DePin——Solana的新靠山

TL; DR

在过去的一年里，我们观察到 Solana 和 DePin 都取得了显著的增长。与其说这是极客技术的突然激增带来的结果，不如说这更多的是新应用场景的逐渐演进和探索的结果。此外，我们还见证了 Solana 区块链和 DePin 协议相结合所产生的协同力量。

在第一部分中，我们概述了 Solana 的独特架构，包括 PoH 时钟、Tower BFT 共识算法、无内存池交易转发、涡轮块传播和乐观并发控制。本文还重点介绍了 Solana 不断发展的功能，例如本地费用市场、Firedancer 升级以及压缩 NFT 的状态压缩。

在DePin（去中心化物理基础设施）的背景下，我们探讨了DePin的出现、本质和前景。本文还讨论了DePin的管道，包括硬件、硬件入网、网络结构、代币激励和联盟层。此外，我们强调 DePin 协议利用现有区块链生态系统的范式转变，其中 Solana 因其高速区块链和功能而成为首选平台。还提到了 DePin 协议迁移到 Solana 的几个案例，例如 Helium。

Solana 的前世今生

回顾独特架构

Solana 之所以闻名，是因为它做出了重大权衡并抛弃了许多传统的区块链设计而在第1层区块链中获得了卓越的性能。此外，它具有联合创始人的背景，因而在通信领域拥有独特的优势。因此，Solana 已成功对其消息传递层实施了多项优化。

PoH：起点

在讨论 Solana 时，对 PoH 的探讨很重要，因为以下功能都是为了与其协调而设计的。

很多人可能认为PoH是一种新的共识算法，但实际上PoH并不是一种共识机制。相反，它充当在达成共识之前运行的时钟。PoH 时钟允许验证者首领绕过对时间戳和事务序列达成全局共识的需要，从而实现更快的事务执行。

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。对于那些不熟悉 VDF 的人来说，它是一个需要使用特定数量的连续步骤进行评估的函数，并且可以有效地验证结果。VDF 通常用于测量持续时间。就 PoH 而言，其哈希链包含应用程序观察到的任何数据的哈希值，确保数据在后续哈希之前存在。VDF 的一个重要方面是它们能够将大量输入转换为固定输出。

实际上，验证者首领会为交易添加时间戳，从而允许验证者检索指定领导者的公钥。然后，领导者签署时间戳，使验证者能够验证签名并确认签名者是指定领导者公钥的所有者。然后，用户可以将交易发送到指定的验证者。

每个区块都包含加密证明，它允许任何人验证自上次证明以来是否已过去了一定的时间。毫无疑问，哈希到证明中的所有数据都发生在证明生成之前。该区块何时到达每个验证者没有具体的时间要求，因为它可能以任何顺序到达，甚至在几年后重播。

Tower BFT：针对 PoH 的 PBFT 优化版本

Solana 使用 Tower BFT 作为共识算法，这是专门为历史证明设计的 PBFT 的优化版本。与传统的 PBFT 类似，活跃的验证者集由所有具有领导者身份的质押账户组成，这些账户在集群配置的点数内进行了投票。每个纪元的领导者时间表是根据前一个纪元开始时的账本状态计算的。

与其他 PBFT 算法相比，Tower BFT 有一些明显的差异。得益于历史证明时钟，Tower BFT 不需要所有验证者在进入下一个区块之前就新生成的区块达成一致。相反，下一个插槽位领导者可以直接构建在当前一个插槽位领导者之上。另一个显著区别是投票消息在 Solana 中被视为交易。这种设计选择使 Solana 能够实现其网络上观察到的近90%的 TPS（每秒事务数）。实际TPS约为400，与其他第1层协议相比，这是相当可观的。

无内存池交易转发

Solana 具有独特设计，允许通过预先确定的验证者领导集以及共识和执行的分离来实现高效的交易处理。与以太坊等其他协议不同，Solana 不依赖内存池进行交易传播。相反，所有交易，无论是通过编程方式发起还是由终端用户发起，都会立即路由到领导者以包含在区块中。

通过这种无内存池的方法，Solana 中交易的生命周期比传统区块链明显缩短。这消除了八卦时间并从本质上提高了流程的整体效率。

涡轮块传播

Solana 引入涡轮块传播来提高节点通信效率。与传统的八卦网络不同，Solana 上的交易被分成批次，使节点能够将交易发送给多方，而无需生成多个副本。

Solana 验证者将交易组织成较小的批次，称为“条目”。在具有15个验证者的网络中，如果扇出大小设置为3，则领导节点最初会向位于涡轮树顶部的特殊根节点进行广播。然后根节点与第1层协议的3个节点共享数据。该层中的节点进一步将数据传输到下一层协议中的节点子集。这个过程继续进行，一层协议中的每个节点都会重新传输到下一层协议中唯一的节点子集，直到集群中的所有节点都收到所有数据碎片。

这种方法降低了通信成本并提高了 Solana 网络中区块传播的效率。

乐观并发控制

乐观并发控制是在讨论新的第1层区块链时经常谈论的一个功能。然而，当我们在称赞 Solana 绝佳的性能时，通常只是简单地提及此功能。

在 Solana 的执行层中，验证者乐观地处理交易，这意味着接收最后一个条目和能够投票之间几乎没有延迟。这就是为什么单个区块中经常存在多个失败交易的原因。

正在进行的增强功能

除了在Solana推出期间实施的创新设计外，Solana还推出了许多新功能来满足市场需求，这促成了其目前的成功。

本地化费用市场

优先费可能会导致“gas战争”，但 Solana 的区块空间的结构方式可以防止单个活动“热点”（例如 NFT 铸造）主导区块空间。这有助于通过为其他活动预留空间来最大限度地减少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 限额为4800万，每个账户的 Cus 限额为1200万。热点活动最初会影响涉及热点账户的交易，但转账、质押、验证者投票和预言机更新等常规交易不受影响。一旦账户达到软 CU 限额，发件人必须支付额外费用。

在纯粹的全球费用市场中，多项活动共同填满了区块空间，没有任何一项活动接近其账户 CU 限制。在这种情况下，没有特定的热点表现出色，但建立了一个全球费用市场，其中需要最低级别的优先级来竞争并获得区块包含。

Firedancer升级

目前，有四种不同类型的客户端正在筹备中，旨在提高客户多样性。然而，大多数 Solana 验证者都使用 Labs 客户端，这会在出现漏洞时带来网络中断的风险。Jito Labs 开发了一个 MEV 分支，使搜索者（例如套利机器人）能够补偿验证者包含的交易。这种配置减少了垃圾邮件并确保验证者从大多数 MEV 机会中受益。令人惊讶的是，截至2023年10月，超过31%的 Solana 验证者正在使用 Jito Labs 客户端。

另外两个客户仍在开发中。Sig 是用 Zig 编写并由 Syndica 开发的 Solana 验证者客户端实现。Zig 的并未得到广泛使用，也没有受到社区的太多关注。

Firedancer 是由 Jump 创建的 Solana 区块链的新独立验证者客户端。他们修改了每个验证者组件以提高可扩展性，并引入了性能升级，预计无需额外的硬件即可提高每秒事务数（TPS）。一些社区成员甚至推测 Firedancer 可以被视为 Solana 2.0。目前，Firedancer已在测试网上上线，预计明年初在主网上线。

压缩 NFT 的状态压缩

状态压缩是引入的一个重要功能。它遵循 Rollup 的原理，创建默克尔树并将状态存储在叶节点上。只有默克尔根存储在链上。更新默克尔树时，我们只需要更新根状态并提供证明，类似于zkRollup技术。

当我们将该技术应用于 NFT 时，它会产生压缩的 NFT。特别是当我们需要为单个项目铸造数百万个 NFT 时，这可以大大降低成本。如下所示，通过状态压缩铸造100万个 NFT 的成本仅为 5.35 SOL，而升级前的成本为12000 SOL。

当我们探索 cNFT 的规范时，我们会遇到成本和可组合性之间的权衡。决定默克尔树的三个关键因素为maxDepth、maxBufferSize 和 canopyDepth。maxDepth 决定树的容量，大约为 2^{深度}。 maxBufferSize 决定一个区块中允许的并发更新数量，通常范围为8到2048。

最关键的因素 canopyDepth 决定了树中保留在链上的部分（证明节点的数量）。增加 canopyDepth 会带来更高的存储成本，但这会提供了更好的可组合性。这是因为我们可以减少客户端必须提交验证的证明数量，从而降低交易限额。相反，我们可以以牺牲可组合性为代价来优先考虑成本效率。

目前的表现状况

由于不断的努力和改进，之前的停机问题已得到明显改善。自2023年2月25日以来，没有出现任何服务中断的报告，系统至今保持着100%的完美正常运行时间。

此外，交易成功率也显著提高。在 Solana 的初始阶段，有相当数量的交易失败，接近 20%~30%。不过，近2个月以来，交易成功率已达到99%左右。此外，平均每秒事务处理量（TPS）总体上从3000笔增加到4000笔。

除了网络性能之外，在讨论 Solana 时，资金的流入也经常被忽视。目前，网络上流通的稳定币数量为15亿枚，其中USDT占9.07亿枚，USDC占5.99亿枚。在稳定币中，Solana 发行的 USDT 发行量排名第三，仅次于 Tron 和以太坊。尽管流通量仅为 5.99 亿枚，但 Circle 已向 Solana 网络授权了50亿枚 USDC，占USDC总供应量的近20%。

DePin概览

DePin的**出现与本质

DePin 或 PoPW

DePin 代表去中心化物理基础设施，最初由 Messari 在2022年底提出。他们提供了明确的定义，并根据自己的观点列出其全景图。 DePin主要分为两个板块：数字资源网络和实体资源网络。数字资源网络涵盖存储、计算和带宽，而物理资源网络则侧重于与硬件相关的领域，例如无线网络、地理空间网络、移动网络和能源网络。

同样，在2023年初，Multicoin Capital 推出了一种名为 PoPW 的叙述，它代表物理工作证明。根据他们的定义，与本理论一致的协议会激励个人进行可验证的工作，从而有助于现实世界基础设施的发展。与用于建设实体基础设施的传统资本形成方法相比，这些非许可且可信中立的协议：

1. 可以更高的速度进行基础设施开发，速度通常快10-100倍
2. 更能响应当地市场需求
3. 能显著提高成本效益

激励和硬件的本质

当我们深入研究 DePin / PoPW 的细节时，我们发现这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。

更值得一提的，这些企业在其叙述中通常涵盖硬件的所有方面。但DePin/PoPW的核心，也是我们应该关注的，是取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。它试图通过使用代币激励来鼓励个人引导网络并最终吸引终端用户，从而应对 Web2 巨头的挑战。

在传统的ICT市场中，垄断者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高壁垒，他们就会提高价格以实现收入最大化。但是DePin遵循完全不同的逻辑。它通过合理的代币激励，从一开始就建立一个高效的网络，并降低当前垄断者设定的过高价格。

DePin**的全景与变革

物理基础设施管道

DePin / PoPW 的主题十分广泛，涵盖 PoW、AI、IoT、RWA、共享经济、去中心化计算、去中心化存储等各个领域。

本文将不提供详尽的协议列表和 DePin / PoPW 的全面概述，而是专注于 DePin / PoPW 的管道并探索它所带来的潜在机会。

物理基础设施的基础是硬件。当着手 DePin / PoPW 项目时，最初的决定围绕是使用现有的通用硬件还是选择定制解决方案。通用硬件具有可访问性和覆盖性，这对于初期计算和存储网络的建立特别有利。然而，使用通用硬件需要做出额外的努力来确保兼容性。另一方面，定制硬件涉及创建专门的组件来满足特定要求，例如用于地图绘制的定制行车记录仪。这为硬件制造商带来了巨大的可能性，因为大多数 DePin 项目都专注于软件，并且经常寻求专门从事个性化硬件解决方案的第三方供应商的帮助。

第二层侧重于硬件上线。用户有两种选择：可以向Depin支持团队寻求专业帮助，或者使用自行部署的工具包。支持团队在整个入门过程中提供专业知识和指导，确保用户拥有有效设置和集成硬件所需的知识。另一方面，行部署工具包为用户提供了独立设置和安装硬件所需的资源和文档。随着项目的进展，我们可能还会看到这方面的第三方服务提供商。

管道的第三层是网络结构，包括共识层、通信层以及协调特定于单个项目的服务提供商所需的其他组件。这里主要有两种方法：要么为整个协议构建专用网络，要么重用现有的第1层或第 2层网络，仅构建其余组件。

最顶层是代币激励层，对于一般用户和投资者来说，这是最重要、最容易接触到的部分。确保普通用户的利益与网络和矿工的利益一致十分重要，能管理矿工的抛售压力。

在整个管道中，联属网络层充当服务提供商和一般用户的前端聚合器。对于服务提供商而言，聚合器将不同的组件和功能整合到一个平台中，使用户交互更简单并简化了工作流程。它还可以将服务提供商聚集到一个集群中，类似于矿池，以获得在网络中更强大的地位。对于普通用户来说，前端聚合器汇集了各种服务和数据源，允许他们检查状态，如 DefiLlama 中所示。

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范式转变

在过去，协议通常用于创建自己的网络，类似于传统的公共链。然而，许多协议现在更喜欢使用现有的生态系统，而不是构建自己的链。这是因为第1层协议的格局已经确立，而DePin/PoPW正在顺应这一趋势。

我们可以通过 DePin / PoPW 中的领先协议 Helium 清楚地看到这种方法的转变。

此前，DePin / PoPW 被认为是一个涵盖以上所有层的完整平台。这意味着协议必须处理整个过程。虽然硬件可以外包给第三方，但从头开始构建网络是一个重大障碍，更不用说持续的维护了。

因此，对于大多数 DePin / PoPW 协议来说，将区块链网络方面转移到成熟的平台是有意义的。通用的共识、执行和结算层可以在现有的第1层或第2层解决方案中得到重用。一些 DePin / PoPW 协议仍将维护硬件网络进行通信，特别是那些需要快速响应时间和高带宽的协议更是如此。

其他不严重依赖硬件通信的 DePin / PoPW 协议可能会选择 zkRollup 等替代方法。在这种情况下，硬件的物理工作完全在链下进行，而链上部分则处理 DePin / PoPW 网络的其余部分并验证物理工作的证明。

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双向努力创造未来

主要协议迁移到 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，只有少数平台能够满足 DePin / PoPW 的要求。这些协议需要实时响应并寻求较低的交易费用。Solana 具有高速区块链以及 0.5 秒出块时间和验证者直接处理等特性，非常适合 DePin / PoPW。此外，Solana 的 cNFT 提供了一种更具成本效益的方式，用于向 DePin / PoPW 的节点授予证书，这是一种常见的做法。

在本节中，我们将展示 Solana 的几个示例，以说明此迁移中涉及的协作工作。

Helium：去中心化无线网络

Helium 是一个著名的去中心化 LoRaWAN 网络，可为个人热点提供支持，还在美国某些城市提供 5G 服务。此前，Helium 维护着通用的第1层平台，但尽管它是当时最大的 DePin/PoPW 网络，但它仍难以获得杀手级应用程序和用户的采用。

Helium 的获得经验是，维护通用的智能合约平台是没有必要的，而且对于 DePin/PoPW 网络来说可能会浪费资源。

2023年初，Helium 社区投票决定将其区块链迁移到 Solana，使用状态压缩铸造近100万个热点作为NFT。这次迁移使 Helium 能够专注于无线网络本身。

迁移成功而未发生任何问题，者证明了在 Solana 之上建立 DePIN 业务是可行的。Helium 迁移到 Solana 也引发了整个 DePIN 运动的增长。

Hivemapper：去中心化映射

Hivemapper 网络于2022年11月推出。它利用 Solana 区块链创建一个由社区驱动、激励驱动的在线地图。

此外，Hivemapper 利用 Solana 上的状态压缩技术，大大降低了费用并确保维持奖励周期。地图是与现实生活非常相似的工具，每个人都可以使用，使我们能够想象一个地图无缝融入我们生活各个方面的未来。

任何服务要想获得广泛的受众，就必须具有成本效益且人性化特点。Hivemapper 和 Solana 是这方面的优秀例子。

Render Network：分散式 GPU 渲染

Render Network是领先的高性能分布式 GPU 渲染网络，促进了 GPU 提供者和 GPU 请求者之间的计算资源市场。

跟随 Helium 的脚步，Render Network 在社区投票后决定迁移到 Solana。此次迁移到 Solana 是 Render Network 的一个重要里程碑，因为除了状态压缩之外，它还解锁了实时流和动态 NFT 等新功能。

值得注意的是，渲染网络之前是在以太坊上运行的。迁移的决定对于 DePin 协议具有重大意义。虽然以太坊以其去中心化和强共识而闻名，但 DePin 协议经常面临成本和去中心化之间的权衡问题。然而，Solana 目前拥有第二高的验证者数量，在中本聪系数方面超过了以太坊和其他主流第1层网络。 因此，对于大多数 DePin 协议来说，基于 Solana 进行构建是显而易见的选择。

GainForest：加强植树造林工作

GainForest 是一个平台，使捐助者能够进行可验证和可追踪的捐赠，确保为负责保护森林的当地个人提供直接支持。

对于从事保护和恢复濒危雨林地区的农民和其他社区成员而言，GainForest 为他们在种植和照料树木方面付出的体力劳动提供及时、公平的补偿。

作为回报，捐赠者会收到 Solana 支持的“NFTrees”代币，代表他们对环境的投资。这些 NFTree 持有者还享受数字奖励，例如野生动物摄像机视频，展示他们帮助保护的地区繁盛的动物生命。

繁荣生态系统的可组合性和护城河

虽然上面我们只提到了几个典型的 DePin/PoPW 协议，但我们可以看到 Solana 上 DePin 赛道是多样性的且在增长中。

今年早些时候，领先的协议 Helium 在 Solana 上得以推出，其影响是立竿见影的。越来越多的 DePin/PoPW 协议选择 Solana 作为其基础层。DePin/PoPW 协议的几乎所有细分都已成功与 Solana 集成，证明了最初对这些协议存疑的概念。

此外，DePin/PoPW 协议协同工作的能力对生态系统具有重大影响。这组协议充当 Solana 上 DeFi 的另一个构建模块，有可能带来 DePin Summer。现有的用户群和流量为新兴协议轻松构建现有协议或与现有协议协作提供了肥沃的土壤。这创造了一个新的良性循环，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，将传统区块链网络迁移到更成熟的平台是必然趋势，而Solana是目前的首选。 而在现阶段，Solana已经在DePin/PoPW赛道上确立了强势地位，其他公链很难获得市场份额。

每个智能合约平台都有自己的支持基础。以太坊有 DeFi，Arbitrum 有 GMX，DePin 正在成为 Solana 的新靠山。我们有望看到它将推动 Solana 实现下一波增长。

**参考文献：**

1. https://solscan.io/
2. https://docs.solana.com/
3. https://github.com/Syndica/sig
4. https://compressed.app/?ref=solana.ghost.io
5. https://multicoin.capital/2022/04/05/proof-of-physical-work/
6. https://multicoin.capital/2023/09/21/exploring-the-design-space-of-deping-networks/
7. https://explorer.helium.com/
8. https://hivemapper.com/explorer
9. https://maps.gaforest.app/
10. https://medium.com/render-token/fall-2023-render-network-metrics-bf08243a59ed

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