Что такое Solana (SOL)?

Что такое Solana?

Solana — это проект, разрабатывающий масштабируемый блокчейн-протокол для создания децентрализованных приложений и смарт-контрактов.

Кто и когда создал Solana?

Основатели Solana — экс-сотрудник Qualcomm Анатолий Яковенко, бывший разработчик BREW Грег Фицжеральд и доктор наук в области физики частиц Эрик Уильямс. 

В 2017 году Яковенко опубликовал черновик white paper, в котором представил алгоритм синхронизации блокчейна Proof-of-History (PoH). Позже Яковенко совместно со своим бывшим коллегой по Qualcomm Грегом Фицжеральдом создал блокчейн на языке программирования Rust, использующий PoH в качестве «внутренних часов». В феврале 2018 года Яковенко и Фицжеральд опубликовали официальную версию white paper проекта и запустили первую внутреннюю тестовую сеть.

В 2018 году Яковенко и Фицжеральд основали компанию, ныне известную как Solana Labs. Команда проекта включает бывших программистов Google, Microsoft, Qualcomm, Apple, Intel и Dropbox. 

Основатели проекта назвали его Loom, но впоследствии переименовали в Solana во избежание путаницы с решением второго уровня Loom Network. Проект назван именем Солана-Бич — городка в тридцати минутах езды от Сан-Диего, где живет Анатолий Яковенко. 

С апреля 2018 года по июль 2019 года проект привлек более $20 млн венчурных инвестиций в ходе нескольких закрытых токенсейлов. В третьем квартале 2020 года заработала публичная тестовая сеть проекта Tour de SOL. В марте 2020 года стартовала бета-версия основной сети. 

В июне 2020 года проект создал Solana Foundation — организацию, направленную на развитие экосистемы Solana и принятие децентрализованных технологий. Компания Solana Labs передала Solana Foundation 167 миллионов токенов SOL и права на всю интеллектуальную собственность.

Как функционирует Solana?

Solana стремится, чтобы децентрализованная сеть нод соответствовала заданным характеристикам единичной ноды. Для этого взаимодействие нод должно быть оптимизировано. Solana решает эту задачу с помощью восьми ключевых технологий.

Алгоритм синхронизации блокчейна Proof-of-History

Одна из проблем криптовалют — синхронизация узлов. Скорость синхронизации влияет на пропускную способность блокчейна. Чем она быстрее, тем больше транзакций в секунду обрабатывает сеть. Чтобы использовать синхронизацию по времени, нужны часы. В криптовалютах есть свои часы и внутреннее время — timestamp. Оно не точное, потому что нет центральных часов, с которыми можно свериться. Такая синхронизация неидеальна: если ориентироваться на timestamp (временную метку), новый блок может появиться раньше предыдущего.

Протокол Proof-of-History — не механизм достижения консенсуса, а способ оптимизации затрат времени для подтверждения операции при организации порядка транзакций. Он используется в тандеме с Proof-of-Stake.

Это децентрализованные часы, решающие проблему синхронизации. Proof-of-History позволяет создавать хронологическую запись, подтверждающую, что событие произошло в определенный момент времени. PoH — это высокочастотная Верифицируемая Функция Задержки (VDF). Она требует оценки определенного числа последовательных шагов, однако производит уникальный выход, который можно публично верифицировать.

Другие блокчейны требуют общения валидаторов, которые должны соглашаться в том, что прошло время. Solana требует от валидаторов, чтобы они поддерживали свои часы, постоянно решая VDF на основе хеш-функции SHA-256. Выбор валидатора запланирован заранее на всю эпоху, которая длится тысячи блоков. За проделанную работу валидатор получает вознаграждение.

Proof-of-History обеспечивает непрерывную работу сети благодаря автоматической ротации, без участия валидаторов. Также PoH позволяет Solana оптимизировать время создания блока, его воспроизводство, пропускную способность и хранение данных в реестре.

• SHA-256 замыкается максимально быстро, каждый выход служит следующим входом. 

• Берутся образцы цепи, количество итераций и состояние записываются.

Записанные образцы представляют прошедшее время, закодированное в виде верифицируемой структуры данных. Также цепь можно использовать для учета событий.

• Сообщение, которое ссылается на любой образец, гарантированно создается  после создания образца; 

• Сообщения можно встраивать в цепь и хешировать вместе с состоянием, гарантируя, что сообщение создано до очередной вставки.

Такая структура данных гарантирует точное время и последовательность событий.

Tower BFT

Tower BFT — это имплементация алгоритма Practical Byzantine Fault Tolerance (PBFT). Для достижения консенсуса Tower BFT использует PoH в качестве часов, которые позволяют уменьшить затраты вычислительных ресурсов и задержку.

Turbine

Протокол передачи транзакций Turbine решает трилемму масштабируемости блокчейна по аналогии с BitTorrent. У большинства блокчейнов фиксированная пропускная способность ноды. Увеличение числа нод приводит к росту времени передачи данных в каждую из них. Turbine решает эту проблему, передавая данные с помощью протокола UDP. Для передачи каждого пакета пользовательских данных используется произвольно выбранный путь. 

Создатель блока (лидер) разделяет блок на пакеты меньшего размера (не больше 64 KB). Например, для блока в 128 MB лидер создает 2000 пакетов по 64 KB, а затем посылает их разным валидаторам. Те пересылают пакеты новой группе ближайших к ним валидаторов (в Solana они именуются neighborhood — окружение). Это позволяет каждому окружению, которое включает 200 нод, посредством сети третьего уровня, начиная с нового лидера, приблизительно за 200 миллисекунд увеличить количество участников до 40 000 валидаторов.

Gulf Stream

Gulf Stream — протокол передачи транзакций без использования мемпула, благодаря заблаговременному определению валидаторов. Каждый валидатор Solana знает порядок смены будущих лидеров, поэтому может направлять транзакции ожидаемому лидеру заранее. Это позволяет заблаговременно выполнять транзакции и тем самым сокращать время подтверждения, быстрее менять лидеров и уменьшать давление памяти на валидаторов из пула неподтвержденных транзакций.

Sealevel

Виртуальная машина Sealevel параллельно обрабатывает транзакции, которые горизонтально масштабируются на графических процессорах и твердотельных накопителях. Большинство других блокчейнов — однопотоковые. Solana поддерживает параллельное выполнение транзакций и верификацию подписи в едином шарде. Это возможно благодаря технике драйвера операционной системы разбросай-собери (scatter-gather). 

Транзакции заранее сообщают, какое состояние они будут читать и писать в процессе выполнения. Sealevel находит не перекрывающие друг друга транзакции в блоке и планирует их выполнение. Процесс выполнения осуществляет аппаратное оборудование с помощью нативного байт-кода Berkeley Packet Filter (BPF). 

Pipeline

Pipeline — это средство обработки транзакций (Transaction Processing Unit, TPU), используемое для оптимизации процесса валидации. В процессе валидации транзакций в блокчейне Solana используется конвейерный метод оптимизации (pipelining). Он эффективен в рамках модели с потоком последовательно обрабатываемых входящих данных. За операции на каждой стадии отвечает определенное аппаратное оборудование.

При помощи Pipeline происходит сбор данных на уровне ядра, верификация данных — на уровне GPU, банкинг — на уровне процессора, а запись — на уровне ядра.

Когда Pipeline высылает блоки валидаторам, он получает доступ к очередному набору пакетов, верифицирует их подписи и приступает к начислению токенов. Параллельный принцип обработки данных на уровне GPU позволяет устройству обработки транзакций Solana TPU работать с высокой производительностью. 

Cloudbreak

Cloudbreak — это горизонтально масштабируемая база данных аккаунтов. Она позволяет оптимизировать параллельное чтение и запись в твердотельные накопители. Каждый дополнительный диск увеличивает емкость памяти, доступной программам ончейн, а также увеличивает объем параллельного чтения и записи. 

Это позволяет предварительно отбирать аккаунты с диска и подготовить среду для выполнения транзакций. Ноды могут начинать выполнять транзакции до того, как они закодированы в блок. Благодаря этому уменьшается время добычи блока и задержки выполнения. 

Archivers 

Archivers — это хранилище распределенного реестра. Хранение данных в высокопроизводительной сети требует централизации. Если стоимость хранения данных высока, только обладающие значительными ресурсами пользователи могут действовать в качестве валидаторов и участвовать в процессе достижения консенсуса. В Solana хранением данных занимаются не валидаторы, а сеть нод, именуемых архиваторами.

Архиваторы не участвуют в процессе достижения консенсуса. История состояния разделяется на множество фрагментов и помехоустойчивых кодов. Архиваторы хранят части состояния. Solana использует технологию Proofs of Replication (PoRep), заимствованную у Filecoin. Пока архиваторы не имплементированы, однако предусмотрены долгосрочной дорожной картой проекта.

Какой механизм консенсуса использует Solana?

Tower BFT — механизм консенсуса на основе Proof-of-Stake — использует Proof-of-History в качестве часов, уменьшая потерю пропускной способности и задержку передачи данных. 

Когда валидатор голосует за определенный форк, голосование ограничено фиксированным периодом хешей — слотом. Продолжительность слота — приблизительно 400 миллисекунд. Каждые 400 миллисекунд создается потенциальная точка перезапуска. Каждое последующее голосование удваивает интервал времени, которое должно пройти перед тем, как сеть сможет заблокировать это голосование. Дополнительное голосование затрудняет отмену транзакций, выполняемых в определенном слоте. 

Поэтому блок с несколькими голосами имеет большие шансы оставаться частью сети. Например, каждый валидатор проголосовал 32 раза за последние 12 секунд. У состоявшегося 12 секунд назад голосования таймаут в 2³² слота — приблизительно 54 года. Соответственно, сеть никогда не отменит это голосование. 

При этом у самого последнего голосования таймаут в два слота — около 800 миллисекунд. По мере добавления блоков в реестр шансы на подтверждение старых блоков возрастают. Это потому, что число старых голосований слотов удваивается каждый слот. 

Финализация наступает после того, как две трети валидаторов проголосуют за определенную последовательность событий. После финализации транзакции невозможно обратить. 

Держатели токенов могут участвовать в процессе производства блоков в качестве стейкеров и валидаторов, и получать за это вознаграждение. Также у них есть возможность делегировать токены доверенным валидаторам.

Минимум стейкируемых токенов не предусмотрен. Право выбирать лидера — валидатора, предлагающего очередной блок — зависит от количества токенов в стейке.

Какую роль в экосистеме Solana играет токен SOL?

SOL — нативный utility-токен блокчейна Solana. SOL использует SPL — стандарт токена в блокчейне Solana, аналогичный стандарту ERC-20 в блокчейне Ethereum.

Доля токена SOL называется лэмпорт (lamport), в честь американского ученого в области информатики Лесли Лэмпорта, чьи исследования заложили основы теории распределенных систем. Один лэмпорт равен 0,0000000000582 SOL. 

Существуют три сценария использования SOL:

• Стейкинг; 

• Комиссии за транзакции;

• Управление.

Дефляционная модель Solana предусматривает сжигание токенов SOL. 

Хранить токены SOL можно в sollet.io, разработанном Serum Academy, в Trust Wallet для мобильных устройств и в других кошельках, поддерживающих стандарт SPL. Некоторые кошельки поддерживают стейкирование токенов — например, SolFlare.

Как развивается Solana?

В августе 2020 года на блокчейне Solana заработала децентрализованная биржа Serum. В Serum задействуют Optimistic Rollup, решение второго уровня для Ethereum. С его помощью внедрят кроссчейн-свопы и токенизацию.

В октябре 2020 года проект Solana представил кроссчейн-решение Wormhole, соединяющее токены сетей Ethereum и Solana. 

В мае 2021 года Solana Foundation запустила пять фондов совокупным объемом активов в $100 млн для развития приложений в Китае. В этом ей помогли Huobi, Gate.io и NGC Ventures, MATH Global Foundation и Hash Key. 

В том же месяце проект привлек $60 млн от Hacken, Gate.io, Coin DCX и BRZ. Средства получат три фонда, ориентированные на расширение экосистемы в Украине, Индии, Бразилии и России. Финансирование направят на поддержку разработки блокчейн-приложений в DeFi, NFT и сфере кибербезопасности.

В июне 2021 года Solana Labs привлекла $314 млн в рамках приватного токенсейла. Раунд возглавили венчурные фирмы Andreessen Horowitz (a16z) и Polychain Capital при участии Alameda Research, CMS Holdings, CoinShares, Jump Trading, Multicoin Capital, Sino Global Capital и других. Привлеченные средства Solana Labs направит на создание венчурного подразделения для вложений в собственную экосистему и запуск студии для развития проектов на базе Solana.