Solana 擴容機制分析：犧牲可用性換取高效率的極端嘗試

2 年前觀點

Solana 以系統可用性為代價，將 Layer1 擴容的敘事推向了極端，基本觸及無分片公鏈的 TPS 瓶頸。但多次宕機似乎預示了犧牲可用性換取效率的結局。

作者： eternal1997，CatcherVC

技術顧問：劉洋，《嵌入式系統安全》作者

封面： Solana

內容目錄

摘要

Solana 擴容主要基於：高效利用網絡帶寬、減少節點間通訊次數、加快節點運算速度 三大方面，這些措施直接縮短了出塊和共識通訊的時間，但也降低了系統可用性（安全）。
Solana 提前公開出塊者 Leader 名單，揭示了單一可信的數據來源，縮減了共識通訊開銷。但又會帶來賄賂、針對性攻擊等安全隱患。
Solana 將共識通訊（投票信息）作為交易事件來處理，TPS 成分中超過 70% 都是共識訊息，與用戶交易相關的 TPS 約為 500—1000；
Solana 的 Gulf Stream 機制取締了全局性交易池，這提高了交易處理速度，但降低了過濾垃圾交易的效率，Leader 容易宕機。
Solana 的 Leader 節點發布的是交易序列，而非真實的區塊。結合 Turbine 傳輸協議，交易序列可以切碎後分發給不同節點，數據同步速度極快。
POH（Proof Of History）實質為一種計時和計數方式，它給不同的交易事件蓋上序號，生成交易序列。Leader 實質上在交易序列中發布了全網一致的計時器（時鐘）。在很短的窗口期內，不同節點的賬本推進、時間推移都是一致的；
Solana 有 132 個節點佔據 67% 的質押份額，其中的 25 個節點佔據 33% 的質押份額，基本構成了 “寡頭政治” 或 “元老院”。如果這 25 個節點串謀，足以導致網絡陷入混亂；
Solana 對節點硬件水準要求很高，它以設備成本為代價，實現了縱向擴容。運行 Solana 節點的個體多為鯨魚或機構、企業，不利於真正意義的去中心化。
綜上，Solana 以高級節點設備、顛覆性的共識機制與數據傳輸協議，將 Layer1 擴容推向了極端，基本觸及無分片公鏈可維持的 TPS 瓶頸。但多次宕機已經預示了犧牲可用性/安全性來換取效率的結局。

導語

2021 年是區塊鍊和 Crypto 的轉折之年。隨著 Web3 等概念成為顯學，公鏈界迎來了有史以來最強勁的流量增長。在這樣的外部環境下，以太坊憑藉充分的去中心化和安全性，成為 Web3 世界的泰山北斗，但效率問題卻成了它的 “阿喀琉斯之踵”。相比於 TPS 輕鬆破千的 VISA，每秒 10 幾筆交易的以太坊宛若懷中襁褓，與其 “世界級去中心化應用平台” 的宏大願景相差甚遠。

對此，Solana、Avalanche、Fantom、Near 等以擴容為核心的新公鏈一度成為 Web3 敘事的主要角色，獲得了巨量資本的垂青。僅以 Solana 為例，這個號稱 “以太坊殺手” 的頭部公鏈在 2021 年市值飆漲 170 倍，如日中天，甚至一度超越老牌公鏈 Polkadot 和 Cardano，大有和以太坊爭雄的勢頭。

但在 2021 年 9 月 14 日，Solana 因為性能上的問題，首次迎來宕機事故，時間長達 17 小時，SOL 代幣價格隨之快速下跌 15%；2022 年 1 月，Solana 再次出現宕機，時長足有 30 小時，引發了極為廣泛的討論；之後的 5 月，Solana 先後宕機 2 次，6 月初又宕機 1 次。根據 Solana 官方的說法，其主網至少經歷了 8 次性能下降或是宕機事故。

（鏈聞聯創劉鋒對 Solana 的評論）

伴隨著諸多問題的出現，以太坊支持者為首的批評者輪番對 Solana 提出質疑，有人甚至給 Solana 冠以 “SQLana” 的稱號（SQL 是管理中心化數據庫的系統），並先後產生了大量的評論與分析。時至今日，關於 Solana 真實可用性的討論似乎從未停止，吸引著無數好奇心濃重的觀察者。出於對主流公鏈的興趣與關注，CatcherVC 將從自身視角出發，在本文對 Solana 擴容機制及其宕機的部分原因展開簡單解讀。

Solana 系統架構、共識機制、區塊傳輸流程

公鏈的效率主要指其處理交易的能力，也就是吞吐量 TPS（每秒處理的交易筆數），這個指標受到出塊速度和區塊容量的影響，同時也影響著交易手續費和用戶活躍度。從 2018 年甚囂塵上的 EOS，到近期發幣的 Optimism，所有擴容方案幾乎都繞不開 “加速出塊” 這個最關鍵的要素。

要提升出塊速度，往往要在出塊流程上 “做手腳”，Solana 也不出其右。其擴容方式主要立足於 高效利用網絡帶寬、減少節點間通訊的次數、提高節點處理事務的速度 三大方面，這些措施直接縮短了出塊和共識通訊的時間。Solana 的創始人 Anatoly Yakovenko 及其隊友對每一個細節都進行了精心雕琢，以系統的可用性（安全）為代價，盡可能在效率上作出提升，基本達到了無分片公鏈的實際 TPS 極限，最終作出了 “有代價” 的創新。

相比於其他採用 POS 的公鏈，Solana 最大的創新點在於其獨特的共識協議和網絡節點通信方式，該共識協議基於 POS 和 PBFT（實用拜占庭容錯），引入獨創的 POH（Proof of History）作為推進區塊鏈賬本的機制，獨樹一幟的創建了自己的共識體系。

單從表現形式的角度看，Solana 的共識協議與 Cardano 最早的 Ouroboros（銜尾蛇）算法類似，都包含 Epoch（紀元）和 Slot（間隔）兩大時間單位。每個 Slot 約為 0.4~0.8 秒，相當於一個區塊的時間間隔。而每個 Epoch 週期包含 43.2 萬個 Slot（區塊），長達 2~4 天。

在 Solana 的系統架構中，最重要的角色分為兩類：Leader（出塊者）和 Validator（驗證者）。兩者實際上都是質押了 SOL 代幣的全節點，只是在不同的 Slot（出塊週期）內，Leader 會由不同的全節點來充當，而沒有當選 Leader 的全節點會成為 Validator。

在每個新的 Epoch 週期開始時，Solana 網絡會按照各節點的質押權重進行抽選，組成一個出塊者 Leader 輪換名單，“欽定” 了未來不同時刻的出塊者。在整個 Epoch （2~4 天）內，出塊者會按照名單指定的次序進行輪換，每過 4 個 Slot（出塊週期），Leader 節點就會進行一次變更。

由於提前公開了未來的出塊節點，Solana 網絡實質獲得了確定而可信的新區塊數據源，為共識過程提供了巨大便利。

Solana 出塊流程簡述

為了更清晰的理解 Solana 的擴容機制，我們不妨從出塊邏輯開始，對 Solana 的大致結構進行解析：

1. 用戶發起交易後，會被客戶端直接轉發給 Leader 節點，或者先被普通節點接收，再立刻轉發給 Leader；

2. 出塊者 Leader 接收網絡內全部的待處理交易，一邊執行，一邊給交易指令排序，製成交易序列（類似區塊）。每隔一段時間，Leader 會把排好的交易序列發送給 Validator 驗證節點；

3.Validator 按照交易序列（區塊）給定的順序執行交易，產生相應的狀態信息 State（執行交易會改變節點的狀態，比如改變某些賬戶的餘額）；

4. 每發送 N 個交易序列，Leader 會定期公開本地的狀態 State， Validator 會將其與自己的 State 作對比，給出肯定/否定的投票。這一步就類似於以太坊 2.0 或其他 POS 公鏈裡的 “檢查點”。

5. 如果在規定時間內，Leader 收集到佔全網 2/3 質押權重 的節點們給出的肯定票，則此前發布的交易序列和狀態 State 就被敲定，“檢查點” 通過，相當於區塊完成最終確認 Finality；

6. 一般而言，給出肯定票的 Validator 節點與出塊者 Leader 所執行的交易、執行後的狀態都是相同的，數據會同步。

7. 每過 4 個 Slot 週期，Leader 會進行一次切換，這意味著 Leader 每次大概有 1.6 秒~3.2 秒時間掌握網絡的 “最高話語權”。

Solana 擴容機制細解

表面看來，Solana 的出塊邏輯與其他採用 POS 機制的公鏈大體一致，都有一個發佈區塊、對區塊投票的過程。但如果我們對每一個步驟都展開觀察，不難發現 Solana 與其他公鏈之間有著天壤之別，而這正是其高 TPS、低可用性的根源所在：

1. 最重要的一點：Solana 提前公開每個週期 Slot 的出塊者 Leader，大幅減少了共識過程的工作量。在其他 POS 公鏈中，由於缺乏單一的、可信的出塊節點，網絡的共識通訊效率極低，產生的時間複雜度往往比 Solana 高出幾個數量級，這成為了多數公鏈在 TPS 上的瓶頸。

以主流的 POS 共識協議或 PBFT 算法為例，這些算法大多采用了和 Solana 相同的時間單位與角色劃分，也有類似於 Epoch 紀元、Slot 區塊週期、Leader 出塊者、Validator 驗證者、Vote 投票 的設定，只是參數設置和叫法不同而已。最大的不同在於，此類算法大多以安全性（可用性）為前提，不會提前公開 Leader 名單。

（比如 Cardano 也會事先生成一個 Leader 輪換列表，但列表不公開。每個選中的 Leader 只知道自己該在何時出塊，不知道其他時刻的出塊者是誰。這使得出塊節點不可被外界預測。）

由於沒有公開的出塊者，節點間會 “互不信任”並 “各自為政”。此時，若某個節點自稱為合法出塊者，大家並不敢信任他，必須要其出示相關的 Proof 證明才行。但此類 Proof 證明的生成、傳播、驗證會浪費帶寬資源，並產生額外的工作量（甚至會和 ZK 零知識證明扯上關係）。Solana 公開每個時段的 Leader，可以避免此類麻煩。

更為重要的是，在絕大多數 POS 共識協議或 PBFT 類算法中，針對新區塊的投票 Vote （一個區塊要得到網絡內 2/3 節點的肯定票才能敲定），往往由各個節點通過 “流言協議”，以類似 1 對 1 交流的方式發送或收集，有點類似於病毒式隨機擴散，實質等價於每兩個節點間都要通訊一次，其複雜度和耗時遠高於 Solana 的共識協議。

在 Tendermint 等 PBFT 算法中，單個 Validator 節點至少要收集網絡內 2/3 的節點發出的單張投票。如果全網節點數量為 N，則每個節點至少接收 2/3×N 個投票，整個網絡產生的通訊次數至少為 2/3×N²，顯然這個數量級太大了（和 N 的平方成正比）。如果節點數量很多，其共識過程的耗時往往會陡增。

*（普通公鏈裡單個節點投票的傳播方式，類似過程每個節點都會做 1 次，每次出塊要進行 N 次類似的傳播）*

（相關科普：《雪崩 DEX 開發者為你詳解 Avalanche 共識機制》）

對此，Solana 和 Avalanche 以不同的方式改良了節點收集投票的通訊過程，降低了時間複雜度。通俗的講，Leader 集中匯總所有 Validator 發出的投票，再把這些投票打包在一起（寫進交易序列裡），一次性推送到網絡中。

這樣一來，節點們無需再通過 “流言協議” 頻繁的、1 個 1 個的互換投票信息，通訊次數降低到了常數 N 甚至是 logN 的數量級，這在很大程度上縮短了出塊時間，大幅提高了 TPS。

目前 Solana 出塊週期基本和單個 Slot 的時長一致，為 0.4~0.8 秒，甚至比 Avalanche 還快出 3 倍。（Solana 瀏覽器顯示的區塊，實質是每個 Slot 內 Leader 發布的交易序列）。

但這也帶來了另一個問題：由 Leader 在交易序列（區塊）內發布節點們的投票信息，會佔用區塊空間。在 Solana 的設定中，Leader 實質將共識投票作為一種交易事件來處理，其發布的交易序列包含節點投票 Vote，而這些投票正是 Solana TPS 的主要成分（一般佔 70% 以上）。

按照 Solana 瀏覽器裡的數據統計，其實際 TPS 維持在 2000~3000 左右，其中 70% 以上是與普通用戶無關的共識投票訊息，與用戶交易相關的實際 TPS 維持在 500~1000，雖然比 BSC 和 Polygon、EOS 等高性能公鏈還高出 1 個量級，但仍無法達到官方所鼓吹的上萬級別。

同時，如果 Solana 未來不斷的提升去中心化程度，允許更多的節點參與共識投票（目前有近 2000 個 Validator），則 Leader 發布的交易序列中必將包含更多的投票訊息，會持續壓縮與用戶交易相關的 TPS 空間。這標誌著 Solana 在不分片的前提下，基本難以取得更高的 TPS。

某種程度來看，Solana 每秒 500~1000 筆的交易處理能力已達到無分片公鏈的巔峰，在節點數量較多、不分片且支持智能合約的前提下，新公鏈基本難以超越 Solana 的 TPS 量級，除非它們採用 “委員會” 模式，只允許少量節點參與共識，或者退化為中心化服務器。只要參與共識的節點數量很多，就難以取得比 Solana 更高的 “可證實的 TPS”。

格外值得注意的是，由於每個 Epoch 內 （2~4 天）的出塊者名單是提前公開的，Solana 的共識協議與原始的 Tendermint 算法並無本質區別，實際都沒有賦予出塊者以不可預測性，所有人都能預知未來某個時間點由誰來出塊，這就會在 可用性/安全性上產生諸多隱患。
（Leader 易遭遇有預謀的 DDOS 攻擊，提高了故障率，若連續幾個 Leader 出現故障，則網絡容易宕機；且用戶可提前賄賂 Leader 等）

2.Gulf Stream 與網絡宕機： Solana 公開出塊者 Leader 名單還有一個更重要的目的：配合其獨創的 Gulf Stream（海灣流）機制，提高網絡處理交易的速度。

用戶發起交易後，往往被客戶端程序直接轉發給指定的 Leader，或者先被某個普通節點接收，再被該節點快速發送給 Leader。這種方式可以讓 Leader 盡快接收交易請求，提高響應速度。（稱為 Gulf Stream 機制，是 Solana 宕機的主因之一）

Solana 的這種設定，是與其他公鏈截然不同的交易提交方式。Gulf Stream 取締了比特幣和以太坊的 “全局交易池” 設定，普通節點不運行大容量的交易池。一個節點收到用戶的待處理交易後，只需交給 Leader，不必再發給其他節點，這種做法大幅提高了效率，但由於取締了交易池，普通節點無法高效攔截垃圾交易，容易導致 Leader 節點宕機。

為了深刻理解這一點，我們可以對比 ETH：
·以太坊的每個全節點都有名為交易池（內存池）的存儲區域，用於存放未上鍊、待處理的交易指令。

·當節點接收到新的交易請求後，會先進行過濾，判斷交易指令是否合規（是否為重複/垃圾交易），之後將其存入交易池，再轉發給其他節點（病毒式擴散）。

·最終，一筆合法的待處理交易會傳遍網絡，放入所有節點的交易池裡，這就讓不同節點都獲取到相同的數據，表現出 “一致性”。

以太坊和比特幣採取這種機制，理由很明確：不知道未來的出塊者是誰，所有人都有概率打包新區塊。所以，必須讓不同節點接收到相同的待處理交易，為打包區塊做準備。

如果有礦池節點發布新區塊，接收區塊的節點會解析其中的交易序列，按次序執行，再把這部分交易指令從交易池中清掉。至此，一批待處理的交易就可以上鍊。

Solana 取締了以太坊的那種交易池，待處理的交易無需在網絡內隨機擴散，而被快速提交給指定的 Leader，再打包成交易序列一次性分發出去（類似於前文的分發投票的方式）。最終，一筆交易只需要夾在交易序列裡，在網絡內傳播 1 圈（以太坊實際是 2 圈）。在交易數量很大的情況下，這個細微差別可以大幅提高傳播效率。

但根據交易池 TxPool 的相關技術說明，交易池/內存池實質發揮了數據緩衝區和過濾器的作用，能提升公鏈可用性。所有節點都運行交易池，收錄網絡內全部待處理交易，不同節點就可以獨立過濾垃圾請求，第一時間攔截重複交易，分擔流量壓力。雖然採用交易池會放慢出塊速度，但如果有用戶發起重複交易（交易池裡有記錄的請求），或其他類型的垃圾請求，接收到交易的節點可在本地將其過濾，不會再轉發出去，這就讓過濾工作被全網節點分擔開。

Solana 採取了背道而馳的做法。在 Gulf Stream 機制下，普通節點們不運營全網一致的交易池，無法高效攔截重複/垃圾交易。普通節點真正能做的，只是檢查交易數據包是否符合正確格式，無力辨別惡意重複請求。同時，由於普通節點 “一股腦” 的把交易指令推給 Leader，相當於把過濾交易的 “重擔” 甩給了 Leader 自己，在流量極大、重複交易數量極多的情況下，Leader 節點會因壓力過大而無法順利出塊，共識投票將無法順利傳播，網絡容易崩潰。

對此，Solana 創始人 Anatoly Yakovenko 於今年 1 月 27 日表示，某些熱門項目的公售時段，每秒最多有近 200 萬筆交易請求到達同一個 Leader 節點，其中 90% 以上是完全相同的重複交易，最終導致 Solana 宕機。
（參考資料：《深度調查：新公鏈們為何頻現宕機事故？》）

綜上所述，以太坊實質是犧牲效率換安全，Solana 則是犧牲安全換效率，它所面臨的問題可歸納為：
由於 Leader 輪換順序是給定的，必須按照這個輪換鏈條不斷的走下去。但由於流量分擔機制不完善，Leader 節點故障機率較高，如果某段時間內用戶流量過大（如某些火熱 NFT 開啟公售），可能使多個 Leader 先後出現故障（比如未來 40 個 Slot 的 Leader 都不能順利出塊），這樣一來，共識過程受阻，網絡會分叉、Leader 輪換鏈條會徹底斷裂，最終會徹底崩潰。

3. 類似 BT 種子的 Turbine 傳輸協議：在上文的 Gulf Stream 機製配合下，Leader 迅速接收一段時間內的全部交易請求，檢查其合法性，之後會執行交易。同時，Leader 採用稱為 POH（Proof of History）的機制，為每筆交易都蓋上一個序列號，為交易事件排序。（細節將於後文闡述）

Leader 把交易事件排好序後，會把交易序列切成 X 個不同的碎片，分別發送給質押資產最多的 X 個 Validator，再由他們傳播給其他 Validator。Validator 群體會自行交換收到的碎片，在本地拼湊完整的交易序列（區塊）。

為了便於理解，我們可以將每個不同的碎片視作數據量縮減的小區塊。Leader 一次對外分發 X 個碎片，相當於發出 X 個不同的小區塊，讓不同的節點接收並進一步擴散。

Solana 的這種消息分發方式很特別，靈感來自於 BT 種子。（原理不易用文字表述，主旨在於同時利用多個節點的閒置帶寬，並行式的傳輸數據）。一般而言，交易序列被切分的碎片數越多，節點群體擴散碎片、拼湊交易序列的速度越快，數據同步效率也會顯著提升。

而在其他公鏈中，出塊者會向 X 個鄰居節點發送相同的區塊，相當於把一個區塊複製 X 份發出去，而非分發 X 個不同的碎片（小區塊），這種做法產生的數據冗餘和帶寬浪費很嚴重。究其根源，傳統的區塊 Block 式結構不可切分，根本無法靈活傳輸，而 Solana 乾脆以交易序列 Sequence 替代區塊式結構，結合類似 BT 種子的 Turbine 協議，可以實現高速的數據分發，極大提升了吞吐量 TPS。

Solana 官方曾表示，在 Turbine 傳輸協議下，網絡有 4 萬個節點時，可以在 0.5 秒內把一個交易序列同步給所有節點。

同時，在 Turbine 協議下，節點按照其質押資產的權重，被劃分為不同的層級（優先級），質押資產多的 Validator 率先收到 Leader 發出的數據，之後由這些節點傳遞給下一層。在這種機制下，佔全網質押資產 2/3 權重的節點群體，會最先收錄 Leader 發出的交易序列，加快賬本（區塊）的確認速度。

根據 Solana 瀏覽器披露的數據，目前 2/3 的質押權重被 132 個節點瓜分，再結合前文所說的傳播機制，這些節點最先收到 Leader 發出的交易序列，也會率先給出投票。而只要得到這 132 個節點的投票，Leader 發布的交易序列便可敲定。從某種角度看，這些節點搶跑在其他節點之前，如果他們串謀，便可產生某些作惡場景。

更值得注意的是，目前 Solana 有 25 個節點佔據了 1/3 的質押權重，按照拜占庭容錯理論，只要這 25 個節點集體串謀（比如故意不向某個 Leader 發出投票），足以讓 Solana 網絡陷入混亂。某種程度來講，Solana 面臨的 “寡頭政治” 問題是所有採用 POS 投票制的公鏈都應該去重視的。

4.POH（Proof Of History）：前文提到，Turbine 協議允許 Leader 將交易序列切碎，把不同的碎片發佈出去。這種做法要有一個保障：交易序列被切碎後，要容易被拼湊復原。為了解決這個問題，Solana 特意在數據包中摻雜糾刪碼（可防止數據丟失），並且引入獨創的 POH（Proof Of History）機制為交易事件排序。

在 Solana 白皮書中，Yakovenko 以哈希函數 SHA256 為案例，展示了 POH 的原理。為了便於理解，本文將以下面的例子解釋 POH 機制：

（由於 POH 及對應的時間演進邏輯較難用語言描述，建議先閱讀 Solana 中文白皮書對 POH 的解讀，再將本文以下橋段作為輔助閱讀）

·SHA256 函數的輸入值和輸出值是唯一映射的（1 對 1），輸入參數 X 後，僅有唯一的輸出結果 SHA256（X）=？；不同的 X 會得到不同的？=SHA256（X）；

·如果循環、遞歸的計算 SHA256，比如：
定義 X2 = SHA256 ( X1 )，再用 X2 計算 X3 = SHA256 (X2)，再算 X4 = SHA256 (X3)，如此重複迭代下去，Xn = SHA256 ( X[n-1] )；

·反复執行這個過程，最終我們會得到一個 X1，X2，X3......Xn 的序列，該序列有個特點：Xn = SHA256 ( X[n-1] )，排在後面的 Xn 是前面 X[n-1] 的 “後代”。

·將該序列公開發布後，如果有外人想驗證序列的正確性，比如他想判斷 Xn 是否真的是 X[n-1] 的 “合法後代”，可以直接將 X[n-1] 代入 SHA256 函數去算，看結果和 Xn 是否相同。

·在這種模式下，沒有 X1 就得不到 X2，沒有 X2 得不到 X3...... 沒有 Xn 得不到後面的 X[n+1]。這樣一來，序列就具有了連續性和唯一性。

·最關鍵的一點：交易事件可以被插進序列裡。比如：
在 x3 出生後、x4 未出現時，交易事件 T1 可作為外部輸入，和 X3 迭加在一起，得到 x4 = SHA256（X3+T1）。其中，X3 的出現略早於 T1，X4 則為（T1+X3）孕育的後代，T1 實質被夾在 X3 和 X4 的 “生日” 之間。

以此類推，T2 可以在 X8 產生後，作為外界的輸入參數，計算 X9=SHA256（T2+X8），這樣 T2 的出現時間就被夾在 x8 和 x9 的 “生日” 之間；

•在上面的場景中，實際的 POH 序列為以下形式：

其中，交易事件 T1 和 T2 是外界插入序列裡的數據，在 POH 序列的時間記錄上，他晚於 X3 早於 X4。
只要給出 T1 在 POH 序列裡的次序號，可得知它之前發生了多少次 SHA256 計算（T1 前面有 X1、X2、X3，發生了 3 次 SHA256 計算）。
同樣的道理，T2 前面有 X1~X8 八個 X，發生了 8 次計算。

以上過程的白話解釋如下：有個人拿著秒錶在那里數秒，每當他收到一封信，他就按照秒錶的讀數，在信封上記下時間。收到十封信後，這十封信上記錄的秒數肯定不同，有先后區分，這就給不同的信件排了序，根據信件上的記錄還可以知道兩封信之間隔多久。

·Leader 在對外發布交易序列時，只要在 T1 的數據包裡給出 X3 的數值，並告知 X3 的序號（第 3 個），接收數據包的 Validator 便可解析出 T1 之前的完整 POH 序列；
只要在 T2 的數據包裡，提供 X8 的數值，及其序號 8，Validator 便可解析出 T2 之前的完整 POH 序列；

·按照 POH 的設定，只要標記出每筆交易在 POH 序列裡的序號（Counter），並給出緊挨著它的 X 值（Last Valid Hash），就可以披露出每筆交易的次序。由於 SHA256 函數本身的特性，這種通過哈希計算來敲定的次序，難以被篡改。

同時，Validator 知道 Leader 得出 POH 序列的方式，他們可以執行相同的操作，還原出完整的 POH 序列，驗證 Leader 發布的數據的正確性。

For example，如果 Leader 發布的交易序列數據包為：
T1，序號 3，緊鄰 X3；
T2，序號 5，緊鄰 X5；
T3，序號 8，緊鄰 X8；
T4，序號 10，緊鄰 X10；
POH 序列初始值 X1；

Validator 接收到以上數據包後，便可把 X1 作為初始參數，循環代入 SHA256 函數自行計算，解析出完整的 POH 序列為：

這樣一來，只要知道序列裡總共包含多少個 X，就可得知計算者做了幾次 SHA256 計算。事先估計好每次哈希計算的耗時，就可以知道不同交易的時間間隔（比如 T1 和 T2 之間隔了 2 個 x，就隔著 2 次 SHA256 計算，約為？？毫秒）。得知了不同交易之間相隔的秒數後，可以更方便的確定每筆交易發生的時間點，省去了很多麻煩的工作。

·一般而言，Leader 會時刻不停的執行 SHA256 函數，得到新的 X，把序列不斷向前推進。如果有交易事件，就將其作為外部輸入，插進序列裡；

·如果有節點嘗試在網絡中發布摻水的序列，替換 Leader 發布的版本，比如把上文中的 X2 替換為 X2' ，序列變為 X1，X2'，X3......Xn，顯然其他人只要對比 X3 和 SHA256（X2'）, 就可以發現兩者對不上號，序列造假了。
所以，造假者必須把 X2' 之後的 X 全部替換才行，但這樣做成本很高，尤其在 X 的個數很龐大的情況下，造假將非常浪費時間。此情此景，最好的辦法就是不去造假，收到了 Leader 發出的序列後原方不動的轉發給別的節點。
再考慮到 Leader 會在發布的每個數據包裡加上自己的數字簽名，在網絡內傳播的序列其實是 “唯一的”“難以被篡改的”；

5. 全網一致的時間推進： Solana 的創始人 Yakovenko 曾強調，POH 最大的作用是提供了一個 “全局一致的單一時鐘” （其實應該轉譯為：全網一致的時間推進）
。這句話其實可以這樣理解：
Leader 節點在網絡內發布了一個唯一的、難以篡改的交易序列。根據該交易序列的數據包，節點可以解析出完整的 POH 序列，而 POH 序列是 Solana 獨創的計時方式，可以作為時間參照物。

如前文所述，由於 Leader 會時刻不停的執行 SHA256 哈希計算，把 POH 序列不斷向前推進，這個序列記錄了 N 次哈希計算的結果，對應著 N 次計算過程，包含了時間推移。而 Solana 把計算的次數當做獨特的計時方式。

在原始的參數設定中，默認 200 萬次哈希計算對應現實中 1 秒，每個 Slot 出塊週期為 400 ms，也就是說每個 Slot 產生的 POH 序列包含 80 萬次哈希計算。Solana 還創造了一個名為 Tick（滴答）的名詞，類比鐘錶指針前進時的滴答聲。按照設定，每個 Tick 應該包含 1.25 萬次哈希計算，1 個 Slot 週期包含 64 次 Tick，每 160 次 Tick 對應現實中 1 秒。

以上只是理想狀態下的設定，在實際的運行過程中，每秒可產生的哈希計算次數往往不固定，所以實際的參數應該是動態調整的。但以上說明可以解釋 POH 機制的大致邏輯，這種設計讓 Solana 節點在收到 POH 序列後，根據其中包含的哈希計算次數，判斷 1 個 Slot 是否結束，以及是否到了下一個 Leader 該出現的時候（4 個 Slot 一輪換）。

由於可以判斷每個 Slot 的起始點，Validator 會把起始點中間夾著的交易序列劃分為一個區塊。一旦得到敲定，就相當於把賬本向前推進了一個區塊，系統則向前推移了一個 Slot。

這就可以用一句話概括：
“時鐘的指針不會回頭，但我們可以用自己的手把它向前推”。—碇源渡《新世紀福音戰士 EVA》

換言之，只要節點都收到相同的交易序列，那麼他們解析出的 POH 序列，及對應的時間推進都是一致的。這就創造了一個 “全局一致的單一時鐘”（全網一致的時間推進）。

（在原始的 Tendermint 算法中，每個節點在本地的賬本上添加的是相同的區塊，區塊高度一致，幾乎從不分叉，所以按照 Solana 對 “時間推移” 的解釋，在 Tendermint 中，不同節點的時間推移應該也是一致的）

此外，由於交易事件在 POH 序列中的序號是給定的，節點僅憑自己計算就可獲知，不同的交易之間隔了多少次哈希計算（隔著幾個 X），也就能大致估算出不同交易之間的時間差△T。

有了大致的△T 和某個初始的時間戳 TimeStamp 0 後，就可以像多米諾骨牌一樣，粗略估算每起事件的發生時刻（時間戳）。
For example：
T1 發生於 01:27:01，T2 與 T1 之間隔著 1 萬次哈希計算（1 萬個 X），如果 1 萬次哈希計算耗時約為 1 秒，則 T2 大概發生在 T1 的 1 秒後，也就是 01:27:02。以此類推，所有交易事件發生的時間（時間戳）都可以粗略推算出來，這帶來了巨大便利，允許節點獨立確認某些數據的送達時間。

同時，POH 機制也方便統計各節點給出投票的時間點。Solana 白皮書中提出，Validator 應該在 Leader 每次發布 State 狀態信息後的 0.5 秒內提供投票。

如果 0.5 秒對應著 100 萬次哈希計算（前文的 100 萬個 X），而 Leader 發布 State 後，後面的序列裡連續 100 萬次哈希計算都沒有收錄進某節點的投票，大家就可以得知這個節點在偷懶，沒有在規定時間內履行投票的義務，屆時系統可以執行相應的懲罰措施 （Tower BFT）。

6. 與 Optimism 的相似性：以上即為 Solana 獨創的 POH（Proof Of History），類似於 Optimism 和 Arbitrum 的交易排序形式，都通過與哈希函數有關的計算，來確立一個 “不可篡改、唯一確定” 的交易事件序列，之後由 Leader/Sequencer 將這個序列發布給驗證節點 Validator/Verifier。

在 Optimism 中也有類似 Leader 的角色，叫 Sequencer（排序器），它在數據傳輸中也取締了區塊式結構，定期在以太坊某合約地址中發布交易序列，叫 Validator 自己去讀取並執行。不同的 Validator 收到的交易序列都是相同的，那麼他們執行下來後得到的狀態 State 也必定相同。這個時候再去對比 Sequencer 的狀態 State，各個 Validator 自己就能驗證其正確性，幾乎不需要和其他節點溝通。

在 Optimism 的共識機制中，並沒有要求不同 Validator 之間進行互動，也沒有收集投票的步驟，“共識” 其實是隱式的。如果有 Validator 執行完交易序列後，發現 Sequencer/Leader 提供的狀態信息 State 不對，就可以發起 “挑戰”，質疑 Sequencer/Leader。但在這種模式下，Optimism 為交易事件提供了 7 天的敲定窗口期，Sequencer 發布交易序列後，需要 7 天無人質疑，才能最終確認，這顯然是 Soalna 無法接受的。

Solana 要求 Validator 盡快給出投票，目的在於讓網絡快速達成共識，快速敲定交易序列，這樣可以比 Optimism 具備更高的效率。

此外，Solana 分發和驗證交易序列的方式更靈活，允許將一個序列切碎，以碎片的形式分發，這為 Turbine 協議的實行創造了完美的土壤；

同時，Solana 允許節點同時運行多個計算部件，並行式的驗證不同碎片的正確性，把驗證工作分擔開，大幅節約時間。在 OP 和 Arbitrum 中則不允許這種做法，Optimism 直接以 1 筆交易對應 1 個執行後狀態 State 的方式，通過 Transcation—State 映射的形式給出交易序列，只能由一個 CPU 核心從頭到尾一步一步的去計算一遍，才能驗證整個序列的正確性，相對而言笨重低效很多。Solana 的 POH 序列可以從任意一個位置開始驗證，多個計算單元可以同時驗證不同的 POH 片段，這就為多線程並行式的驗證模式提供了基礎。

7. 針對節點本身的縱向擴容：以上是 Solana 在出塊流程、共識機制和數據傳輸協議上的改良，除此之外，Solana 還創建了名為 Sealevel 和 Pipeline、 Cloudbreak 的機制，支持多線程、並行、並發的執行模式，並支持以 GPU 來作為執行計算的部件，大幅提高了節點處理指令的速度，優化了硬件資源的利用效率，屬於縱向擴容的範疇。由於相關技術細節較為複雜，且與本文的側重點並無關聯，在此不展開贅述。

雖然 Solana 的縱向擴容大幅提升了節點設備處理交易指令的速度，但也抬高了對硬件配置的要求。目前 Solana 的節點配置要求很高，被許多人評為 “企業級硬件水平”，並被斥責為 “節點設備最昂貴的公鏈”。

以下為 Solana 的 Validator 節點硬件要求：
Cpu 12 或 24 核，內存至少 128 GB，硬盤 2T SSD，網絡帶寬至少達到 300 MB/s，一般為 1GB/s。
再對比當前以太坊節點的硬件要求（轉型 POS 前）：
CPU 4 核以上，內存至少 16 GB，硬盤 0.5 T SSD，網絡帶寬至少 25 MB/s。

考慮到以太坊轉型 POS 後節點硬件配置要求會調低，Solana 對節點硬件的要求遠遠高於前者。根據部分說法，一個 Solana 節點的硬件成本，相當於幾百個轉型 POS 後的以太坊節點。由於節點運行成本過高，Solana 網絡的運行工作很大程度上成為了鯨魚和專業機構、企業的專利。

對此，以太坊前 CTO、Polkadot 創始人 Gavin Wood 曾在去年 Solana 首次宕機後評論稱：真正的去中心化和安全性比高效率更有價值。如果用戶不能自己運行網絡的全節點，那麼這樣的項目將和傳統銀行毫無區別。

全文總結

Solana 擴容主要基於：高效利用網絡帶寬、減少節點間通訊次數、加快節點處理事務的速度三大方面，這些措施直接縮短了出塊和共識通訊的時間，但也降低了系統可用性（安全）。
Solana 提前公開每個出塊週期 Slot 內的出塊者 Leader 名單，實質揭示了單一可信的數據來源，藉此大幅精簡了共識通訊的流程。但公開 Leader 信息會帶來賄賂、針對性攻擊等潛在安全隱患。
Solana 將共識通訊（投票信息）作為一種交易事件來處理，TPS 成分中往往超過 70% 都是共識訊息，真實與用戶交易相關的 TPS 約為 500—1000；
Solana 的 Gulf Stream 機制實質取締了全局性交易池，雖然這提高了交易處理速度，但普通節點無法高效攔截垃圾交易，Leader 會面臨巨大壓力，容易致使其宕機。若 Leader 宕機，則共識訊息無法正常發布，網絡容易分叉甚至崩潰；
Solana 的 Leader 節點發布的是交易序列，而非真實的區塊。結合 Turbine 傳輸協議，交易序列可以被切碎後分發給不同節點，最終的數據同步速度極快。
POH（Proof Of History）實質為一種計時和計數方式，它可以給不同的交易事件蓋上不可篡改的序號，生成交易序列。同時，由於同一時間只有單一的 Leader 發布交易序列，其中蘊含 POH 計時序列，Leader 實質上發布了全網一致的計時器（時鐘）。在一個很短的窗口期內，不同節點的賬本推進、時間推移都是一致的；
Solana 有 132 個節點佔據 67% 的質押份額，其中的 25 個節點佔據 33% 的質押份額，基本構成了 “寡頭政治” 或 “元老院”。如果這 25 個節點串謀，足以導致網絡陷入混亂；
Solana 對節點硬件水準要求較高，它在抬高設備成本的基礎上，實現了縱向擴容。但這也致使運行 Solana 節點的個體多為鯨魚或機構、企業，不利於真正意義的去中心化。

從某種角度來看，Solana 實際成為了公鏈中最特立獨行的存在，它以高級的節點硬件水準、顛覆性的共識機制與網絡傳輸協議，將 Layer1 擴容的敘事推向了極端，基本觸及了無分片公鏈可長期維持的 TPS 瓶頸，但 Solana 的多次宕機，似乎已經說明了犧牲可用性/安全性來換取效率的最終結局。

從長遠看，去中心化和安全性始終是公鏈領域的核心敘事，雖然 Solana 靠著一時的 TPS 數值與 SBF 等金融大鱷的推波助瀾，一度成為資本簇擁下的瑰寶，但 EOS 的結局已經昭示，Web3 世界不需要單純的營銷和高效率，只有真正具備可用性的事物，能夠在歷史洪流的沖刷中屹立不倒，永世長存。

（在此特別感謝《嵌入式系統安全》的作者劉洋先生、Rebase 社區及 W3.Hitchhiker 團隊對本文作者的幫助）