Nos enorgullece presentar Alpenglow, el nuevo protocolo de consenso de Solana. Alpenglow es un protocolo de consenso diseñado para una blockchain global de alto rendimiento basada en prueba de participación. Creemos que el lanzamiento de Alpenglow será un punto de inflexión para Solana. Alpenglow no solo es un nuevo protocolo de consenso, sino el cambio más grande en el protocolo central de Solana desde, bueno, siempre.

Al pasar a Alpenglow, decimos adiós a varios componentes heredados del protocolo central, en particular, TowerBFT y Proof-of-History. En su lugar, introducimos Votor, que se encarga de la lógica de votación y finalización de bloques. Además, en lugar de depender de rumores, Alpenglow adopta un primitivo de comunicación directa más rápida.

A pesar de ser un gran cambio, Alpenglow se basa en las mayores fortalezas de Solana. Turbine ha desempeñado un papel crucial en el éxito de la red Solana, ya que aborda el importante aspecto de la difusión de datos. En las cadenas de bloques del pasado, el líder a menudo era el cuello de botella del sistema. En contraste, Turbine presenta una técnica en la que cada bloque se codifica por borrado en muchas piezas más pequeñas que pueden ser difundidas rápidamente. Crucialmente, el ancho de banda de todos los nodos se utiliza en este proceso. Rotor, que es el protocolo de difusión de datos de Alpenglow, adopta el enfoque de Turbine y lo refina.

Con estos cambios, llevaremos a Solana a un nivel de rendimiento sin precedentes. Con TowerBFT, Solana tenía aproximadamente 12.8 segundos desde la creación del bloque hasta la finalización del bloque. Para reducir la latencia a un dominio de menos de un segundo, Solana introdujo el concepto de "confirmación optimista". Alpenglow romperá ambos límites de latencia. Esperamos que Alpenglow pueda lograr una finalización real en aproximadamente 150 ms (mediana). A veces, la finalización puede lograrse tan rápido como en 100 ms, que es un número increíblemente bajo para un protocolo de blockchain L1 mundial. (Estos números de latencia se basan en simulaciones con la distribución de participación actual de mainnet, sin contar el overhead de computación.)

Una latencia media de 150 ms no solo significa que Solana es rápida, sino que significa que Solana puede competir con la infraestructura de Web2 en términos de capacidad de respuesta, lo que potencialmente hace que la tecnología blockchain sea viable para categorías completamente nuevas de aplicaciones que exigen un rendimiento en tiempo real.

El gráfico anterior muestra la descomposición de la latencia de diferentes partes de Alpenglow con el líder en Zúrich, Suiza. Hemos elegido Zúrich como un ejemplo porque fue nuestra ubicación mientras desarrollábamos Alpenglow. Cada barra muestra los retrasos promedio de la distribución mundial actual de nodos de Solana, ordenados por distancia desde Zúrich. Las latencias simuladas para alcanzar diferentes etapas del protocolo Alpenglow se trazan en función de la fracción de la red que llegó a esa etapa.

Las barras verdes muestran la latencia de la red. Con la distribución actual de nodos de Solana, aproximadamente el 65% de la participación de Solana está dentro de una latencia de red de 50 ms de Zúrich. La larga cola de participación tiene más de 200 ms de latencia de red desde Zúrich. La latencia de la red sirve como un límite inferior natural para nuestro gráfico, por ejemplo, si un nodo está a 100 ms de Zúrich, entonces cualquier protocolo necesita al menos 100 ms para finalizar un bloque en ese nodo.
Las barras amarillas muestran el retraso incurrido por Rotor, la primera etapa de nuestro protocolo.
Las barras rojas marcan el tiempo cuando un nodo ha recibido votos de notariación de al menos el 60% de la participación.
Finalmente, las barras azules muestran el tiempo de finalización.

¿De dónde proviene este alto rendimiento?

El componente de votación de Alpenglow, Votor, finaliza bloques en un récord de una sola ronda de votación si el 80% de la participación está involucrada, y en dos rondas si solo el 60% de la participación es receptiva. Estos dos modos de votación están integrados y se realizan simultáneamente, de manera que la finalización ocurre tan pronto como el más rápido de los dos caminos termina.

Rotor, que es el subprotocolo de difusión de datos de Alpenglow, adopta el enfoque de Turbine y lo refina. Al igual que Turbine, Rotor utiliza el ancho de banda de los nodos participantes proporcionalmente a su participación, aliviando el cuello de botella del líder para un alto rendimiento. Como resultado, el ancho de banda total disponible se utiliza de manera asintóticamente óptima. Una de las ideas que informan el diseño de Rotor es que la velocidad de la luz sigue siendo demasiado lenta, y la demora en la dispersión de la información está dominada por la latencia de la red, en lugar de la demora de transmisión o de cálculo. Rotor cuenta con una única capa de nodos de retransmisión, a diferencia del árbol de múltiples capas de Turbine. De esta manera, Rotor minimiza el número de saltos en la red. Además, Rotor introduce nuevas técnicas para determinar los nodos de retransmisión, lo que resulta en una mayor resiliencia.

Alpenglow se basa en investigaciones de vanguardia, combinando la distribución de datos con codificación de borrado con los últimos avances en consenso. Introduce innovaciones, como sus modos de votación integrados de una/dos rondas, lo que resulta en una latencia de finalización sin precedentes. La distintiva resiliencia "20+20" permite que el protocolo funcione de manera efectiva incluso en condiciones de red adversas, tolerando hasta un 20% de participación adversaria y un 20% adicional de participación no receptiva. Otras contribuciones incluyen una estrategia de muestreo de baja variación.

Hemos redactado un documento técnico completo que describe Alpenglow en detalle. El documento presenta la intuición detrás de Alpenglow y lo que queremos lograr. También discute el protocolo con definiciones concisas y pseudo-código. El documento incluye diversas mediciones y cálculos de simulación para entender cómo se va a desempeñar Alpenglow. Y por último, el documento contiene pruebas de corrección.

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