從TowerBFT到Alpenglow，Solana進入百毫秒時代

原文標題：Alpenglow: A New Consensus for Solana
原文作者：Quentin Kniep、Kobi Sliwinski 和 Roger Wattenhofer
原文編譯：zhouzhou，BlockBeats

; Votor 和 Rotor，最佳化投票與資料傳播，顯著降低延遲至 100–150 毫秒，實現秒級最終性。該協定增強了效能、彈性與可擴展性，使 Solana 具備媲美 Web2 的響應速度。

以下為原文內容（為便於閱讀理解，原內容有所整編）：

我們自豪地推出 Alpenglow，Solana 的全新共識協議。 Alpenglow 是為全球高性能權益證明（Proof-of-Stake）區塊鏈量身打造的共識協議。我們相信，Alpenglow 的發布將成為 Solana 的轉捩點。它不僅是一個新的共識機制，更是自 Solana 創立以來對核心協議最大的變革。

在遷移至 Alpenglow 的過程中，我們將告別一系列舊有核心元件，尤其是 TowerBFT 和歷史證明（Proof-of-History）。我們引入了全新的模組 Votor，用於接管投票和區塊最終確認邏輯。此外，Alpenglow 摒棄了基於 gossip 的通訊方式，轉而採用更快速的直接通訊原語。

儘管這是重大的變革，Alpenglow 依然建立在 Solana 最大優勢的基礎上。 Turbine 在 Solana 網路成功中扮演了關鍵角色，它解決了數據傳播這一重要問題。在傳統區塊鏈中，領導者常常是系統的瓶頸。

而 Turbine 所採用的技術則將每個區塊透過糾刪編碼（erasure-coding）拆分為許多較小的片段，并快速傳播出去。關鍵在於，這個過程充分利用了所有節點的頻寬。 Alpenglow 中的資料傳播協議 Rotor 延續並優化了 Turbine 的設計理念。

透過這些變革，我們將 Solana 的表現推向前所未有的高度。在使用 TowerBFT 的時候，從區塊生成到最終確認大約需要 12.8 秒。為了降低延遲至亞秒級，Solana 曾經引入「樂觀確認」（optimistic confirmation）的概念。

而 Alpenglow 將打破這些延遲限制。我們預期 Alpenglow 能將實際最終確認時間降至約 150 毫秒（中位數）。

在某些情況下，甚至可以在 100 毫秒 內實現最終確認——這是對全球 L1 區塊鏈協議來說近乎難以置信的速度。 （這些延遲數據基於當前主網質押分佈的模擬結果，不包含計算開銷。）

150 毫秒的中位延遲不僅意味著 Solana 更快——它意味著 Solana 的響應能力可以媲美 Web2 基礎設施，這有潛力讓區塊鏈技術在需要實時性能的全新應用領域中變得可行。

上方的圖展示了當領導者位於瑞士蘇黎世時，Alpenglow 協定各階段的延遲分佈。我們之所以選擇蘇黎世作為範例，是因為我們在開發 Alpenglow 時就在這個城市。

每根長條圖顯示了目前 Solana 節點在全球分佈中的平均延遲，按距離蘇黎世的遠近排序。

圖中繪製了網路中各節點抵達 Alpenglow 協定不同階段的模擬延遲，對應於已到達該階段的網路節點比例。

綠色柱狀代表 網路延遲。以目前 Solana 的節點分佈來看，大約有 65% 的質押節點距離蘇黎世的網路延遲在 50 毫秒以內。而延遲尾部較長，有部分質押節點距離蘇黎世的網路延遲超過 200 毫秒。

網路延遲構成了我們圖表中的一個自然下界——例如，某個節點距離蘇黎世 100 毫秒，那麼任何協議想在該節點完成區塊最終確認，至少也需要 100 毫秒。

黃色柱狀表示 Rotor（資料傳播協定）的延遲，這是 Alpenglow 協定的第一階段。

紅色柱狀表示節點收到 至少 60% 質押權重的公證投票 所花費的時間。

藍色柱狀則是 最終確認時間。

那麼，Alpenglow 的高效能到底來自哪裡？

Alpenglow 的投票組件 Votor 實現了極致高效的單輪投票機制：如果有 80% 的質押節點參與，區塊可在一輪投票中完成確認；如果只有 60% 的質押節點響應，也能在兩輪投票內完成。這兩種模式是整合的，並且並行執行，哪個更快，就採用哪個路徑最終確認區塊。

Alpenglow 的資料傳播子協定 Rotor 延續並優化了 Turbine 的方法。與 Turbine 類似，Rotor 根據節點質押權重按比例利用其頻寬，從而緩解了領導者成為瓶頸的問題，實現高吞吐率。最終，總頻寬能達到近乎最優的使用率。 Rotor 的設計理念之一是：在現實中，資訊傳播的延遲主要受網路延遲限制，而非傳輸或運算速度。 Rotor 採用了單層中繼節點，而非 Turbine 的多層樹結構，從而減少了網路跳數。此外，Rotor 也引進了全新的中繼節點選擇機制，提升了穩健性。

Alpenglow 是建立在最前沿研究基礎上的成果，將糾刪編碼的資料分發與最新的共識機制結合。它的創新包括一體化的一輪/兩輪投票機制，帶來了前所未有的區塊最終確認延遲。同時，它也引入了具有特色的「20+20 容錯機制」：即便網路條件嚴峻，協定仍可正常運作，容忍最多 20% 的惡意質押節點和額外 20% 的未回應節點。其它貢獻還包括一種低方差的取樣策略。

我們已經寫了一篇完整的技術白皮書，詳細介紹了 Alpenglow。白皮書不僅闡述了我們設計背後的直覺和目標，也用簡潔明了的定義和偽代碼講解了整個協議。同時，它也包含了多種模擬數據與計算，幫助讀者理解 Alpenglow 的實際表現表現，最後也提供了完整的正確性證明。

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