原題：Alpenglow：Solanaの新しいコンセンサス
原著者：Quentin Kniep、Kobi Sliwinski、Roger Wattenhofer
原訳：zhouzhou、BlockBeats

編集者注：AlpenglowはSolanaが立ち上げた新しいコンセンサスプロトコルで、従来のTowerBFTと履歴証明メカニズムを置き換え、VotorとRotorを導入し、投票とデータ配信を最適化し、レイテンシを100～150ミリ秒に大幅に短縮し、第2レベルのファイナリティを実現します。このプロトコルはパフォーマンス、回復力、スケーラビリティを向上させ、Solana の応答性を Web2 と同等にします。

以下は原文です（読みやすく理解しやすいように原文を編集しています）。

Solanaの新しいコンセンサスプロトコルであるAlpenglowをリリースできることを誇りに思います。 Alpenglow は、グローバルな高性能 Proof-of-Stake ブロックチェーン向けにカスタマイズされたコンセンサス プロトコルです。 Alpenglow のリリースは Solana にとって転換点となると信じています。これは新しいコンセンサスメカニズムであるだけでなく、Solana の設立以来のコアプロトコルに対する最大の変更でもあります。

Alpenglow への移行プロセスでは、一連の古いコア コンポーネント、特に TowerBFT と Proof-of-History が廃止されます。投票とブロックの最終確認ロジックを引き継ぐ新しいモジュール Votor を導入しました。さらに、Alpenglow はゴシップベースの通信を廃止し、より高速な直接通信プリミティブを採用しています。

これは大きな進化ですが、Alpenglow は Solana の最大の強みを基に構築されています。 Turbine は、データ伝播という重要な問題を解決することで、Solana ネットワークの成功に重要な役割を果たします。従来のブロックチェーンでは、リーダーがシステムのボトルネックになることがよくあります。

Turbine が使用するテクノロジーは、消失訂正符号化によって各ブロックを多数の小さな断片に分割し、それらを迅速に拡散します。重要なのは、このプロセスがすべてのノードの帯域幅を最大限に活用することです。 Alpenglow のデータ転送プロトコル Rotor は、Turbine の設計コンセプトを継承し、最適化します。

これらの変更により、Solana のパフォーマンスはかつてないレベルにまで向上します。 TowerBFT を使用する場合、ブロック生成から最終確認まで約 12.8 秒かかります。レイテンシを1秒未満のレベルにまで削減するために、Solanaは「楽観的確認」という概念を導入しました。

Alpenglow はこれらの遅延制限を打ち破ります。 Alpenglow により、実際のファイナリティ時間はおよそ 150 ミリ秒 (中央値) に短縮されると予想されます。

場合によっては、最終確認が 100 ミリ秒以内に完了することもあります。これは、グローバル L1 ブロックチェーン プロトコルとしてはほとんど信じられないほどの速度です。 （これらのレイテンシの数値は、現在のメインネットステーキング分布のシミュレーションに基づいており、計算オーバーヘッドは含まれていません。）

150ミリ秒の平均レイテンシは、Solanaが高速であることを意味するだけでなく、Solanaの応答性がWeb2インフラストラクチャに匹敵することを意味し、リアルタイムパフォーマンスを必要とするまったく新しいアプリケーション領域でブロックチェーンテクノロジーを実行可能にする可能性があります。

上の図は、リーダーがスイスのチューリッヒにある場合の、Alpenglow プロトコルの各ステージのレイテンシ分布を示しています。例としてチューリッヒを選んだのは、ここが Alpenglow を開発していた都市だからです。

各バーは、チューリッヒからの距離順に並べられた、グローバル分布における現在の Solana ノードの平均レイテンシを示しています。

この図は、Alpenglow プロトコルのさまざまな段階に到達したネットワーク内の各ノードのシミュレートされた遅延をプロットしたもので、その段階に到達したネットワーク ノードの割合に対応しています。

緑の列はネットワーク遅延を表します。 Solanaの現在のノード分布に基づくと、ステーキングノードの約65％がチューリッヒからのネットワーク遅延50ミリ秒以内にあります。レイテンシーテールは比較的長く、一部のステーキングノードではチューリッヒからのネットワークレイテンシーが 200 ミリ秒を超えています。

ネットワーク遅延は、グラフ内で自然な下限を形成します。たとえば、ノードがチューリッヒから 100 ミリ秒離れている場合、そのノードでブロックを確定しようとするプロトコルも少なくとも 100 ミリ秒かかります。

黄色のバーは、Alpenglow プロトコルの最初のフェーズである Rotor (データ伝播プロトコル) のレイテンシを表しています。

赤いバーは、ノードがステークされた重みの少なくとも 60% から公証投票を受け取るのにかかる時間を表しています。

青い列は最終確認時間です。

では、アルペングローの高いパフォーマンスはどこから来るのでしょうか?

Alpenglow の投票コンポーネント Votor は、非常に効率的な単一ラウンドの投票メカニズムを実装しています。ステーキングノードの 80% が参加すると、ブロックは 1 ラウンドの投票で承認されます。ステーキングノードの60%のみが応答した場合でも、2回の投票で完了する可能性があります。これら 2 つのモードは統合されて並列に実行され、より高速なパスが最終的にブロックの確認に使用されます。

Alpenglow のデータ伝播サブプロトコル Rotor は、Turbine のアプローチを継承し、最適化します。 Turbine と同様に、Rotor はステークウェイトに比例してノード帯域幅を利用するため、リーダーがボトルネックになる問題が軽減され、高いスループットが実現します。最終的には、総帯域幅をほぼ最適に利用できるようになります。 Rotor の設計哲学の 1 つは、実際には、情報伝播の遅延は、伝送速度や計算速度ではなく、主にネットワークの遅延によって制限されるというものです。 Rotor は、Turbine の多層ツリー構造の代わりに単層リレーノードを使用するため、ネットワークホップの数を削減します。さらに、Rotor は堅牢性を向上させるために新しいリレー ノード選択メカニズムを導入しました。

Alpenglow は、最先端の研究に基づいて構築されており、消失訂正符号化されたデータ分散と最新のコンセンサス メカニズムを組み合わせています。その革新には、前例のないブロックの最終確認の遅延をもたらす統合された 1 ラウンド / 2 ラウンドの投票メカニズムが含まれます。同時に、独自の「20+20フォールトトレランスメカニズム」も導入されました。厳しいネットワーク状況下でも、プロトコルは正常に動作し、最大20%の悪意のあるステーキングノードと、さらに20%の応答しないノードを許容します。その他の貢献としては、低分散サンプリング戦略が挙げられます。

Alpenglow について詳しく説明した完全な技術ホワイト ペーパーを作成しました。ホワイト ペーパーでは、設計の背後にある直感と目標を説明するだけでなく、簡潔で明確な定義と疑似コードを使用してプロトコル全体についても説明します。同時に、アルペングローの実際のパフォーマンスを読者が理解するのに役立つさまざまなシミュレーション データと計算も含まれており、最終的に完全な正しさの証明を提供します。

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