Solana 的 Alpenglow：一种更快的共识机制与新的权衡

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发布于 2025-06-07 13:22
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Solana 的 Alpenglow 共识升级旨在通过替换 Proof of History 和 Tower BFT 系统，实现更快的最终确定性。Alpenglow 使用 Votor 和 Rotor 组件，在理想条件下将最终确定性时间缩短到 100-150 毫秒，并取消投票费用，降低网络参与门槛，但同时也面临单客户端依赖、地理性能差异等挑战，以及 MEV 格局重塑和 RPC 扩展性等问题。

由 [Vangelis](https://x.com/VangelisAndr?ref=blog.sei.io)，Sei Labs Research 为 Sei Research Initiative 提供。

Solana 的 Alpenglow 共识升级承诺提供快 100 倍的最终确认性。该升级由 Anza 的研究部门开发，该部门由苏黎世联邦理工学院的 Roger Wattenhofer 教授领导，它用 Votor 和 Rotor 组件取代了 Solana 标志性的 Proof of History 和 Tower BFT 系统，在理想条件下实现了 100-150 毫秒的确定性最终确认（实际网络条件下可能更差），而目前为 12.8 秒。它消除了投票费用，这些费用每年花费验证者大约 60,000 美元（当前 SOL 价格），从而降低了网络参与的门槛。

## 技术架构重新定义了区块链共识

Alpenglow 的设计以两个协同工作的核心组件为中心，以提高性能。Votor 是新的投票机制，它实现了一个双路径共识系统，其中区块可以通过快速路径（需要一轮中 80% 的权益批准）或慢速路径（需要两轮中 60% 的批准）来实现最终确认。两条路径同时运行，无论哪条路径先完成，都将决定区块的最终确认。

它的拜占庭容错模型，称为“20+20”，可以容忍尝试恶意行为的最多 20% 的对抗性权益，以及额外的 20% 的离线/无响应验证者。虽然这提供了高达 40% 的组合容错，超过了传统 BFT 系统的 33% 限制，但权衡是细微的：在处理混合故障场景（结合恶意行为者和网络问题）时，Alpenglow 的性能优于传统 BFT，但与传统 BFT 的 33% 纯对抗容错相比，在 20%+ 的节点积极恶意攻击的情况下，提供的保护较弱。

与 Solana 当前使用多层树结构的 Turbine 协议不同，Rotor 实现了具有统一纠删码分片的扁平单跳中继系统。这减少了网络延迟，同时按验证者权益的比例利用带宽，确保了最佳的网络资源利用，而不会造成瓶颈。

通过 BLS 签名聚合，验证者现在将轻量级投票消息广播到 stake 加权的对等节点集，而不是每个 epoch 提交数千个单独的投票交易（每天花费约 1 SOL）。任何节点都可以使用 BLS 签名方案将这些签名聚合为单个证书，只有聚合的证书头固定在链上。但是，这种方法通过 BLS 更强的安全假设和潜在的可信设置要求引入了密码学复杂性，同时关于谁承担成本并激励节点执行聚合并在链上提交证书的问题仍然存在。

## 替换 Proof of History 简化了共识

PoH 充当密码学时钟，使验证者无需大量协调即可就时间达成一致，但这带来了复杂性成本。该系统需要与 Tower BFT 配对以进行最终确认，从而产生潜在的哈希停滞漏洞，并引入了限制性能的协调延迟。

Alpenglow 用固定的 400 毫秒区块时间代替了这一点，这不是全局同步的时钟，而是本地超时协调，消除了 PoH 的密码学开销，同时保持了时间精度。领导者在总共持续 1.6 秒的四个Slot窗口内运行，具有预定的超时截止日期和用于无响应领导者的跳过投票机制，尽管这引入了经典分布式系统的时间挑战，而没有 PoH 的密码学时间参考。

当前系统需要多轮投票和复杂的 fork 选择规则，最终需要 12.8 秒才能实现确定性最终确认。Solana 试图用提供 500-600 毫秒概率保证的“乐观确认”来掩盖这一点，但开发人员仍然面临交易永久性的不确定性。

Votor 的二元 fork 选择，本质上是问“这个区块是好是坏？”，消除了复杂的 fork 选择算法，同时实现了单轮或双轮最终确认。这种简化不会牺牲安全性；它通过使共识机制更可预测且更易于正式分析来增强安全性。

Alpenglow 带来了 100-150 毫秒的最终确认性，接近 Web2 API 响应时间，使实时游戏、HFT 和即时支付在实践中可行。该升级通过其“20+20”容错模型和简化的二元 fork 选择（消除了复杂的攻击向量）提供了安全增强功能，同时通过将验证者运营成本降低 85-90% 并将盈利能力阈值从 4,850 SOL 降低到仅 450 SOL 来改善去中心化。

开发人员受益于简化的共识机制、统一的承诺级别（消除了确认和最终确认状态之间的混淆）以及替换低效轮询的推送式最终确认通知，从而使应用程序可以依赖真正的最终确认性而不是概率确认。此外，通过降低复杂性和形式验证来增强网络稳定性，因为消除 Proof of History 的密码学开销消除了潜在的故障模式，而经过数学证明的 Votor 协议在大多数情况下提供了更强的正确性保证，尽管在协调的拜占庭攻击下，快速路径回滚机制需要进一步分析。

## 挑战

**单一客户端依赖** 仍然存在问题，因为 Agave 仍然是唯一可用于生产的验证器实现，尽管 Firedancer 预计在 2025 年底发布应该可以解决这个问题。地理性能差异意味着偏远地区的验证器可能难以参与快速路径共识，从而可能造成中心化压力。白皮书还留下了一些未明确的经济机制，特别是 Rotor 中继操作的奖励分配。

**技术社区讨论** 包括深思熟虑的批评和热情。Jeff Garzik 等安全研究人员认为，这种速度的提高必然涉及安全方面的权衡，并指出光纤电缆跨越海洋的物理限制。但是，这些担忧似乎忽略了 Alpenglow 的地理优化和容错改进，这些改进正是为了解决这些挑战。

**未定义的验证者经济学**

Alpenglow 白皮书和相关材料未完全明确：

```
用于奖励验证者投票活动的确切机制
Rotor 中继如何获得带宽使用补偿
如何惩罚伪造（谁提交惩罚，惩罚有多大，惩罚是自动的还是由治理驱动的）
```

这些未定义的方面可能会成为生态系统内的争论点。

**MEV 格局重构**

Alpenglow 将从根本上重构 Solana 上当前的 MEV（最大可提取价值）格局：

乐观确认窗口从约 500-600 毫秒崩溃到约 150 毫秒可能会使独立的延迟套利者处于不利地位

领导者，特别是具有自定义区块构建基础设施的验证者，可能会获得更大份额的 MEV。可能需要开发新的、更精细的交易系统

**RPC 提供商挑战**

RPC 提供商的运营后果包括潜在的可扩展性问题：

```
WebSocket Fan-Out 瓶颈：随着最终确认在约 100-150 毫秒内到达，轮询交易不再有意义。RPC 提供商需要转移到为应用程序的生命周期保持打开状态的推送通道，并将证书广播到每个订阅的客户端。
实时缓存新鲜度：任何保留帐户数据超过四分之一秒的缓存都有可能显示陈旧数据，需要极短的 TTL 或证书感知清除Hook。
```

**删除 Proof of History**

虽然删除 Proof of History 简化了协议并消除了对持续哈希研磨的依赖：

```
它代表了 Solana 身份的重大转变，因为 PoH 一直是一项标志性的创新和品牌元素
它改变了活跃性保证，因为活跃性现在依赖于同步消息
有些人可能认为这是放弃了 Solana 原始设计的一个核心差异化因素
```

**多个并发领导者问题**

虽然 Alpenglow 的设计在采用多个并发领导者 (MCL) 方面更灵活，但几个执行层的问题仍未得到解答：

```
应该如何对写入集进行分区以避免冲突？
如何在不使重放成本翻倍的情况下将每个通道的证书合并为一个规范状态根？
当通道争夺资产时，应用什么费用市场逻辑？
可能会出现什么跨通道 MEV 策略？
如何防止单个高 stake 的验证者主导并发Slot？
```

## 结论和未来展望

Solana 的 Alpenglow 升级是朝着亚秒级最终确认性、简化共识和降低验证者成本迈出的一大步。通过用 Votor 和 Rotor 替换 Proof of History 和 Tower BFT，Alpenglow 实现了 100-150 毫秒的最终确认性，增强了容错能力，并降低了去中心化的门槛。

但是，诸如单一客户端依赖性、地理性能差异、未明确的验证者经济学、MEV 重构、RPC 可扩展性以及关于多个并发领导者的未解决问题等担忧突出了潜在的挑战。虽然 Alpenglow 的设计缓解了许多这些问题，但进一步的研究、社区审查和测试对于解决这些担忧、完善经济机制并确保稳健的过渡至关重要。升级的成功将取决于 Solana 通过严格的开发和生态系统协调来平衡速度、安全性和去中心化的能力。

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## 参考文献

[https://learnblockchain.cn/article/15647](https://learnblockchain.cn/article/15647?ref=blog.sei.io)

[https://learnblockchain.cn/article/15643](https://learnblockchain.cn/article/15643?ref=blog.sei.io)

[https://university.mitosis.org/understanding-solana-alpenglow-a-game-changing-consensus-upgrade/4](https://university.mitosis.org/understanding-solana-alpenglow-a-game-changing-consensus-upgrade/4?ref=blog.sei.io)

[https://www.coindesk.com/tech/2025/05/21/solana-could-soon-witness-its-largest-consensus-change-as-developer-proposes-alpenglow](https://www.coindesk.com/tech/2025/05/21/solana-could-soon-witness-its-largest-consensus-change-as-developer-proposes-alpenglow?ref=blog.sei.io)

[https://blockworks.co/news/solana-alpenglow-next-gen-consensus-layer-speed](https://blockworks.co/news/solana-alpenglow-next-gen-consensus-layer-speed?ref=blog.sei.io)

[https://crypto.news/anza-proposes-alpenglow-consensus-mechanism-for-faster-finality-on-solana/](https://crypto.news/anza-proposes-alpenglow-consensus-mechanism-for-faster-finality-on-solana/?ref=blog.sei.io)

[https://www.dlnews.com/articles/defi/solana-alpenglow-upgrade-aims-to-boost-speed-more-than-100x/](https://www.dlnews.com/articles/defi/solana-alpenglow-upgrade-aims-to-boost-speed-more-than-100x/?ref=blog.sei.io)

[https://learnblockchain.cn/article/15643](https://learnblockchain.cn/article/15643?ref=blog.sei.io)

[https://www.cryptopolitan.com/solana-consensus-upgrade-alpenglow/](https://www.cryptopolitan.com/solana-consensus-upgrade-alpenglow/?ref=blog.sei.io)

[https://learnblockchain.cn/article/15647](https://learnblockchain.cn/article/15647?ref=blog.sei.io)

[https://coincodex.com/article/24666/solana-tps/](https://coincodex.com/article/24666/solana-tps/?ref=blog.sei.io)

[https://thebitjournal.com/solana-alpenglow-upgrade-replace-legacy-protocol/](https://thebitjournal.com/solana-alpenglow-upgrade-replace-legacy-protocol/?ref=blog.sei.io)

[https://solanacompass.com/learn/Lightspeed/alpenglow-solanas-largest-protocol-upgrade-ever-brennan-watt-anza](https://solanacompass.com/learn/Lightspeed/alpenglow-solanas-largest-protocol-upgrade-ever-brennan-watt-anza?ref=blog.sei.io)

[https://cryptoapis.io/blog/325-solana-alpenglow-upgrade-brings-changes-to-blockchain-consensus-and-real-time-applications](https://cryptoapis.io/blog/325-solana-alpenglow-upgrade-brings-changes-to-blockchain-consensus-and-real-time-applications?ref=blog.sei.io)

[https://learnblockchain.cn/article/17176](https://learnblockchain.cn/article/17176?ref=blog.sei.io)

[https://www.cryptopolitan.com/solana-consensus-upgrade-alpenglow/](https://www.cryptopolitan.com/solana-consensus-upgrade-alpenglow/?ref=blog.sei.io)

[https://coinedition.com/solanas-anza-proposes-alpenglow-a-simpler-faster-consensus-mechanism/](https://coinedition.com/solanas-anza-proposes-alpenglow-a-simpler-faster-consensus-mechanism/?ref=blog.sei.io)

[https://cryptonews.net/news/altcoins/30969757/](https://cryptonews.net/news/altcoins/30969757/?ref=blog.sei.io)

[https://oakresearch.io/en/analyses/innovations/alpenglow-game-changing-revolution-solana-sol](https://oakresearch.io/en/analyses/innovations/alpenglow-game-changing-revolution-solana-sol?ref=blog.sei.io)

[https://blockworks.co/news/solana-alpenglow-next-gen-consensus-layer-speed](https://blockworks.co/news/solana-alpenglow-next-gen-consensus-layer-speed?ref=blog.sei.io)

[https://cryptonews.net/news/altcoins/30997784/](https://cryptonews.net/news/altcoins/30997784/?ref=blog.sei.io)

[https://www.cryptopolitan.com/solana-consensus-upgrade-alpenglow/](https://www.cryptopolitan.com/solana-consensus-upgrade-alpenglow/?ref=blog.sei.io)

[https://blog.colosseum.org/alpenglow-grid-chainlink-ccip/](https://blog.colosseum.org/alpenglow-grid-chainlink-ccip/?ref=blog.sei.io)

[https://arxiv.org/abs/2309.13169](https://arxiv.org/abs/2309.13169?ref=blog.sei.io)

[https://dance.csc.ncsu.edu/papers/IC2E18.pdf](https://dance.csc.ncsu.edu/papers/IC2E18.pdf?ref=blog.sei.io)

>- 原文链接： [blog.sei.io/solanas-alpe...](https://blog.sei.io/solanas-alpenglow-a-faster-consensus-with-new-trade-offs)
>- 登链社区 AI 助手，为大家转译优秀英文文章，如有翻译不通的地方，还请包涵～

由 Vangelis，Sei Labs Research 为 Sei Research Initiative 提供。

技术架构重新定义了区块链共识

替换 Proof of History 简化了共识

挑战

单一客户端依赖 仍然存在问题，因为 Agave 仍然是唯一可用于生产的验证器实现，尽管 Firedancer 预计在 2025 年底发布应该可以解决这个问题。地理性能差异意味着偏远地区的验证器可能难以参与快速路径共识，从而可能造成中心化压力。白皮书还留下了一些未明确的经济机制，特别是 Rotor 中继操作的奖励分配。

技术社区讨论 包括深思熟虑的批评和热情。Jeff Garzik 等安全研究人员认为，这种速度的提高必然涉及安全方面的权衡，并指出光纤电缆跨越海洋的物理限制。但是，这些担忧似乎忽略了 Alpenglow 的地理优化和容错改进，这些改进正是为了解决这些挑战。

未定义的验证者经济学

Alpenglow 白皮书和相关材料未完全明确：

用于奖励验证者投票活动的确切机制
Rotor 中继如何获得带宽使用补偿
如何惩罚伪造（谁提交惩罚，惩罚有多大，惩罚是自动的还是由治理驱动的）

这些未定义的方面可能会成为生态系统内的争论点。

MEV 格局重构

Alpenglow 将从根本上重构 Solana 上当前的 MEV（最大可提取价值）格局：

乐观确认窗口从约 500-600 毫秒崩溃到约 150 毫秒可能会使独立的延迟套利者处于不利地位

领导者，特别是具有自定义区块构建基础设施的验证者，可能会获得更大份额的 MEV。可能需要开发新的、更精细的交易系统

RPC 提供商挑战

RPC 提供商的运营后果包括潜在的可扩展性问题：

WebSocket Fan-Out 瓶颈：随着最终确认在约 100-150 毫秒内到达，轮询交易不再有意义。RPC 提供商需要转移到为应用程序的生命周期保持打开状态的推送通道，并将证书广播到每个订阅的客户端。
实时缓存新鲜度：任何保留帐户数据超过四分之一秒的缓存都有可能显示陈旧数据，需要极短的 TTL 或证书感知清除Hook。

删除 Proof of History

虽然删除 Proof of History 简化了协议并消除了对持续哈希研磨的依赖：

它代表了 Solana 身份的重大转变，因为 PoH 一直是一项标志性的创新和品牌元素
它改变了活跃性保证，因为活跃性现在依赖于同步消息
有些人可能认为这是放弃了 Solana 原始设计的一个核心差异化因素

多个并发领导者问题

虽然 Alpenglow 的设计在采用多个并发领导者 (MCL) 方面更灵活，但几个执行层的问题仍未得到解答：

应该如何对写入集进行分区以避免冲突？
如何在不使重放成本翻倍的情况下将每个通道的证书合并为一个规范状态根？
当通道争夺资产时，应用什么费用市场逻辑？
可能会出现什么跨通道 MEV 策略？
如何防止单个高 stake 的验证者主导并发Slot？

结论和未来展望

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