Alpenglow：Solana的新共識

我們自豪地介紹 Alpenglow，Solana 的新共識協議。Alpenglow 是一個針對全球高性能權益證明區塊鏈量身定制的共識協議。我們相信 Alpenglow 的發布將成爲 Solana 的一個轉折點。Alpenglow 不僅是一個新的共識協議，也是 Solana 核心協議自誕生以來最大的變化。

在遷移到 Alpenglow 時，我們告別了一些核心協議的遺留組件，特別是 TowerBFT 和歷史證明。我們引入了 Votor，它接管了投票和區塊最終確認的邏輯。此外，Alpenglow 不再依賴於八卦協議，而是採用了一種更快的直接通信原語。

盡管這是一個重大變化，Alpenglow仍然建立在Solana的最大優勢之上。Turbine在Solana網路的成功中發揮了至關重要的作用，因爲它解決了數據傳播的重要方面。在過去的區塊鏈中，領導者往往是系統的瓶頸。相比之下，Turbine採用了一種技術，將每個區塊編碼爲許多較小的部分，這些部分可以快速傳播。至關重要的是，在這個過程中利用了所有節點的帶寬。Rotor，作爲Alpenglow的數據傳播協議，採用了Turbine的方法並進行了改進。

通過這些變化，我們將把Solana帶入前所未有的性能水平。使用TowerBFT，Solana從區塊創建到區塊最終確定大約需要12.8秒。爲了將延遲降低到亞秒級，Solana引入了“樂觀確認”概念。Alpenglow將打破這兩種延遲界限。我們預計Alpenglow能在大約150毫秒（中位數）內實現實際最終性。有時最終性可以快至100毫秒，這對於一個全球性的L1區塊鏈協議來說是一個難以置信的低數字。（這些延遲數字是基於當前主網質押分布的模擬，不包括計算開銷。）

150毫秒的中位延遲不僅意味着Solana速度快——這意味着Solana可以在響應能力上與Web2基礎設施競爭，可能使區塊鏈技術對完全新類別的應用程序變得可行，這些應用程序要求實時性能。

上述圖表顯示了Alpenglow不同部分的延遲分解，領導者位於瑞士蘇黎世。我們選擇蘇黎世作爲示例，因爲這是我們開發Alpenglow時的地點。每個條形圖顯示了當前全球分布的Solana節點的平均延遲，按距離蘇黎世的遠近排序。到達Alpenglow協議不同階段的模擬延遲與到達該階段的網路比例進行繪制。

綠色條形圖顯示了網路延遲。根據當前的Solana節點分布，約65%的Solana股份在距離蘇黎世50毫秒的網路延遲內。長尾股份的網路延遲超過200毫秒。網路延遲作爲我們圖表的自然下限，例如，如果一個節點距離蘇黎世100毫秒，那麼任何協議至少需要100毫秒來在該節點上完成一個區塊。
黃色條形圖顯示了我們的協議第一階段Rotor所產生的延遲。
紅色條形標記了節點收到至少60%股份的公證投票的時間。
最後，藍色條形圖顯示了最終確認時間。

那麼這種高性能來自哪裏？

Alpenglow的投票組件Votor在80%的權益參與時，通過單輪投票以創紀錄的速度完成區塊，而在只有60%的權益響應時則需要兩輪投票。這兩種投票模式是集成並同時進行的，因此當兩條路徑中較快的一條結束時，最終確認就會發生。

Rotor，作爲Alpenglow的數據傳播子協議，採用了Turbine的方法並進行了改進。與Turbine類似，Rotor根據參與節點的股份比例利用帶寬，從而減輕高吞吐量下的領導者瓶頸。因此，總可用帶寬以漸近最優的方式使用。Rotor設計中的一個見解是光速仍然太慢，信息傳播的延遲主要由網路延遲主導，而非傳輸或計算延遲。Rotor具有單層中繼節點，而不是Turbine的多層樹狀結構。通過這種方式，Rotor最小化了網路跳數。此外，Rotor引入了新的技術來確定中繼節點，從而提高了彈性。

Alpenglow建立在最先進的研究基礎上，結合了擦除編碼的數據分發和最新的共識技術。它引入了創新，如其集成的一/兩輪投票模式，導致前所未有的最終確定延遲。這種獨特的“20+20”彈性允許協議在惡劣的網路條件下有效運行，能夠容忍高達20%的對抗性股份和額外20%的非響應股份。其他貢獻包括低方差的採樣策略。

我們已經撰寫了一份全面的白皮書，詳細描述了Alpenglow。白皮書介紹了Alpenglow的直覺以及我們想要實現的目標。它還討論了協議，提供了簡明的定義和僞代碼。白皮書包括各種模擬測量和計算，以便理解Alpenglow的性能。最後，白皮書包含了正確性證明。

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