Apresentamos orgulhosamente o Alpenglow, o novo protocolo de consenso da Solana. O Alpenglow é um protocolo de consenso adaptado para uma blockchain global de alta performance baseada em proof-of-stake. Acreditamos que o lançamento do Alpenglow será um ponto de virada para a Solana. O Alpenglow não é apenas um novo protocolo de consenso, mas a maior mudança no protocolo central da Solana desde, bem, sempre.

Ao mover para Alpenglow, dizemos adeus a vários componentes legados do protocolo central, em particular, TowerBFT e Proof-of-History. Em vez disso, introduzimos o Votor, que assume a lógica de votação e finalização de blocos. Além disso, em vez de confiar em gossip, Alpenglow adota um primitivo de comunicação direta mais rápido.

Apesar de ser uma grande mudança, Alpenglow constrói sobre os maiores pontos fortes da Solana. O Turbine desempenhou um papel crucial no sucesso da rede Solana, pois aborda o aspecto importante da disseminação de dados. Em blockchains do passado, o líder era frequentemente o gargalo do sistema. Em contraste, o Turbine apresenta uma técnica onde cada bloco é codificado para eliminação em muitas peças menores que podem ser disseminadas rapidamente. Crucialmente, a largura de banda de todos os nós é utilizada neste processo. O Rotor, que é o protocolo de disseminação de dados do Alpenglow, abraça a abordagem do Turbine e a refina.

Com essas mudanças, vamos levar a Solana a um nível de desempenho sem precedentes. Com o TowerBFT, a Solana tinha cerca de 12,8 segundos desde a criação do bloco até a finalização do bloco. Para reduzir a latência para o domínio de sub-segundo, a Solana introduziu o conceito de "confirmação otimista". O Alpenglow vai quebrar essas limitações de latência. Esperamos que o Alpenglow consiga alcançar a finalização real em cerca de 150 ms (mediana). Às vezes, a finalização pode ser alcançada tão rapidamente quanto 100 ms, o que é um número incrivelmente baixo para um protocolo de blockchain L1 mundial. (Esses números de latência são baseados em simulações com a distribuição de participação da mainnet atual, não contando com a sobrecarga de computação.)

Uma latência média de 150 ms não significa apenas que a Solana é rápida — significa que a Solana pode competir com a infraestrutura Web2 em termos de capacidade de resposta, potencialmente tornando a tecnologia blockchain viável para categorias inteiras de aplicações que exigem desempenho em tempo real.

O gráfico acima mostra a distribuição de latência de diferentes partes do Alpenglow com o líder em Zurique, Suíça. Escolhemos Zurique como um exemplo porque foi a nossa localização durante o desenvolvimento do Alpenglow. Cada barra mostra os atrasos médios da atual distribuição mundial de nós Solana, ordenados por distância de Zurique. As latências simuladas para alcançar diferentes estágios do protocolo Alpenglow são plotadas contra a fração da rede que chegou a esse estágio.

As barras verdes mostram a latência da rede. Com a distribuição atual de nós da Solana, cerca de 65% do stake da Solana está dentro de 50ms de latência de rede de Zurique. A longa cauda do stake tem mais de 200ms de latência de rede de Zurique. A latência da rede serve como um limite inferior natural para o nosso gráfico, por exemplo, se um nó estiver a 100ms de Zurique, então qualquer protocolo precisa de pelo menos 100ms para finalizar um bloco nesse nó.
As barras amarelas mostram o atraso incorrido pelo Rotor, a primeira fase do nosso protocolo.
As barras vermelhas marcam o tempo em que um nó recebeu votos de notariação de pelo menos 60% do stake.
Finalmente, as barras azuis mostram o tempo de finalização.

Então, de onde vem esse alto desempenho?

O componente de votação Votor da Alpenglow finaliza blocos em um único round de votação recorde se 80% da participação estiver ativa, e em dois rounds se apenas 60% da participação estiver responsiva. Esses dois modos de votação são integrados e realizados simultaneamente, de modo que a finalização acontece assim que o mais rápido dos dois caminhos termina.

Rotor, que é o subprotocolo de disseminação de dados da Alpenglow, adota a abordagem do Turbine e a refina. Tal como o Turbine, o Rotor utiliza a largura de banda dos nós participantes proporcionalmente à sua participação, aliviando o gargalo do líder para uma alta capacidade de processamento. Como resultado, a largura de banda total disponível é utilizada de forma assintoticamente ótima. Uma das percepções que informam o design do Rotor é que a velocidade da luz ainda é demasiado lenta, e o atraso na dispersão da informação é dominado pela latência da rede, em vez do atraso de transmissão ou computação. O Rotor apresenta uma única camada de nós de retransmissão, ao contrário da árvore de múltiplas camadas do Turbine. Desta forma, o Rotor minimiza o número de saltos na rede. Além disso, o Rotor introduz novas técnicas para determinar os nós de retransmissão, resultando em uma maior resiliência.

Alpenglow é construído sobre pesquisas de ponta, combinando distribuição de dados codificados por eliminação com os mais recentes avanços em consenso. Introduz inovações, como seus modos de votação integrados de uma/duas rodadas, resultando em uma latência de finalização sem precedentes. A distinta resiliência "20+20" permite que o protocolo opere efetivamente mesmo sob condições de rede adversas, tolerando até 20% de participação adversária e um adicional de 20% de participação não responsiva. Outras contribuições incluem uma estratégia de amostragem de baixa variância.

Escrevemos um white paper abrangente que descreve o Alpenglow em detalhe. O white paper apresenta a intuição por trás do Alpenglow e o que queremos alcançar. Ele também discute o protocolo com definições concisas e pseudo-código. O white paper inclui várias medições de simulação e cálculos para entender como o Alpenglow vai desempenhar-se. E, finalmente, o white paper contém provas de correção.

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