Gulf Stream：Solana 的无内存池交易转发协议

Gulf Stream：Solana 的无 Mempool 交易转发协议

理解 8 项关键技术中的第 1项，使得 Solana 的 50,000 TPS 区块链网络成为可能。

Solana 是世界上性能最强大的无需许可的区块链。在当前的 Solana 测试网中，一个由 200 个物理分散节点组成的网络，在使用 GPU 时支持超过 50,000 笔交易每秒的持续吞吐量。

有 8 项关键创新使得 Solana 网络成为可能：

• 历史证明（Proof of History, POH）— 一个在共识之前的时钟；
• 塔共识（Tower BFT）— 一个经过 POH 优化的 PBFT 版本；
• 涡轮（Turbine） — 一个区块传播协议；
• 海湾流（Gulf Stream）— 无 Mempool 的交易转发协议；
• 海平面（Sealevel）— 并行智能合约运行时；
• 管道化（Pipelining） — 用于验证优化的交易处理单元；
• 云突破（Cloudbreak）— 横向扩展的账户数据库；和
• 复制者（Replicators）— 分布式账本存储。

在这篇博文中，我们将探讨 海湾流，Solana 针对高性能对抗性网络的 Mempool 管理解决方案。后续博文中，我们将详细介绍这 7 项关键创新。

Mempools 解释

Mempool 是一组已提交但尚未被网络处理的交易。你可以查看 比特币 和 以太坊 的 Mempools 现在的情况。

以字节为单位测量的 30 天比特币 Mempool。

以交易数量为单位测量的 30 天以太坊 Mempool。

对于比特币和以太坊，未确认交易的数量通常在 20,000-100,000 之间，如上所示。Mempool 的大小——通常以未确认交易数量来衡量——取决于区块空间的供需情况。即使在区块链时代的早期，当 Mempool 上升时，也会在整个网络上造成显著的瓶颈效应。

那么，Solana 是如何做得更好的？在不增加网络吞吐量的情况下，Solana 验证者可以管理 100,000 的 Mempool 大小。这意味着在 50,000 TPS 的网络吞吐量下，100,000 笔交易的 Mempool 可以在几秒内执行。这就是为什么 Solana 是世界上性能最强大、无需许可的区块链。

很厉害，对吧？但这个简单的分析忽略了许多重要因素……

以太坊和比特币中的 Mempool 是通过对等方式在随机节点之间使用 gossip 协议进行传播的。网络中的节点定期构建一个表示本地 Mempool 的布隆过滤器，并请求与该过滤器不匹配的任何交易（以及一些其他交易，如最低费用）。单个交易传播到网络其他部分至少需要 log(N) 步骤，消耗带宽、内存和过滤所需的计算资源。

当基准客户端开始每秒生成 100,000 笔交易时，gossip 协议会变得不堪重负。计算过滤器的成本，以及在机器之间应用过滤器的成本，同时在内存中维护所有的交易，变得不可承受。领导者（区块生产者）还必须在一个区块中重新传输相同的交易，这意味着每笔交易必须在网络中至少传播两次。这既不高效，也不可行。

介绍Gulf Stream

我们在 Solana 网络上解决这一问题的方法是将交易缓存和转发推向网络的边缘。我们称之为 海湾流（Gulf Stream）。由于每个验证者都知道即将到来的领导者的顺序，客户和验证者提前将交易转发到预期的领导者。这使得验证者能够提前执行交易，减少确认时间，更快切换领导者，并减少未确认交易池对验证者的内存压力。在具有非确定性领导者的网络中，这种解决方案是不可能的。

那么它是如何运作的？像钱包这样的客户端签署引用特定区块哈希的交易。客户端选择一个最近的、已被网络完全确认的区块哈希。区块大约每 800 毫秒提议一次，并且每增加一个区块，所需的超时间隔呈指数级增加。使用我们的默认超时曲线，完全确认的区块哈希在最坏情况下最多为 32 个区块。交易仅在引用区块的子区块中有效，并且仅在 X 个区块内有效。当 X 还未最终确定时，我们预计一个区块哈希具有大约 32 个区块的 TTL（生存时间）。假设区块时间为 800 毫秒，这大约等于 24 秒。

一旦交易转发到任一验证者，验证者就将其转发给即将到来的领导者。客户端可以订阅来自验证者的交易确认。客户端知道一个区块哈希在有限的时间内会过期，或者交易已被网络确认。这允许客户端签署保证会执行或失败的交易。一旦网络超过回滚点，使得所引用的区块哈希过期，客户端有保证该交易现在无效，并将永远不会在链上执行。

Off the Chain: Solana 的首席执行官和联合创始人 Anatoly Yakovenko：什么是“分片”实际上意味

这种架构中固有的积极副作用有很多。首先，在负载下验证者可以提前执行交易，并放弃任何失败的交易。其次，领导者可以根据转发交易的验证者的股份权重来优先处理交易。这使得在大规模拒绝服务攻击期间，网络能够优雅退化。

到现在为止，区块链网络的功能性显然与其 Mempool 的小巧程度息息相关。当交易吞吐量有限的网络试图为日益增长的 Mempool 改造全新的扩展技术时，Solana 从概念上设计时就融合了 历史证明（Proof of History）、海湾流（Gulf Stream） 和 海平面（Sealevel） 等优化，以解决第一代区块链网络所面临的问题，并实现巨大的交易吞吐量。这意味着在全球规模上开创了高速，且为世界各地的企业、经济和人民创造了高度功能化的去中心化基础设施的重要发展。

• 原文链接： medium.com/solana-labs/g...
• 登链社区 AI 助手，为大家转译优秀英文文章，如有翻译不通的地方，还请包涵～