作者：LBank Labs 研究員FF
編譯：TinTinLand
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在過去的一年裡，我們觀察到Solana 和DePIN 兩者都呈現了顯著的成長。這不僅是極客科技的突然激增，更是新應用場景的漸進演變與發現。此外，我們見證了Solana 區塊鏈與DePIN 協議結合產生的協同力量。
在第一部分中，我們概述了Solana 獨特的架構，包括PoH clock、Tower BFT 共識演算法、無記憶體池的交易轉發、渦輪區塊傳播協議（Turbine Block Propagation）以及Optimistic 並發控制。文章還重點介紹了Solana 的不斷發展的特性，例如本地費用市場（Local Fee Markets）、Firedancer 升級以及壓縮NFT（compressed NFTs） 的狀態壓縮（state compression）。
在DePIN（去中心化實體基礎設施）的背景下，我們探索了其出現、本質和格局。討論了DePIN 的流程，包括硬體、硬體存取、網路結構、代幣激勵以及聯盟層。此外，我們強調了DePIN 協議利用現有區塊鏈生態系統的範式轉變，Solana 因其高速區塊鏈和特性而成為首選平台。本文也提到了幾個將DePIN 協定遷移到Solana 的案例，例如Helium。
Solana 的過去與現在
獨特架構回顧
Solana 以在許多傳統區塊鏈設計方面做出重大妥協並背離許多傳統區塊鏈設計而在Layer1 區塊鏈中表現出色而聞名。此外，由於其聯合創始人的背景，Solana 在通訊領域具有獨特的優勢。因此，Solana 成功地在其訊息傳遞層實現了多種最佳化。
PoH：起點
在討論Solana 時，考慮到PoH 是很重要的，因為以下的特性都是為了與之協調而設計的。
很多人可能會將PoH 視為一種新的共識演算法，但實際上，PoH 並不是一種共識機制。它實際上是在共識之前運作的clock。 PoH clock 允許領導驗證人（leader validator）繞過對時間戳記和交易序列進行全局共識的需要，從而實現更快的交易執行。
本質上，PoH 是一種專門的可驗證延遲函數（VDF），可以處理高頻計算。對於不熟悉VDF 的人來說，它是一個需要特定數量的順序步驟來進行評估的函數，並且可以有效驗證其結果。 VDF 通常用於測量持續時間。在PoH 的情況下，其哈希鏈包括應用程式觀察到的任何資料的哈希，確保資料存在於後續的哈希之前。 VDF 的一個重要特徵是其能夠將大輸入轉換為固定輸出。
在實踐中，領導者為交易添加時間戳，允許驗證人取得指定領導者的公鑰。然後領導者對時間戳進行簽名，使得驗證人可以驗證簽名並確認簽名者是指定領導者公鑰的所有者。用戶隨後可以將交易發送到指定驗證人。
每個區塊都包含了密碼學證明，允許任何人驗證自上一個證明以來經過了一定的時間。在證明中哈希的所有數據無疑發生在證明生成之前。對於每個驗證人，此區塊到達的具體時間沒有特定要求，因為它可能以任何順序到達，甚至在多年後重新播放。
Tower BFT：針對PoH 進行最佳化的PBFT 版本
Solana 使用Tower BFT 作為其共識演算法，這是專門為Proof of History 設計的PBFT 的最佳化版本。與傳統的PBFT 類似，活躍驗證人集合由所有在一個經過叢集配置的時間內投票的具有領導者身分的抵押帳戶組成。每個時期的領導者計畫是基於上一個時期開始時的帳本狀態進行計算的。
Tower BFT 與其他PBFT 演算法相比有一些顯著的差異。由於採用Proof of History clock，Tower BFT 不需要所有驗證人在轉移到下一個區塊之前就對新產生的區塊達成一致意見。相反，下一個時隙的領導者可以直接在當前時隙的領導者之上建構。另一個重要區別是，Solana 中的投票訊息被視為交易。這種設計選擇是Solana 在其網路上實現近90% TPS（每秒交易數）的原因。實際TPS 約為400，與其他Layer1 協定相比相當令人印象深刻。
無記憶體池交易轉發
Solana 的獨特設計透過預先確定的領導驗證人集合以及共識和執行的分離，實現了高效的交易處理。與其他協議（例如以太坊）不同，Solana 不依賴記憶體池進行交易傳播。相反，所有交易，無論是由程式自動發起還是由最終用戶發起，都會立即路由到領導者以納入區塊。
採用這種無記憶體池的方法，Solana 中交易的生命週期與傳統區塊鏈相比顯著縮短。這消除了gossip 時間，並從根本上提高了整個過程的效率。
渦輪塊傳播
Solana 引入了渦輪塊傳播以增強節點通訊的效率。與傳統的gossip 網路不同，交易被分成批次，使得一個節點可以將交易傳送給多個方，而無需產生多個副本。
Solana 驗證人將交易組織成稱為「entries」的較小批次。在一個具有15 個驗證人的網路中，如果fanout 大小設為3，領導節點最初會將資料廣播到位於渦輪樹頂部的特殊根節點。然後，根節點將資料與第一層中的三個節點共用。此層中的節點將資料進一步傳輸到下一層中的一部分節點。這個過程會持續下去，每個層中的每個節點都會將資料重新傳輸到下一層中的一個獨特子集，直到叢集中的所有節點都接收到所有資料碎片。
這種方法降低了通訊成本，並增強了Solana 網路中區塊傳播的效率。
Optimistic 並發控制
Optimistic 並發控制通常在討論新的Layer1 區塊鏈時經常被提及。然而，在讚揚Solana 出色性能時，這個特性通常只是被簡短地提及。
在Solana 的執行層中，驗證人以Optimistic 的方式處理交易，這意味著在接收到最後一筆交易記錄和進行投票之間幾乎沒有延遲。這就是為什麼單一區塊中經常會出現多個失敗的交易記錄。
進展中的增強功能
除了Solana 啟動期間實施的創新設計外，Solana 還引入了許多新功能以滿足市場需求，這也促成了目前的成功。
本地費用市場
優先費用可能導致“gas 戰”，但Solana 的區塊空間結構化設計可以防止個別“熱點”活動（如NFT 鑄造）主導區塊空間。這有助於透過為其他活動保留空間來最小化單一熱點對費用的影響。
在Solana 中，gas 稱為Cus（計算單位）。每個區塊的Cus 限制為4800 萬，每個帳戶的Cus 限制為1200 萬。熱點活動最初會影響與該熱點帳戶相關的交易，但普通的轉帳、質押、驗證人投票和預言機更新等交易不受影響。一旦一個帳戶達到其軟性CU 限制，發送者必須支付額外的費用。
在純全域費用市場中，多個活動共同填滿區塊空間，沒有任何單一活動接近其帳戶CU 限制。在這種情況下，沒有特定的熱點突出，但建立了一個全局費用市場，需要一定程度的優先順序來競爭和獲得區塊包含。
Firedancer 升級
目前，正在進行四種不同類型的客戶端管道，旨在提高客戶端多樣性。然而，大多數Solana 驗證人仍在使用Labs 用戶端，這在出現錯誤時可能導致網路中斷的風險。 Jito Labs 開發了一個MEV 分支，可以讓搜尋者（如套利機器人）向驗證者提供補償以包含他們的交易。這種配置減少了垃圾郵件，並確保驗證人從大多數MEV 機會中受益。令人驚訝的是，截至2023 年10 月，超過31% 的Solana 驗證人正在使用Jito Labs 用戶端。
另外兩個客戶端仍在進行中。 Sig 是由Syndica 編寫的Solana 驗證人客戶端實現，以Zig 編寫。雖然Zig 的使用不是很廣泛，並未受到社群的廣泛關注。
Firedancer 是Solana 區塊鏈的新獨立驗證人客戶端，由Jump 創建。他們對每個驗證人組件進行了修改以提高可可擴展性，並引入了性能升級，預計將增加每秒交易數（TPS）而無需額外的硬體。社群中的一些成員甚至猜測Firedancer 可能被視為Solana 2.0。目前，Firedancer 已經在測試網路上投入使用，預計明年初將在主網上推出。
壓縮NFT 的狀態壓縮
狀態壓縮是一個重要的功能。它遵循Rollup 的理念，創建了一個Merkle 樹，並將狀態儲存在葉節點上。只有Merkle 根儲存在鏈上。在更新Merkle 樹時，我們只需要更新根狀態並提供證明，類似於zkRollup。
當我們將這項技術應用於NFT 時，將產生壓縮的NFT，這可以顯著降低成本，特別是當我們需要為一個專案鑄造數百萬個NFT 時。如下所示，使用狀態壓縮鑄造100 萬個NFT 的成本僅為5.35 SOL，而在升級之前則為12000 SOL。
當我們探討cNFT 的規格時，我們會發現成本和可組合性之間存在權衡。有三個關鍵因素決定Merkle 樹：maxDepth、maxBufferSize 和canopyDepth。 maxDepth 決定樹的容量，大約為2^{depth}。 maxBufferSize 決定一個區塊中允許的並發更新數量，通常在8 到2048 之間。
最關鍵的因素canopyDepth 決定了樹的部分（證明節點的數量）保留在鏈上。增加canopyDepth 會導致更高的儲存成本，但會提供更高的可組合性。這是因為我們可以減少客戶端必須提交的證明數量，從而降低交易限制。相反，我們可以以犧牲可組合性為代價來優先考慮成本效益。
目前效能狀態
由於持續努力和改進，先前關於停機時間的擔憂已經得到了顯著的改善。自2023 年2 月25 日以來，沒有報告的服務中斷，系統至今維持了100% 的無故障運作時間。
此外，交易成功率也有了顯著提高。在Solana 的初始階段，有相當多的交易失敗，幾乎佔20~30%。然而，在過去的兩個月中，交易成功率已經達到了約99%。此外，平均每秒交易數（TPS）從一般的3000 增加到了4000。
除了網路效能外，資本流入在討論Solana 時經常被忽略。目前，有15 億美元的穩定幣在網路上流通，其中USDT 佔9.07 億美元，USDC 佔5.99 億美元。在穩定幣中，Solana 上發行的USDT 排名第三，僅次於波場和以太坊。儘管只有5.9 億美元的流通供應，Circle 已經授權在Solana 網路上發行50 億USDC，這占到了總USDC 供應量的近20%。
DePIN 簡介
歷史與本質
DePIN 或PoPW
DePIN，即去中心化的實體基礎設施，最初是由Messari 在2022 年末提出的。他們對其進行了清晰的定義，並基於他們的視角列出了景觀。 DePIN 分為兩個主要領域：數位資源網路和實體資源網路。數位資源網路包括儲存、運算和頻寬，而實體資源網路則專注於與硬體相關的領域，如無線網路、地理空間網路、行動網路和能源網路。
類似地，2023 年初，Multicoin Capital 引進了一個名為PoPW 的敘事，也就是Proof of Physical Work。根據他們的定義，符合這一論點的協議激勵個體進行可驗證的工作，從而促進真實世界基礎設施的發展。與傳統的籌資方法相比，這些無許可且可靠且中立的協議：
- 可以更快速地發展基礎設施，通常是10-100 倍
- 更能夠回應本地市場需求
- 可以顯著提高成本效益
激勵與硬體的本質
當我們審視DePIN / PoPW 的細節時，我們發現它並不是加密貨幣中的新領域。畢竟，比特幣本身就代表了最初的去中心化實體基礎設施。因此，沒有必要對定義進行分類。
有趣的是，這些企業在其敘述中通常涵蓋了硬體的各個方面。然而，DePIN / PoPW 的核心，也是我們應該關注的，是用來取代現有基礎設施的代幣經濟設計。
DePIN / PoPW 的主要目標是建立一個更具成本效益的全球經濟網絡。它旨在透過使用代幣激勵措施來激發個體引導網絡，並最終吸引終端用戶，以應對Web2 巨頭的挑戰。
在傳統ICT 市場中，壟斷企業透過提供低價或補貼來獲得控制權。一旦他們主導市場並建立了高門檻，他們會提高價格以最大化收益。這遵循著完全不同的邏輯。透過合理的代幣激勵，我們可以從一開始建立一個高效的網絡，並降低當前壟斷企業所製定的過高價格。
DePIN 的全景與變革
實體基礎設施管道
DePIN / PoPW 的主題廣泛涵蓋了PoW、AI、IoT、RWA、共享經濟、去中心化運算和去中心化儲存等各個領域。
與其提供一份詳盡的協議清單和DePIN / PoPW 的全面概述，我們將集中在DePIN / PoPW 管道上，並探討其所呈現的潛在機會。
在實體基礎設施的基礎上是硬體。在開始進行DePIN / PoPW 專案時，最初的決策圍繞著是否利用現有的通用硬體還是選擇客製化解決方案。通用硬體提供了可存取性和覆蓋範圍，在初始階段建立運算和儲存網路特別有優勢。然而，使用通用硬體需要額外的工作來確保相容性。另一方面，客製化硬體涉及創建專門的組件以滿足特定要求，例如用於製圖目的的客製化車載攝影機。這為硬體製造商帶來了巨大的可能性，因為大多數DePIN 專案專注於軟體，並經常尋求第三方供應商的幫助，這些供應商專門提供個人化的硬體解決方案。
第二層著重於硬體上線。使用者有兩種選擇：他們可以尋求DePIN 支援團隊的專業協助，也可以使用自助部署工具包。支援團隊在整個上線過程中提供專業知識和指導，確保使用者俱備必要的知識來有效地設定和整合硬體。另一方面，自助部署工具包為使用者提供了獨立設定和上線硬體所需的資源和文件。隨著專案的進展，我們也可能在這個領域看到第三方服務提供者。
第三層是網路結構，包括共識層、通訊層和其他針對單一專案的協調服務提供者所必需的元件。這裡有兩種主要方法：要么為整個協議構建專用網絡，要么重複使用現有的Layer1 或Layer2 網絡，並僅構建剩餘的組件。
頂層是代幣激勵層，對於普通用戶和投資者來說是最重要和最容易訪問的部分。確保普通用戶和礦工的利益與網路保持一致，對於管理礦工的拋售壓力至關重要。
在整個頻道中，聯盟層作為服務提供者和一般使用者的前端聚合器。對於服務提供者，聚合器將不同的元件和功能整合到一個平台上，簡化使用者交互，優化工作流程。它還可以將服務提供者集中到一個叢集中，類似於挖礦池，以在網路中獲得更強大的地位。對於普通用戶，前端聚合器整合了各種服務和資料來源，使他們能夠檢查狀態，就像在DefiLlama 中看到的那樣。
範式轉移
在過去，協定通常會創建自己的網絡，類似於傳統的公共鏈。然而，現在許多協議更傾向於使用現有的生態系統，而不是建立自己的鏈。這是因為Layer1 模式已經建立，而DePIN / PoPW 正在遵循這一趨勢。
我們可以清楚地看到這種方法上的轉變，Helium 作為DePIN / PoPW 的領先協議展現了這一點。
在此之前，DePIN / PoPW 被認為是一個涵蓋上述所有層面的完整平台。這意味著該協議必須處理整個過程。雖然硬體可以外包給第三方，但從零開始建立網路是一個巨大的障礙，更不用說持續的維護了。
因此，對於大多數DePIN / PoPW 協議來說，將區塊鏈網路方面移至成熟的平台是有意義的。共同的共識、執行和結算層可以在現有的Layer1 或Layer2 解決方案中得以重複使用。一些不太依賴硬體通訊的DePIN / PoPW 協定仍將保留用於通訊的硬體網絡，特別是那些需要快速回應時間和高頻寬的協定。
其他不太依賴硬體通訊的DePIN / PoPW 協定可能會選擇像zkRollup 這樣的替代方法。在這種情況下，硬體的實體工作完全脫離鏈外，而鏈上部分處理DePIN / PoPW 網路的其餘部分，並驗證物理工作的證明。
Solana 與DePIN 雙向奔赴
領先協定遷移至Solana
如前所述，DePIN / PoPW 協議的趨勢是選擇一個可以利用現有區塊鏈基礎設施的生態系統。在各種可用平台中，只有少數幾個能夠滿足DePIN / PoPW 的要求。這些協議需要即時回應和更低的交易費用。 Solana 憑藉其高速區塊鏈和諸如0.5 秒出塊時間以及直接處理驗證者等特性，非常適合DePIN / PoPW。此外，Solana 的cNFT 為DePIN / PoPW 的節點提供更具成本效益的授權證書，這是一種常見做法。
在本節中，我們將展示來自Solana 的幾個範例，以闡明這種遷移涉及的協作努力。
Helium：去中心化無線網絡
Helium 是一個眾所周知的去中心化LoRaWAN 網絡，為個人熱點提供動力，並在某些美國城市提供5G 服務。此前，Helium 是一個通用的L1 平台，但儘管是當時最大的DePIN/PoPW 網絡，但在獲取大規模應用和用戶採用方面仍然很困難。
從Helium 身上得到的教訓是，維護通用智能合約平台並不是DePIN/PoPW 網路所必需的，而且可能是資源的浪費。
在2023 年初，Helium 社群透過使用狀態壓縮，將近一百萬個熱點鑄造成NFT，投票決定將他們的區塊鏈遷移到Solana 上。這次遷移使Helium 能夠專注於無線網路本身。
成功完成遷移且沒有任何問題，證明了在Solana 上建立DePIN 業務是可行的。 Helium 遷移到Solana 也引發了整個DePIN 運動的成長。
Hivemapper：去中心化地圖
Hivemapper 網路於2022 年11 月啟動，利用Solana 區塊鏈創建了一個由社群驅動、激勵驅動的線上地圖。
此外，Hivemapper 在Solana 上利用狀態壓縮技術大幅降低費用，並確保獎勵週期得以維持。地圖是與現實生活密切相關且對每個人都可訪問的工具，使我們能夠想像未來地圖無縫地融入我們生活的各個方面。
要吸引廣泛的受眾，任何服務都需要具有成本效益和用戶友好性。在這方面，Hivemapper 和Solana 是很好的例子。
Render Network：去中心化GPU渲染
Render Network 是主要的高效能分散式GPU 渲染網絡，為GPU 提供者和GPU 請求者之間的運算資源市場。
在Helium 的步伐之後，Render Network 決定在社區投票後遷移到Solana。這次遷移對Render Network 具有重要意義，因為它為其帶來了新的能力，例如即時串流和動態NFT，以及狀態壓縮。
值得注意的是，Render Network 以前在以太坊上運行。對DePIN 協議而言，這次遷移決定具有重大意義。儘管以太坊以其去中心化和強大的共識而聞名，但DePIN 協議在成本和去中心化之間經常面臨折衷。然而，現在Solana 擁有第二多的驗證者數量，超過了以太坊和其他主流的Layer1 網絡，以Nakamoto 係數衡量。因此，對於大多數DePIN 協定來說，在Solana 上建置是一個明顯的選擇。
GainForest：賦能植樹造林
GainForest 是一個使捐贈者能夠進行可驗證和可追蹤的捐贈的平台，確保直接支持負責保護森林的當地個人。
對於參與保護和恢復瀕臨滅絕的雨林地區的農民和其他社區成員，GainForest 為他們種植和照顧樹木的實體工作提供及時和公平的補償。
作為回報，捐贈者會收到由Solana 支持的「NFTrees」代幣，代表他們對環境的投資。這些NFTree 持有者還可以享受數位獎勵，例如展示他們幫助保護地區充滿生機的動物生活的野生動物攝影機影片。
複合性和蓬勃生態的護城河
雖然我們以上僅提到了幾個典型的DePIN / PoPW 協議，但我們可以看到在Solana 上DePIN 賽道的多樣性和增長。
領先的協議Helium 在今年早些時候在Solana 上推出，其影響立竿見影。越來越多的DePIN / PoPW 協定選擇Solana 作為其基礎層。幾乎DePIN / PoPW 協議的所有細分領域都已成功與Solana 集成，為最初對這些協議抱持疑慮的概念提供了證明。
此外，DePIN / PoPW 協議相互協作的能力對生態系統產生了重大影響。這些協定集群充當了DeFi 在Solana 上的另一個構建塊，可能帶來一個DePIN 之夏。現有的用戶群和流量為新興協議在現有協議的基礎上輕鬆建造或合作提供了一個肥沃的土壤。這創造了一個新的正循環，吸引越來越多的協議加入Solana 生態系統。
正如我們在範式轉移中提到的，將傳統的區塊鏈網路遷移到更成熟的平台是一個不可避免的趨勢，而目前Solana 是首選。在這個階段，Solana 在DePIN / PoPW 軌道上建立了堅實的地位，使其他公共鏈難以獲得市場份額。
每個智能合約平台都有其自身的支持基礎。以太坊有DeFi，Arbitrum 有GMX，現在DePIN 正在成為Solana 的新錨點。我們預計它將推動Solana 迎來下一波成長。
