한 기사에서는 블록체인 속도의 왕인 솔라나(Solana)를 공개합니다.

성능 보고서

CoinGecko가 5월 17일 발표한 "가장 빠른 체인" 보고서에 따르면 Solana는 대형 블록체인 중 가장 빠른 것으로 나타났습니다. 일일 평균 실제 TPS가 가장 높은 것은 1,504(투표 거래는 제거됨)에 달하며 Sui는 두 번째로 빠릅니다. 일일 평균 실제 TPS가 가장 높은 것은 854입니다. BSC는 3위지만 실제 달성한 TPS는 Sui의 절반에도 미치지 못합니다.

이 보고서에서 볼 수 있듯이 가장 성능이 좋은 Solana와 Sui는 모두 EVM이 아닌 호환 가능한 블록체인입니다. 또한 EVM이 아닌 8개 블록체인의 평균 실제 TPS는 284이고 EVM의 평균 TPS는 17입니다. 호환 가능한 블록체인과 이더리움 레이어 2는 74개에 불과하며 EVM 비호환 블록체인의 성능은 EVM 호환 블록체인의 약 4배입니다.

이 글에서는 EVM 호환 블록체인의 성능 병목 현상을 살펴보고 솔라나의 성능 방법을 공개할 것입니다.

EVM 호환 블록체인의 성능 병목 현상

먼저 EVM 블록체인을 일반 블록체인으로 일반화합니다. 일반적으로 블록체인이 TPS를 향상하려면 다음 방법이 일반적으로 사용됩니다.

• 노드 성능 향상: 하드웨어 리소스를 쌓아서 노드 성능을 향상시킵니다. 노드의 하드웨어 요구 사항은 권장 구성과 같은 분산화 정도에 영향을 미칩니다. Ethereum, Cpu 4 코어, 16G 메모리 및 네트워크 대역폭 25Mbps(일반 사용자 수준 장비로 달성 가능), 높은 수준의 중앙집중화 솔라나는 32 CPU 코어, 128G 메모리 및 네트워크 대역폭의 상대적으로 높은 구성을 권장합니다. 1Gbps는 높은 수준의 중앙 집중화를 통해 달성할 수 있습니다. 일반
• 네트워크 프로토콜, 암호화, 저장 등을 포함한 기본 프로토콜을 개선합니다. 블록체인의 기본 프로토콜을 개선해도 변경되지 않습니다. 블록체인 자체의 속성에 영향을 주지 않으며, 블록체인의 운영 규칙에도 영향을 주지 않습니다. 블록체인의 성능을 직접적으로 향상시킬 수는 있지만, 기반 기술은 거의 주목을 받지 못했으며, 현재 연구 분야에서는 큰 진전이 없습니다.
• 블록 확장: 블록 크기를 늘리면 더 많은 트랜잭션이 포함될 수 있으므로 비트코인 ​​캐시(BCH)와 같은 블록체인의 트랜잭션 처리량이 향상됩니다. ) 블록 크기를 1MB에서 8MB로 확장한 다음 32MB로 확장했습니다. . 그러나 블록을 확장하면 전파 지연도 증가하고 포크 및 DDoS 공격 가능성이 높아지는 등 보안 위협이 발생합니다.
• 합의 프로토콜: 합의 프로토콜은 블록체인의 각 노드가 상태 업데이트에 대한 합의에 도달하도록 보장합니다. 블록체인은 블록체인의 가장 중요한 보안 문입니다. 블록체인에서 사용되는 합의 메커니즘에는 PoW, PoS, PBFT 등이 있습니다. 확장성 요구 사항을 충족하기 위해 일반적으로 고성능 퍼블릭 체인은 합의 프로토콜을 개선하고 이를 Solana의 PoH 기반 합의 메커니즘 및 Avalanche의 눈사태 기반 합의 메커니즘과 같은 고유한 특수 메커니즘과 결합합니다.
• 거래 실행: 트랜잭션 실행은 블록 내에서 처리되는 트랜잭션 수나 컴퓨팅 작업 수에만 관심이 있습니다. 이더리움과 같은 블록체인은 스마트 계약 트랜잭션을 블록 단위로 실행하기 위해 직렬 방식을 사용합니다. 직렬 실행에서는 CPU의 성능 병목 현상이 매우 분명합니다. 블록체인의 효율성을 심각하게 제한합니다. 일반적으로 고성능 퍼블릭 체인은 병렬 실행을 채택하고 일부는 Sui Move와 같이 스마트 계약을 구축하기 위해 병렬 처리에 더 도움이 되는 언어 모델을 제안합니다.

EVM 블록체인의 경우 가장 큰 난관은 가상머신, 즉 트랜잭션 실행 환경의 한계로 인해 트랜잭션 실행에 있습니다. EVM에는 두 가지 주요 성능 문제가 있습니다.

• 256비트: EVM은 명시적으로 256비트 출력을 생성하는 Ethereum의 해싱 알고리즘을 더 쉽게 처리할 수 있도록 256비트 가상 머신으로 설계되었습니다. 그러나 실제로 EVM을 실행하는 컴퓨터는 실행을 위해 256비트 바이트를 로컬 아키텍처에 매핑해야 합니다. 하나의 EVM opcode는 여러 로컬 opcode에 해당하므로 전체 시스템이 매우 비효율적이고 비실용적입니다.
• 표준 라이브러리 누락: 표준이 없습니다. OpenZeppelin은 이러한 상황을 어느 정도 개선했지만 Solidity 구현을 위한 표준 라이브러리를 제공합니다(계약에 코드를 포함하거나 위임 호출 형식으로 호출하여 배포된 계약). ), 그러나 EVM 바이트코드의 실행 속도는 사전 컴파일된 표준 라이브러리의 실행 속도보다 훨씬 낮습니다.

실행 최적화의 관점에서 볼 때 EVM에는 여전히 두 가지 주요 단점이 있습니다.

• 정적 분석이 어려움: 블록체인에서 병렬 실행은 관련 없는 트랜잭션을 동시에 처리하고 관련 없는 트랜잭션을 서로 영향을 주지 않는 이벤트로 처리하는 것을 의미합니다. 병렬 실행을 달성하는 데 있어서 가장 큰 과제는 어떤 트랜잭션이 관련이 없고 어떤 것이 독립적인지 결정하는 것입니다. 현재 일부 고성능 퍼블릭 체인은 트랜잭션에 대해 사전에 정적 분석을 수행하므로 EVM의 동적 점프 메커니즘으로 인해 코드를 정적으로 분석하기가 어렵습니다. ;
• JIT 컴파일러는 미성숙합니다. JIT 컴파일러(Just In Time Compiler)는 현대 가상 머신에서 일반적으로 사용되는 최적화 방법입니다. JIT의 주요 목표는 해석 실행을 컴파일된 실행으로 바꾸는 것입니다. 런타임 시 가상 머신은 핫 코드를 로컬 플랫폼과 관련된 머신 코드로 컴파일하고 다양한 수준의 최적화를 수행합니다. 현재 EVM JIT 프로젝트가 있지만 아직 실험 단계에 있으며 충분히 성숙되지 않았습니다.

따라서 가상 머신 선택 측면에서 고성능 퍼블릭 체인은 EVM 대신 WASM, eBPF 바이트코드 또는 Move 바이트코드 기반의 가상 머신을 사용하는 경우가 더 많습니다. 예를 들어 Solana는 고유한 가상 머신 SVM과 eBPF 기반 바이트코드 SBF를 사용합니다.

가장 빠른 체인: Solana

Solana는 PoH(Proof of History) 메커니즘과 낮은 지연 시간, 높은 처리량으로 유명하며 가장 유명한 "이더리움 킬러" 중 하나입니다.

핵심적으로 PoH는 검증 가능한 지연 함수(VDF)와 유사한 간단한 해시 알고리즘입니다. Solana는 한 반복의 출력을 다음 반복의 입력으로 사용하여 지속적으로 실행되는 시퀀스 사전 이미지 방지 해시 함수(SHA-256)를 사용하여 구현됩니다. 이 계산은 유효성 검사기당 단일 코어에서 실행됩니다.

시퀀스 생성은 순차적이고 단일 스레드이지만 검증은 병렬로 수행될 수 있으므로 멀티 코어 시스템에서 효율적인 검증이 가능합니다. 해시 속도에는 상한이 있지만 하드웨어 개선을 통해 추가적인 성능 향상을 얻을 수 있습니다.

Solana 합의 프로세스

PoH 메커니즘은 신뢰할 수 있고 신뢰할 수 없는 시간 소스 역할을 하여 네트워크 내에서 검증 가능하고 질서 있는 이벤트 기록을 생성합니다. PoH 기반 타이밍을 통해 솔라나 네트워크는 일정에 따라 투명한 방식으로 리더를 교체할 수 있습니다. 이 회전은 4개 슬롯의 고정된 간격으로 발생하며 각 슬롯은 현재 400밀리초로 설정되어 있습니다. ⁠이 리더 교체 메커니즘은 참여하는 모든 검증인이 리더가 될 수 있는 공평한 기회를 보장하며 솔라나 네트워크가 분산화와 보안을 유지하여 단일 검증인이 네트워크에서 너무 많은 권력을 얻는 것을 방지하는 중요한 메커니즘입니다.

슬롯 기간마다 리더는 사용자로부터 받은 거래를 담은 새로운 블록을 제안합니다. 리더는 이러한 트랜잭션을 검증하고 이를 블록으로 패키징한 다음 해당 블록을 네트워크의 나머지 검증자에게 브로드캐스트합니다. 블록을 제안하고 전파하는 이러한 과정을 블록 생산이라고 하며, 네트워크의 다른 검증인은 블록의 유효성에 투표해야 합니다. 검증인은 블록의 내용을 확인하여 거래가 유효하고 네트워크 규칙을 준수하는지 확인합니다. 지분 가중치의 과반수 투표를 받으면 블록이 확정된 것으로 간주됩니다. 이 확인 프로세스는 솔라나 네트워크의 보안을 유지하고 이중 지출을 방지하는 데 매우 중요합니다.

현재 리더의 기간이 종료되면 네트워크는 정지하거나 블록 확인을 기다리지 않고 다음 기간으로 이동하여 후속 리더에게 블록을 생성할 기회를 제공하고 전체 프로세스가 다시 시작됩니다. 이러한 접근 방식을 통해 일부 검증인이 기술적 문제를 겪거나 오프라인이 되는 경우에도 솔라나 네트워크는 높은 처리량을 유지하고 탄력성을 유지합니다.

솔라나 성능 팁

솔라나 네트워크는 리더를 미리 확인할 수 있기 때문에 솔라나는 사용자의 거래를 저장하기 위해 공용 메모리 풀을 요구하지 않습니다. 사용자가 트랜잭션을 제출하면 RPC 서버는 이를 QUIC 패킷으로 변환하고 즉시 리더의 유효성 검사기로 전달합니다. 이 접근 방식을 걸프 스트림(Gulf Stream)이라고 하며, 빠른 리더 전환과 거래 사전 실행을 허용하여 다른 검증자의 메모리 부하를 줄입니다.

Solana의 블록 데이터는 커널 공간으로 가져온 다음 병렬 서명 확인을 위해 GPU로 전달됩니다. GPU에서 서명이 확인되면 데이터는 트랜잭션 실행을 위해 CPU로 전달되고 최종적으로 커널로 반환됩니다. 데이터 지속성을 위한 공간. 데이터를 서로 다른 하드웨어 구성요소로 나누는 다중 처리 프로세스인 파이프라인 기술은 하드웨어 활용도를 극대화하고 블록 검증 및 전송 속도를 높일 수 있습니다.

솔라나의 트랜잭션은 액세스할 계정을 명시적으로 지정하기 때문에 솔라나의 트랜잭션 스케줄러는 읽기-쓰기 잠금 메커니즘을 활용하여 트랜잭션을 병렬로 실행할 수 있습니다. 솔라나 트랜잭션 스케줄러의 각 스레드는 자체적으로 관리되는 큐를 가지며, 트랜잭션을 순차적이고 독립적으로 처리하며, 트랜잭션 계정 잠금(읽기-쓰기 잠금)을 시도하고 계정 충돌이 있는 트랜잭션을 실행합니다. 이 다중 스레드 병렬 실행 기술을 Sealevel이라고 합니다.

리더가 블록을 전파하고 QUIC 패킷(선택적으로 삭제 코딩 사용)을 더 작은 패킷으로 나누고 이를 계층 구조의 검증자에게 배포하는 프로세스입니다. 터빈이라고 불리는 이 기술은 본질적으로 리더의 대역폭 사용량을 줄입니다.

투표 과정에서 검증인은 포크 투표를 위한 합의 메커니즘을 사용합니다. 검증인은 투표가 블록 생성을 진행할 때까지 기다릴 필요가 없습니다. 대신 블록 생산자는 유효한 새 투표를 지속적으로 모니터링하고 이를 현재 블록에 실시간으로 포함시킵니다. 이 합의 메커니즘을 TowerBFT라고 하며, 실시간으로 포크 투표를 병합함으로써 솔라나는 보다 효율적이고 간소화된 합의 프로세스를 보장하여 전반적인 성능을 향상시킵니다.

블록의 지속성 프로세스를 위해 Solana는 순차 작업 속도의 이점을 얻기 위해 계정 데이터 구조를 특정 방식으로 분할하고 메모리 매핑 파일을 사용하여 SSD의 효율성을 극대화하기 위해 Cloudbreak 데이터베이스를 개발했습니다.

검증인의 부담을 줄이기 위해 솔라나는 검증인의 데이터 저장소를 Archiver라는 노드 네트워크로 이전합니다. 거래 상태 내역을 여러 조각으로 분할하고 이레이저 코딩(Erasure Coding) 기술을 사용합니다. Archiver는 상태 조각을 저장하는 데 사용되지만 합의에는 참여하지 않습니다.

요약

Solana의 비전은 소프트웨어가 하드웨어의 속도에 따라 확장되는 블록체인이 되는 것입니다. 따라서 Solana는 오늘날의 컴퓨터에서 사용할 수 있는 모든 CPU, GPU 및 대역폭 기능을 최대한 활용하여 성능을 극대화하고 이론상 최대 속도를 달성합니다. 65,000TPS를 달성할 수 있습니다.

연초 DePIN/AI 트랙이든 최근 핫한 Meme이든, 솔라나가 고주파 거래 및 복잡한 스마트 계약을 처리하는 데 선호되는 블록체인 플랫폼이 된 것은 바로 솔라나의 높은 성능과 확장성 때문입니다. 트랙, 솔라나 모두 큰 잠재력을 보여줍니다.

이더리움 ETF 출시 이후 솔라나는 차기 ETF에 대한 요구가 가장 많은 암호화폐가 되었습니다. SEC는 여전히 솔라나를 증권으로 등록하고 있지만, 다른 암호화폐 ETF는 단기적으로 승인되지 않을 것입니다. 하지만 암호화폐 시장에서는 합의가 곧 가치이며, 솔라나의 합의는 비트코인이나 이더리움만큼 파괴할 수 없게 될 수도 있습니다.

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