：每个 slot 由一个 Leader 产生一个 block。

2. 领导者调度（Leader Schedule）

• 如何预先确定 Leader：

  • 在每个 epoch 开始时，所有验证者根据 PoH 和当前的质押分布计算整个 epoch 的领导者调度表。
  • 这是一个伪随机算法，依赖 PoH 的种子和质押权重。

• 简化的算法步骤：(跟 web2 中的分库分表方案类似)

  1. 获取总质押：

     • 统计 epoch 开始时快照中的总质押 SOL 数量。

  2. 生成随机值：

     • 使用 PoH 提供的种子（epoch 开始时的哈希值），通过伪随机算法为每个 slot 生成一个值。
     • 将该值映射到总质押范围（例如求模总质押量）。

  3. 分配 Leader：

     • 根据验证者的质押权重，将随机值映射到对应的验证者，确定每个 slot 的 Leader。

• 例子：

  • 总质押 1000 SOL，验证者 A（400 SOL）、B（300 SOL）、C（300 SOL）。
  • 随机值 0-399 分配给 A，400-699 给 B，700-999 给 C。

3. Proof of History (PoH)\

• 定义：

  • 一个全局一致的哈希链（hash chain），提供时间戳和种子。
  • 通过本地计算减少传统区块链（如比特币、以太坊）的网络通信开销，提高吞吐量。

• 哈希链原理：

  • 基本公式：next_hash = SHA-256(prev_hash || data)。\ 基本公式：next_hash = SHA-256（prev_hash || data）。
  • 如果有交易（tx）：next_hash = SHA-256(prev_hash || tx)。\ 如果有交易（tx）：next_hash = SHA-256（prev_hash || tx）。
  • 如果无交易（时间推进）：next_hash = SHA-256(prev_hash)。

• 作用：

  • 在调度中：提供种子生成领导者调度表。
  • 在出块中：记录交易顺序和时间。

4. 出块过程（Block Production）

• Leader 的操作：

  1. 收集网络中的交易（tx）。

  2. 将交易按顺序输入本地 PoH 哈希链：

     • 计算 next_hash = SHA-256(prev_hash || tx)。\ 计算 next_hash = SHA-256（prev_hash || tx）。
     • 无交易时，持续计算 next_hash = SHA-256(prev_hash)。

  3. 打包 PoH 链和交易，生成区块并广播。

• 特点：

  • PoH 确保交易顺序可验证，时间一致。

5. 验证过程（Validation）

• PoH 验证：

  • 验证者使用交易信息（tx）重新计算 PoH 哈希链：

  • 检查 hashn = SHA-256(hash\{n-1} || tx) 是否匹配。

  • 验证哈希链连续性和交易顺序。

  • 不执行交易：仅验证哈希，不重新运行交易逻辑。

• 状态更新：

  • PoH 验证成功后，验证者等待 Tower BFT 共识确认。
  • 确认后，根据区块的状态更新本地数据库（例如账户余额）。

6. Tower BFT 共识

• 投票机制：

  • 验证者对区块的 PoH 最终哈希投票。
  • 投票通过 gossip 协议传播。

• 2/3 确认：

  • 根据质押权重计算：

  • 例子：总质押 1000 SOL，2/3 阈值 = 667 SOL。

  • 如果收到投票质押总和 > 667 SOL，则达到 2/3。

  • 验证者监听投票消息，统计本地收到的质押权重。

• 时间：

  • 已确认（Confirmed）：

  • 乐观情况下，1-2 个 slot（400-800 毫秒）收集到 2/3 投票。

  • 已最终化（Finalized）：

  • 等待 32 个 slot（约 12.8 秒），确保分叉被淘汰。

• 分叉处理：

  • 如果出现分叉，Tower BFT 通过投票权重选择最重链。

7. Proof of Stake (PoS)\ 7. 权益证明 （PoS）

• 质押机制：

  • 验证者需质押 SOL 参与网络。
  • 质押越多，被选为 Leader 的概率越大（影响调度表）。

• 激励与惩罚：

  • 正确行为获奖励，恶意行为（如双重投票）被削减质押（slashing）。

8. 与传统区块链的对比

• 传统（如比特币、以太坊）：

  • 依赖节点间通信达成时间共识，效率较低。

• Solana 的 PoH：

  • 本地验证交易时间顺序，减少通信开销，提升吞吐量。