Solana 与 DePIN 的双向奔赴，会带来 DePIN 之夏吗？

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作者：LBank Labs 研究员 F.F

编译：TinTinLand

原文：https://medium.com/@lbanklabs/new-anchor-of-solana-depin-b674d04d6980

太长不看版

在过去的一年里，我们观察到 Solana 和 DePIN 两者都呈现出了显著的增长。这不仅是极客科技的突然激增，更是新应用场景的渐进演变和发现。此外，我们见证了 Solana 区块链与 DePIN 协议结合产生的协同力量。

在第一部分中，我们概述了 Solana 独特的架构，包括 PoH clock、Tower BFT 共识算法、无内存池的交易转发、涡轮块传播协议（Turbine Block Propagation）以及 Optimistic 并发控制。文章还重点介绍了 Solana 的不断发展的特性，如本地费用市场（Local Fee Markets）、Firedancer 升级以及压缩 NFT（compressed NFTs） 的状态压缩（state compression）。

在 DePIN（去中心化物理基础设施）的背景下，我们探索了其出现、本质和格局。讨论了 DePIN 的流程，包括硬件、硬件接入、网络结构、代币激励以及联盟层。此外，我们强调了 DePIN 协议利用现有区块链生态系统的范式转变，Solana 因其高速区块链和特性而成为首选平台。本文还提到了几个将 DePIN 协议迁移到 Solana 的案例，比如 Helium。

Solana 的过去和现在

独特架构回顾

Solana 以在许多传统区块链设计方面做出重大妥协并背离许多传统区块链设计而在 Layer1 区块链中表现出色而闻名。此外，由于其联合创始人的背景，Solana 在通信领域具有独特的优势。因此，Solana 成功地在其消息传递层实现了多种优化。

  • PoH：起点

在讨论 Solana 时，考虑到 PoH 是很重要的，因为以下的特性都是为了与之协调而设计的。

很多人可能会将 PoH 视为一种新的共识算法，但实际上，PoH 并不是一种共识机制。它实际上是在共识之前运作的 clock。PoH clock 允许领导验证人（leader validator）绕过对时间戳和交易序列进行全局共识的需要，从而实现更快的交易执行。

本质上，PoH 是一种专门的可验证延迟函数（VDF），可以处理高频计算。对于不熟悉 VDF 的人来说，它是一个需要特定数量的顺序步骤来进行评估的函数，并且其结果可以被有效验证。VDF 通常用于测量持续时间。在 PoH 的情况下，其哈希链包括应用程序观察到的任何数据的哈希，确保数据存在于后续的哈希之前。VDF 的一个重要特征是其能够将大输入转换为固定输出。

在实践中，领导者为交易添加时间戳，允许验证人获取指定领导者的公钥。然后领导者对时间戳进行签名，使得验证人可以验证签名并确认签名者是指定领导者公钥的所有者。用户随后可以将交易发送到指定验证人。

每个区块包含了密码学证明，允许任何人验证自上一个证明以来经过了一定的时间。在证明中哈希的所有数据无疑发生在证明生成之前。对于每个验证人，此区块到达的具体时间没有特定要求，因为它可能以任何顺序到达，甚至在多年后重新播放。

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  • Tower BFT：针对 PoH 进行优化的 PBFT 版本

Solana 使用 Tower BFT 作为其共识算法，这是专门为 Proof of History 设计的 PBFT 的优化版本。与传统的 PBFT 类似，活跃验证人集合由所有在一个经过集群配置的时间内投票的具有领导者身份的抵押账户组成。每个时期的领导者计划是基于上一个时期开始时的账本状态进行计算的。

Tower BFT 与其他 PBFT 算法相比有一些显著的区别。得益于 Proof of History clock，Tower BFT 不需要所有验证人在转移到下一个区块之前就对新产生的区块达成一致意见。相反，下一个时隙的领导者可以直接在当前时隙的领导者之上构建。另一个重要区别是，Solana 中的投票消息被视为交易。这种设计选择是 Solana 在其网络上实现近 90% TPS（每秒交易数）的原因。实际 TPS 约为 400，与其他 Layer1 协议相比相当令人印象深刻。

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  • 无内存池交易转发

Solana 的独特设计通过预先确定的领导验证人集合以及共识和执行的分离，实现了高效的交易处理。与其他协议（例如以太坊）不同，Solana 不依赖内存池进行交易传播。相反，所有交易，无论是由程序自动发起还是由最终用户发起，都会立即路由到领导者以纳入区块。

采用这种无内存池的方法，Solana 中交易的生命周期与传统区块链相比显著缩短。这消除了 gossip 时间，并从根本上提高了整个过程的效率。

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  • 涡轮块传播

Solana 引入了涡轮块传播以增强节点通信的效率。与传统的 gossip 网络不同，交易被分为批次，使得一个节点可以将交易发送给多个方，而无需生成多个副本。

Solana 验证人将交易组织成称为“entries”的较小批次。在一个具有 15 个验证人的网络中，如果 fanout 大小设置为 3，领导节点最初会将数据广播到位于涡轮树顶部的特殊根节点。然后，根节点将数据与第一层中的三个节点共享。此层中的节点将数据进一步传输到下一层中的一部分节点。这个过程会持续下去，每个层中的每个节点都会将数据重新传输到下一层中的一个独特子集，直到集群中的所有节点都接收到所有数据碎片。

这种方法降低了通信成本，并增强了 Solana 网络中区块传播的效率。

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  • Optimistic 并发控制

Optimistic 并发控制通常在讨论新的 Layer1 区块链时经常被提及。然而，在赞扬 Solana 出色性能时，这个特性通常只是被简短地提及。

在 Solana 的执行层中，验证人以 Optimistic 的方式处理交易，这意味着在接收到最后一笔交易记录和进行投票之间几乎没有延迟。这就是为什么单个区块中经常会出现多个失败的交易记录。

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进展中的增强功能

除了 Solana 启动期间实施的创新设计外，Solana 还引入了许多新功能以满足市场需求，这也促成了其目前的成功。

  • 本地费用市场

优先费用可能导致“gas 战”，但 Solana 的区块空间结构化设计可以防止个别“热点”活动（如 NFT 铸造）主导区块空间。这有助于通过为其他活动保留空间来最小化单个热点对费用的影响。

在 Solana 中，gas 被称为 Cus（计算单位）。每个区块的 Cus 限制为 4800 万，每个账户的 Cus 限制为 1200 万。热点活动最初会影响与该热点账户相关的交易，但普通的转账、质押、验证人投票和预言机更新等交易不受影响。一旦一个账户达到其软性 CU 限制，发送者必须支付额外的费用。

在一个纯全局费用市场中，多个活动共同填满区块空间，没有任何单一活动接近其账户 CU 限制。在这种情况下，没有特定的热点突出，但建立了一个全局费用市场，需要一定程度的优先级来竞争和获得区块包含。

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  • Firedancer 升级

目前，正在进行四种不同类型的客户端渠道，旨在提高客户端多样性。然而，大多数 Solana 验证人仍在使用 Labs 客户端，这在出现错误时可能导致网络中断的风险。Jito Labs 开发了一个 MEV 分支，可以让搜索者（如套利机器人）向验证人提供补偿以包含他们的交易。这种配置减少了垃圾邮件，并确保验证人从大多数 MEV 机会中受益。令人惊讶的是，截至 2023 年 10 月，超过 31% 的 Solana 验证人正在使用 Jito Labs 客户端。

另外两个客户端仍在进行中。Sig 是由 Syndica 编写的 Solana 验证人客户端实现，用 Zig 编写。虽然 Zig 的使用不是很广泛，并未受到社区的广泛关注。

Firedancer 是 Solana 区块链的新独立验证人客户端，由 Jump 创建。他们对每个验证人组件进行了修改以提高可可扩展性，并引入了性能升级，预计将增加每秒交易数（TPS）而无需额外的硬件。社区的一些成员甚至猜测 Firedancer 可能被视为 Solana 2.0。目前，Firedancer 已经在测试网上投入使用，预计明年初将在主网上推出。

  • 压缩 NFT 的状态压缩

状态压缩是一个重要的功能。它遵循 Rollup 的理念，创建了一个 Merkle 树，并将状态存储在叶节点上。只有 Merkle 根存储在链上。在更新 Merkle 树时，我们只需要更新根状态并提供证明，类似于 zkRollup。

当我们将这项技术应用于 NFT 时，将产生压缩的 NFT，这可以显著降低成本，特别是当我们需要为一个项目铸造数百万个 NFT 时。如下所示，使用状态压缩铸造 100 万个 NFT 的成本仅为 5.35 SOL，而在升级之前则为 12000 SOL。

当我们探讨 cNFT 的规格时，我们会发现成本和可组合性之间存在权衡。有三个关键因素决定 Merkle 树：maxDepth、maxBufferSize 和 canopyDepth。maxDepth 决定树的容量，大约为 2^{depth}。maxBufferSize 确定一个区块中允许的并发更新数量，通常在 8 到 2048 之间。

最关键的因素 canopyDepth 决定了树的部分（证明节点的数量）保留在链上。增加 canopyDepth 会导致更高的存储成本，但会提供更高的可组合性。这是因为我们可以减少客户端必须提交的证明数量，从而降低交易限制。相反，我们可以以牺牲可组合性为代价来优先考虑成本效益。

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当前性能状态

由于持续努力和改进，之前关于停机时间的担忧已经得到了显著的改善。自 2023 年 2 月 25 日以来，没有报告的服务中断，系统至今保持了 100% 的无故障运行时间。

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此外，交易成功率也有了显著提高。在 Solana 的初始阶段，有相当多的交易失败，几乎占到 20~30%。然而，在过去的两个月中，交易成功率已经达到了约 99%。此外，平均每秒交易数（TPS）从一般的 3000 增加到了 4000。

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除了网络性能外，资本流入在讨论 Solana 时经常被忽视。目前，有 15 亿美元的稳定币在网络上流通，其中 USDT 占 9.07 亿美元，USDC 占 5.99 亿美元。在稳定币中，Solana 上发行的 USDT 排名第三，仅次于波场和以太坊。尽管只有 5.9 亿美元的流通供应，Circle 已经授权在 Solana 网络上发行 50 亿 USDC，这占到了总 USDC 供应量的近 20%。

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DePIN 简介

历史与本质

  • DePIN 或 PoPW

DePIN，即去中心化的物理基础设施，最初是由 Messari 在 2022 年末提出的。他们对其进行了清晰的定义，并基于他们的视角列出了景观。DePIN 分为两个主要领域：数字资源网络和物理资源网络。数字资源网络包括存储、计算和带宽，而物理资源网络侧重于与硬件相关的领域，如无线网络、地理空间网络、移动网络和能源网络。

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类似地，2023 年初，Multicoin Capital 引入了一个名为 PoPW 的叙事，也就是 Proof of Physical Work。根据他们的定义，符合这一论点的协议激励个体进行可验证的工作，从而促进真实世界基础设施的发展。与传统的筹资方法相比，这些无许可且可靠中立的协议：

  • 可以更快速地发展基础设施，通常是 10-100 倍

  • 更能够响应本地市场需求

  • 可以显著提高成本效益

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  • 激励与硬件的本质

当我们审视 DePIN / PoPW 的细节时，我们发现它并不是加密货币中的一个新领域。毕竟，比特币本身就代表了最初的去中心化物理基础设施。因此，没有必要对定义进行分类。

有趣的是，这些企业在其叙述中通常涵盖了硬件的各个方面。然而，DePIN / PoPW 的核心，也是我们应该关注的，是用来替代现有基础设施的代币经济设计。

DePIN / PoPW 的主要目标是建立一个更具成本效益的全球经济网络。它旨在通过使用代币激励来激发个体引导网络，并最终吸引终端用户，以应对 Web2 巨头的挑战。

在传统 ICT 市场中，垄断企业通过提供低价或补贴来获得控制权。一旦他们主导市场并建立了高门槛，他们会提高价格以最大化收益。这遵循着完全不同的逻辑。通过合理的代币激励，我们可以从一开始建立一个高效的网络，并降低当前垄断企业制定的过高价格。

DePIN 的全景与变革

  • 物理基础设施渠道

DePIN / PoPW 的主题广泛涵盖了 PoW、AI、IoT、RWA、共享经济、去中心化计算和去中心化存储等各个领域。

与其提供一份详尽的协议列表和对 DePIN / PoPW 的全面概述，我们将集中在 DePIN / PoPW 渠道上，并探讨其所呈现的潜在机会。

在物理基础设施的基础上是硬件。在开始进行 DePIN / PoPW 项目时，最初的决策围绕着是否利用现有的通用硬件还是选择定制解决方案。通用硬件提供了可访问性和覆盖范围，在初始阶段建立计算和存储网络特别有优势。然而，使用通用硬件需要额外的工作来确保兼容性。另一方面，定制硬件涉及创建专门的组件以满足特定要求，例如用于制图目的的定制车载摄像头。这为硬件制造商带来了巨大的可能性，因为大多数 DePIN 项目专注于软件，并经常寻求第三方供应商的帮助，这些供应商专门提供个性化的硬件解决方案。

第二层侧重于硬件上线。用户有两种选择：他们可以寻求 DePIN 支持团队的专业帮助，也可以使用自助部署工具包。支持团队在整个上线过程中提供专业知识和指导，确保用户具备必要的知识来有效地设置和整合硬件。另一方面，自助部署工具包为用户提供了独立设置和上线硬件所需的资源和文档。随着项目的进展，我们还可能在这个领域看到第三方服务提供商。

第三层是网络结构，包括共识层、通信层和其他针对单个项目的协调服务提供商所必需的组件。这里有两种主要方法：要么为整个协议构建专用网络，要么重复使用现有的 Layer1 或 Layer2 网络，并仅构建剩余的组件。

顶层是代币激励层，对于普通用户和投资者来说是最重要和最易于访问的部分。确保普通用户和矿工的利益与网络保持一致，对于管理矿工的抛售压力至关重要。

在整个渠道中，联盟层作为服务提供商和普通用户的前端聚合器。对于服务提供商，聚合器将不同的组件和功能整合到一个平台上，简化用户交互，优化工作流程。它还可以将服务提供商集中到一个集群中，类似于挖矿池，以在网络中获得更强大的地位。对于普通用户，前端聚合器整合了各种服务和数据源，使他们能够检查状态，就像在 DefiLlama 中看到的那样。

  • 范式转变

在过去，协议通常会创建自己的网络，类似于传统的公共链。然而，现在许多协议更倾向于使用现有的生态系统，而不是建立自己的链。这是因为 Layer1 模式已经建立，而 DePIN / PoPW 正在遵循这一趋势。

我们可以清楚地看到这种方法上的转变，Helium 作为 DePIN / PoPW 的领先协议展现了这一点。

此前，DePIN / PoPW 被认为是一个涵盖上述所有层面的完整平台。这意味着该协议必须处理整个过程。虽然硬件可以外包给第三方，但从零开始构建网络是一个巨大的障碍，更不用说持续的维护了。

因此，对于大多数 DePIN / PoPW 协议来说，将区块链网络方面移至成熟的平台是有意义的。共同的共识、执行和结算层可以在现有的 Layer1 或 Layer2 解决方案中得以复用。一些不太依赖硬件通信的 DePIN / PoPW 协议仍将保留用于通信的硬件网络，特别是那些需要快速响应时间和高带宽的协议。

其他不太依赖硬件通信的 DePIN / PoPW 协议可能会选择像 zkRollup 这样的替代方法。在这种情况下，硬件的物理工作完全脱离链外，而链上部分处理 DePIN / PoPW 网络的其余部分，并验证物理工作的证明。

Solana 与 DePIN 双向奔赴

领先协议迁移至 Solana

如前所述，DePIN / PoPW 协议的趋势是选择一个可以利用现有区块链基础设施的生态系统。在各种可用平台中，只有少数几个能够满足 DePIN / PoPW 的要求。这些协议需要实时响应和更低的交易费用。Solana 凭借其高速区块链和诸如 0.5 秒出块时间以及直接处理验证者等特性，非常适合 DePIN / PoPW。此外，Solana 的 cNFT 为 DePIN / PoPW 的节点提供更具成本效益的授权证书，这是一种常见做法。

在本节中，我们将展示来自 Solana 的几个示例，以阐明这种迁移涉及的协作努力。

  • Helium：去中心化无线网络

Helium 是一个众所周知的去中心化 LoRaWAN 网络，为个体热点提供动力，并在某些美国城市提供 5G 服务。此前，Helium 是一个通用的 L1 平台，但尽管是当时最大的 DePIN/PoPW 网络，但在获取大规模应用和用户采用方面仍然很困难。

从 Helium 身上得到的教训是，维护通用智能合约平台并不是 DePIN/PoPW 网络所必需的，而且可能是资源的浪费。

在 2023 年初，Helium 社区通过使用状态压缩，将近一百万个热点铸造成 NFT，投票决定将他们的区块链迁移到 Solana 上。这次迁移使 Helium 能够专注于无线网络本身。

成功完成迁移且没有任何问题，证明了在 Solana 上构建 DePIN 业务是可行的。Helium 迁移到 Solana 还引发了整个 DePIN 运动的增长。

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  • Hivemapper：去中心化地图

Hivemapper 网络于 2022 年 11 月启动，利用 Solana 区块链创建了一个由社区驱动、激励驱动的在线地图。

此外，Hivemapper 在 Solana 上利用状态压缩技术大幅降低费用，并确保奖励周期得以维持。地图是与现实生活密切相关且对每个人都可访问的工具，使我们能够想象未来地图无缝地融入到我们生活的各个方面。

要想吸引广泛的受众，任何服务都需要具有成本效益和用户友好性。在这方面，Hivemapper 和 Solana 是很好的例子。

  • Render Network：去中心化 GPU渲染

Render Network 是主要的高性能分布式 GPU 渲染网络，为 GPU 提供商和 GPU 请求者之间的计算资源市场。

在 Helium 的步伐之后，Render Network 决定在社区投票后迁移到 Solana。这次迁移对 Render Network 具有重要意义，因为它为其带来了新的能力，比如实时流和动态 NFT，以及状态压缩。

值得注意的是，Render Network 以前在以太坊上运行。对于 DePIN 协议而言，这次迁移决定具有重大意义。尽管以太坊以其去中心化和强大的共识而闻名，但 DePIN 协议在成本和去中心化之间经常面临折衷。然而，现在 Solana 拥有第二多的验证者数量，超过了以太坊和其他主流的 Layer1 网络，以 Nakamoto 系数衡量。因此，对于大多数 DePIN 协议来说，在 Solana 上构建是一个明显的选择。

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  • GainForest：赋能植树造林

GainForest 是一个使捐赠者能够进行可验证和可追踪的捐赠的平台，确保直接支持负责保护森林的当地个人。

对于参与保护和恢复濒临灭绝的雨林地区的农民和其他社区成员，GainForest 为他们种植和护理树木的物理工作提供及时和公平的补偿。

作为回报，捐赠者会收到由 Solana 支持的“NFTrees”代币，代表他们对环境的投资。这些 NFTree 持有者还可以享受数字奖励，例如展示他们帮助保护地区充满生机的动物生活的野生动物摄像机视频。

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复合性和蓬勃生态的护城河

虽然我们以上仅提到了几个典型的 DePIN / PoPW 协议，但我们可以看到在 Solana 上 DePIN 赛道的多样性和增长。

领先的协议 Helium 在今年早些时候在 Solana 上推出，其影响立竿见影。越来越多的 DePIN / PoPW 协议选择 Solana 作为其基础层。几乎 DePIN / PoPW 协议的所有细分领域都已成功与 Solana 集成，为最初对这些协议抱有疑虑的概念提供了证明。

此外，DePIN / PoPW 协议相互协作的能力对生态系统产生了重大影响。这些协议集群充当了 DeFi 在 Solana 上的另一个构建块，可能带来一个 DePIN 之夏。现有的用户群和流量为新兴协议在现有协议的基础上轻松构建或合作提供了一个肥沃的土壤。这创造了一个新的正循环，吸引越来越多的协议加入 Solana 生态系统。

正如我们在范式转变中提到的，将传统的区块链网络迁移到一个更成熟的平台是一个不可避免的趋势，而目前 Solana 是首选。在这个阶段，Solana 在 DePIN / PoPW 轨道上建立了坚实的地位，使其他公共链难以获得市场份额。

每个智能合约平台都有其自身的支持基础。以太坊有 DeFi，Arbitrum 有 GMX，现在 DePIN 正在成为 Solana 的新锚点。我们预计它将推动 Solana 迎来下一波增长。

附录

  • https://solscan.io/

  • https://docs.solana.com/

  • https://github.com/Syndica/sig

  • https://compressed.app/?ref=solana.ghost.io

  • https://multicoin.capital/2022/04/05/proof-of-physical-work/

  • https://multicoin.capital/2023/09/21/exploring-the-design-space-of-DePINg-networks/

  • https://explorer.helium.com/

  • https://hivemapper.com/explorer

  • https://maps.gainforest.app/

  • https://medium.com/render-token/fall-2023-render-network-metrics-bf08243a59ed

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