вступ

Пул транзакцій, також відомий як «mempool», — це тимчасова зона зберігання непідтверджених транзакцій у блокчейні, оскільки вони очікують підтвердження та включення в блок. Поява біткойна призвела до впровадження концепції mempool. Пізніше Ethereum також включив це у свою архітектуру. Коли користувач ініціює транзакцію, наприклад обмін між двома монетами, торгує на ринку DeFi або просто купує NFT, трансакція транслюється в мережу та тимчасово зберігається в mempool.

Він залишається там, доки валідатори не підтвердять і не включать його в новий блок. Транзакції, надіслані в mempool, організовуються на основі комісій за транзакції, а транзакції з вищими комісіями за газ зазвичай завершуються першими. Це змушує валідатори віддавати пріоритет транзакціям з вищою комісією, оскільки вони отримують комісію за газ як винагороду за транзакції, включені в блок, який вони майнують, коли він додається до блокчейну.

Мемпули є критично важливими компонентами для блокчейнів, які їх використовують. Mempool гарантує, що всі надіслані транзакції обробляються та підтверджуються валідаторами, за винятком випадків, коли транзакція є недійсною через неправильний підпис або коли в гаманці відправника закінчилися кошти. Mempool створює ринок, який дозволяє користувачам вибирати відповідну комісію за транзакції, щоб їхні транзакції оброблялися швидше під час перевантаження мережі.

Ethereum і Bitcoin мають загальну кількість 50-200 тисяч непідтверджених транзакцій у своєму мемпулі. Це часто залежить від доступності блокового простору та найчастіше викликає кілька вузьких місць у мережі, наприклад низьку пропускну здатність і перевантаження в мережі. Протокол пліток використовується в Ethereum і Bitcoin для поширення мем-пулів серед випадкових вузлів одноранговим способом.

У мережі Solana є понад 1000 валідаторів, які можуть керувати розміром mempool 130 000. Це означає, що при пропускній здатності мережі 65 000 виконується 130 000 mempool, а Solana може виконувати понад 4000–4500 за секунду. Solana, високопродуктивний блокчейн, розглядається як блокчейн без mempool, оскільки з самого початку він був розроблений, щоб не покладатися на mempool; скоріше, він використовує інший підхід, оскільки надсилає всі повідомлення транзакцій до встановленого валідатора для кожного слота, який позначено як лідер. Лідер замінює кожні 4 слоти, а розклад лідера заздалегідь відомий усім активним вузлам мережі. Це рішення, запропоноване Соланою, переміщує кешування повідомлень транзакцій на край мережі та називається Гольфстрім Солани .

Примітки: транзакції Solana за замовчуванням мають включати останній хеш блоку, який розробники можуть легко отримати за допомогою базового виклику API. Блок-хеш Solana має до 150 слотів. Через цей час він стає несвіжим, тому транзакції, у яких його згадується, будуть видалені мережею. Це гарантує, що необроблені транзакції не затримаються. Останнім часом блокові хеші допомагають у дедуплікації транзакцій.

Історія Гольфстріму

З моменту свого запуску Гольфстрім зазнав щонайменше двох значних оновлень — QUIC і Stake-weighted QoS. Це також компонент основного протоколу, який, ймовірно, зазнав найбільшої напруги за останні роки через величезний сплеск мережевого трафіку на Solana. Щоб пояснити це, коли валідатор бере на себе роль лідера, він може передбачити різке збільшення вхідного трафіку, який часто перевищує один гігабайт на секунду, оскільки вся мережа надсилає пакети своїм шляхом.

ШВИДКИЙ

Спочатку Солана покладався на протокол UDP для надсилання повідомлень транзакцій від вузла RPC до поточного лідера. Хоча UDP швидкий і ефективний через відсутність діалогу рукостискання, він має значні недоліки, такі як ненадійність доставки даних, упорядкування пакетів і запобігання дублюванню. Ці обмеження стали очевидними під час збоїв у мережі, спричинених DDoS-атаками та спам-транзакціями, особливо під час подій із високим попитом, таких як монетні двори NFT.

Щоб вирішити ці проблеми, Solana інтегрувала протокол QUIC у свій процес прийому валідатора. На відміну від UDP, QUIC пропонує надійну передачу даних із вбудованим контролем перевантажень і секвенуванням пакетів, забезпечуючи більш плавний і безпечний зв’язок між вузлами. Це оновлення значно підвищило стабільність і стійкість мережі, запобігши майбутнім збоям і оптимізувавши продуктивність Solana за високих навантажень транзакцій.

Протокол QUIC забезпечує швидкий асинхронний зв’язок, як протокол UDP, але з сеансами та керуванням потоком, як TCP. Хоча протокол QUIC має низький рівень впровадження в секторі блокчейнів, він не є універсальним рішенням для Solana, оскільки мережа все ще стикається з проблемами перевантаження під час багатьох рукостискань QUIC. Незважаючи на всі існуючі недоліки цього протоколу, він має деякі позитивні сторони, оскільки QUIC є безпечним протоколом мережевого з’єднання, який уникає необхідності двох рукостискань (TCP і TLS) і вимагає меншої кількості пакетів для завершення. Він може бути довговічним після закриття, забезпечуючи швидший доступ до даних.

QUIC може повторно використовувати сеанс через потоки та квитки сеансу, мінімізуючи кількість з’єднань клієнт-сервер і пропонуючи швидкі та безпечні повторні підключення. Він також підтримує міграцію з’єднань, дозволяючи з’єднанням витримувати зміни IP-адреси, роблячи роботу мобільного користувача більш плавною. QUIC також має на меті зменшити або зменшити вплив атак, таких як відмова в обслуговуванні (DoS), відтворення, відображення, підробка та інші. Хоча він не може усунути всі атаки, він спрямований на те, щоб зробити його більш жорстким для атаки. Загалом QUIC пропонує більш ефективне та безпечне підключення до мережі.

QoS, зважений за ставками

Solana Stake-weighed QoS — це реалізація в мережі Solana, яка дозволяє лідерам ідентифікувати та пріоритезувати транзакції, передані через валідатор ставок як додатковий механізм опору Sybil. Цей механізм було реалізовано в мережі Solana на початку 2024 року. У цьому механізмі валідатори з вищими ставками в мережі можуть передавати великі пакети повідомлень транзакцій лідеру.

Наприклад, валідатор із часткою 0,5% може боротися з атаками Sybil з решти мережі та передавати до 0,5% пакетів лідеру. З увімкненим QoS, зваженим за частками, валідатор, який має 1% частки, матиме право надсилати до 1% пакетів лідеру. У цьому методі валідатори з вищими ставками гарантовано отримають вищу якість обслуговування, що запобігає валідаторам нижчої якості (з меншою ставкою) від навмисного витоку цих транзакцій, підвищуючи загальний опір Sybil.

Запровадження цього механізму мало значний вплив на екосистему Solana, і основними бенефіціарами стали комерційні оператори інфраструктури RPC та біржі. Оператори RPC мають хороші можливості для укладання угод із валідаторами, які мають ставку, що допоможе їм досягти більшого відсотка транзакцій, включених у блоки. Тим часом біржі чи інші організації, які розміщують вузли перевірки та RPC в одній інфраструктурі, можуть упевнено ввімкнути цю функцію у своїх системах, знаючи, що вузли RPC у їхній інфраструктурі надійні.

Відмінності між Solana та традиційною архітектурою Mempool

Є багато відмінностей в архітектурі mempool Solana та Ethereum.

• У блокчейні Ethereum транзакції, що очікують на розгляд, зберігаються в загальнодоступному мемпулі та розподіляються через протокол переговорів між вузлами, поки не будуть включені в блоки. Solana не має публічного mempool. Натомість незавершені транзакції надсилаються до поточного лідера.

• Транзакції Ethereum потребують комісії за газ, причому пріоритет транзакцій зазвичай прив’язаний до ціни газу. Транзакції Solana вимагають фіксованої базової комісії за підпис (зазвичай 0,000005 SOL), з можливістю включення пріоритетної комісії для швидшого виконання транзакцій.

• Реалізація валідатора Solana за замовчуванням також пропонує безперервне виробництво блоків. Транзакції постійно надходять у валідатор для виконання, потім блокують виробництво та, зрештою, розповсюдження транзакцій. В Ethereum незавершені транзакції затримуються валідатором або конструктором блоків до того, як цілі блоки будуть створені з 12-секундними інтервалами. Безперервне виробництво блоків означає, що плата за пріоритет не гарантує позиції в блоці.

• Ethereum залежить від зовнішніх аукціонів, таких як MEV-Boost, де валідатори роблять ставки за блоковий простір, а майнери можуть витягувати гроші через MEV (максимальна видобута вартість). Цей тип аукціону має домінуючу частку ринку (близько 85% мережі). Solana реалізувала позапротокольні блокові аукціони (Jito), частка ринку яких зменшилася (близько 25%). Це відображає відмінності в тому, як Solana та Ethereum обробляють аукціони MEV та блок-простір у своїх екосистемах.

Висновок

У цьому матеріалі ми дослідили унікальний механізм обробки транзакцій Solana, зосередившись на його протоколі Гольфстрім і чому він відрізняється від традиційних архітектур mempool, таких як ті, які використовує Ethereum. Ми підкреслили безперервне виробництво блоків Solana, фіксовані комісії за транзакції та інноваційне використання QUIC і QoS, зважених за ставками, для оптимізації продуктивності та безпеки мережі.