一文读懂Alpenglow：Solana核心协议史上最大变革？

原文标题：Alpenglow: A New Consensus for Solana

原文作者：Quentin Kniep、Kobi Sliwinski 和 Roger Wattenhofer

原文编译：zhouzhou，BlockBeats

编者按： Alpenglow 是 Solana 推出的全新共识协议，替代原有 TowerBFT 和历史证明机制，引入 Votor 和 Rotor，优化投票与数据传播，显著降低延迟至 100 – 150 毫秒，实现秒级最终性。该协议增强了性能、弹性与可扩展性，使 Solana 具备媲美 Web2 的响应速度。

以下为原文内容（为便于阅读理解，原内容有所整编）：

我们自豪地推出 Alpenglow，Solana 的全新共识协议。Alpenglow 是为全球高性能权益证明（Proof-of-Stake）区块链量身打造的共识协议。我们相信，Alpenglow 的发布将成为 Solana 的一个转折点。它不仅是一个新的共识机制，更是自 Solana 创立以来对核心协议最大的一次变革。

在迁移至 Alpenglow 的过程中，我们将告别一系列旧有核心组件，尤其是 TowerBFT 和历史证明（Proof-of-History）。我们引入了全新的模块 Votor，用于接管投票和区块最终确认逻辑。此外，Alpenglow 摒弃了基于 gossip 的通信方式，转而采用一种更快速的直接通信原语。

尽管这是一次重大的变革，Alpenglow 依然建立在 Solana 最大优势的基础之上。Turbine 在 Solana 网络成功中扮演了关键角色，它解决了数据传播这一重要问题。在传统区块链中，领导者常常是系统的瓶颈。

而 Turbine 所采用的技术则将每个区块通过纠删编码（erasure-coding）拆分为许多更小的片段，并快速传播出去。关键在于，这一过程充分利用了所有节点的带宽。Alpenglow 中的数据传播协议 Rotor 延续并优化了 Turbine 的设计理念。

通过这些变革，我们将 Solana 的性能推向前所未有的高度。在使用 TowerBFT 的时候，从区块生成到最终确认大约需要 12.8 秒。为了降低延迟至亚秒级，Solana 曾引入「乐观确认」（optimistic confirmation）的概念。

而 Alpenglow 将打破这些延迟限制。我们预计 Alpenglow 能将实际最终确认时间降至约 150 毫秒（中位数）。

在某些情况下，甚至可以在 100 毫秒 内实现最终确认——这是对全球 L1 区块链协议来说近乎难以置信的速度。（这些延迟数据基于当前主网质押分布的模拟结果，不包含计算开销。）

150 毫秒的中位延迟不仅意味着 Solana 更快——它意味着 Solana 的响应能力可以媲美 Web2 基础设施，这有潜力让区块链技术在需要实时性能的全新应用领域中变得可行。

上方的图展示了当领导者位于瑞士苏黎世时，Alpenglow 协议各个阶段的延迟分布情况。我们之所以选择苏黎世作为示例，是因为我们在开发 Alpenglow 时就在这个城市。

每根柱状图展示了当前 Solana 节点在全球分布中的平均延迟，按距离苏黎世的远近排序。

图中绘制了网络中各节点抵达 Alpenglow 协议不同阶段的模拟延迟，对应于已到达该阶段的网络节点比例。

绿色柱状代表 网络延迟。以当前 Solana 的节点分布来看，大约有 65% 的质押节点距离苏黎世的网络延迟在 50 毫秒以内。而延迟尾部较长，有部分质押节点距离苏黎世的网络延迟超过 200 毫秒。

网络延迟构成了我们图表中的一个自然下界——例如，某个节点距离苏黎世 100 毫秒，那么任何协议想在该节点完成区块最终确认，至少也需要 100 毫秒。

黄色柱状表示 Rotor（数据传播协议）的延迟，这是 Alpenglow 协议的第一阶段。

红色柱状表示节点收到 至少 60% 质押权重的公证投票 所花费的时间。

蓝色柱状则是 最终确认时间。

那么，Alpenglow 的高性能到底来自哪里？

Alpenglow 的投票组件 Votor 实现了极致高效的单轮投票机制：如果有 80% 的质押节点参与，区块可在一轮投票中完成确认；如果只有 60% 的质押节点响应，也能在两轮投票内完成。这两种模式是集成的，并且并行执行，哪个更快，就采用哪个路径最终确认区块。

Alpenglow 的数据传播子协议 Rotor 延续并优化了 Turbine 的方法。与 Turbine 类似，Rotor 根据节点质押权重按比例利用其带宽，从而缓解了领导者成为瓶颈的问题，实现高吞吐率。最终，总带宽能达到近乎最优的利用率。Rotor 的设计理念之一是：在现实中，信息传播的延迟主要受网络时延限制，而非传输或计算速度。Rotor 采用了单层中继节点，而非 Turbine 的多层树结构，从而减少了网络跳数。此外，Rotor 还引入了全新的中继节点选择机制，提高了鲁棒性。

Alpenglow 是建立在最前沿研究基础上的成果，将纠删编码的数据分发与最新的共识机制相结合。它的创新包括一体化的一轮/两轮投票机制，带来了前所未有的区块最终确认延迟。同时，它还引入了具有特色的「 20+ 20 容错机制」：即便网络条件严峻，协议仍可正常运作，容忍最多 20% 的恶意质押节点和额外 20% 的不响应节点。其它贡献还包括一种低方差的采样策略。

我们已经撰写了一篇完整的技术白皮书，详细介绍了 Alpenglow。白皮书不仅阐述了我们设计背后的直觉和目标，也用简洁明了的定义和伪代码讲解了整个协议。同时，它还包含了多种模拟数据与计算，帮助读者理解 Alpenglow 的实际性能表现，最后也提供了完整的正确性证明。

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