Bitroot прорыв в высокопроизводительном блокчейне: технический код за подтверждением 400 мс + 25600 TPS

Корень проблемы: почему Блокчейн так медленный

Представьте себе, что вы меняете токен на ETH, и вам нужно ждать 12 секунд для подтверждения, а комиссия за каждую транзакцию просто ужасно высока. Это не единичный случай — это больная точка всей отрасли.

Эфириум может обрабатывать только 15 транзакций в секунду, традиционный механизм BFT консенсуса обрабатывает транзакции последовательно, как однополосная автомагистраль: независимо от того, насколько мощен ваш спортивный автомобиль, вам всё равно придется стоять в очереди.

Bitroot должен破вать этот заклинание. Он достигает этого через 4 основных инновации — Pipeline BFT консенсус, оптимистичный параллельный EVM, состояние шarding и агрегирование BLS подписей —

• Время подтверждения: 400ms (в 30 раз быстрее, чем Ethereum)
• Пропускная способность: 25,600 TPS (сравнение с Solana)
• Газ: всего лишь 1/10 до 1/50 от Ethereum
• Совместимость: Полная поддержка EVM, бесшовная миграция экосистемы Ethereum

Технический прием 1: Pipeline BFT — превращение консенсуса в конвейер

Три основные проблемы традиционного BFT

Старый BFT-консенсус похож на сломавшуюся конвейерную ленту на фабрике. Каждый Блок должен дождаться полного подтверждения предыдущего блока, прежде чем начать, что создает серьезную последовательную зависимость. Даже такие звездные решения, как Tendermint, проходят четыре этапа: Предложение → Предварительное голосование → Предварительное подтверждение → Подтверждение, шаг за шагом, без каких-либо ускорений посередине.

Более того, чем больше валидаторов, тем больше затраты на связь растут в квадратной пропорции. 100 валидаторов — это 10 000 сообщений, и каждому валидатору необходимо проверить 100 подписей, в это время время проверки подписей превышает время достижения консенсуса.

Решение Bitroot: параллельный конвейер

Ключевая инновация состоит из четырех слов: смещение выполнения.

Bitroot позволяет блокам различной высоты параллельно развиваться на разных этапах:

• БлокN-1 находится на этапе Commit (финальная стадия подтверждения)
• Блок N находится на этапе Precommit (этап подтверждения)
• Блок N+1 проводит Prevote (предварительное голосование)
• Блок N+2 находится на этапе Propose (этап предложения)

Таким образом, несколько блоков одновременно движутся по каналу, заполняя все процессоры. Каков результат? Задержка снизилась с 1 секунды до 400 мс, пропускная способность увеличилась с 3200 TPS до 25600 TPS.

Аггрегация подписей BLS: криптографическая черная магия

Присоединяйтесь к этой инновации: независимо от количества валидаторов, все подписи будут агрегироваться в 96 байт и проверка потребует лишь одного вычисления пары.

В отличие от схемы ECDSA, для проверки 100 подписей требуется 100 проверок, теперь достаточно только 1. Это похоже на то, чтобы уменьшить количество контролёров с 100 до 1, эффективность зашкаливает.

Технический ход 2: Оптимистичный параллельный EVM — многоядерные процессоры, наконец, нашли применение

Главная проблема EVM: последовательное выполнение

Дизайн EVM Ethereum однопоточный — все транзакции должны выполняться одна за другой. Даже если Алиса переводит деньги Бобу, а Чарли переводит деньги Дэвиду, эти две совершенно независимые операции тоже должны ждать в очереди. Это связано с тем, что EVM беспокоится о том, что не может предсказать, какие состояния будут затронуты транзакциями, поэтому все выполняется последовательно, для подстраховки.

Но современные процессоры имеют несколько ядер. В вашем 16-ядерном процессоре только 1 ядро работает, а остальные 15 ядер просто бездельничают. Это слишком расточительно.

Трехступенчатая проверка конфликтов: параллельная работа при обеспечении безопасности

Безопасность параллельного EVM Bitroot проверяется в три этапа:

Первый этап: фильтрация перед выполнением

• Быстрое определение конфликта между двумя транзакциями с использованием улучшенного фильтра Блума
• Используйте жадный алгоритм раскраски для группировки транзакций, транзакции одного цвета могут выполняться параллельно.

Вторая стадия: Мониторинг выполнения

• Тонкая блокировка на чтение и запись (точно до уровня слота хранения, а не всего контракта)
• Версионирование состояния управления: запись номера версии состояния при чтении, выполнение проверки на изменение номера версии после выполнения.
• Если произошел конфликт, откатить только непосредственно связанные транзакции, а не все.

Третья стадия: проверка после выполнения

• Глобальная проверка согласованности: вычисление корня состояния дерева Меркла, чтобы убедиться, что нет пропущенных конфликтов
• Протокол двухфазной фиксации обеспечивает атомарность

Практические данные говорят сами за себя

• Простой сценарий перевода: 16 потоков параллельно, производительность выросла с 1200 TPS до 8700 TPS (7.25 раз ускорение)
• Сложные DeFi контракты: при конфликтности 5-10% 16 потоков достигают 5800 TPS
• Сценарии вычислений с ИИ: уровень конфликтов <0.1%, 16 потоков с 600 TPS увеличился до 7200 TPS (12-кратное ускорение)

Есть еще один нюанс: Bitwork оптимизировал планирование задач, и использование ЦП увеличилось с 68% до 90%. NUMA-осведомленное планирование снизило задержку в памяти на 35%.

Технический прием 3: Состояние шардирования — окончательное решение для горизонтального масштабирования

Состояние Блокчейна (все аккаунты, данные контрактов) похоже на огромную книгу учёта, которая постоянно растет. Решение Bitroot заключается в том, чтобы разделить эту книгу учёта на несколько фрагментов, которые будут храниться и обрабатываться разрозненно.

Как разделить? Распределение по различным фрагментам осуществляется на основе хеш-значения адреса аккаунта. Транзакции между фрагментами обрабатываются с использованием протокола двухфазной фиксации, что обеспечивает атомарность.

Преимущество этого подхода заключается в том, что с увеличением числа узлов вычислительная способность растет линейно, а не сталкивается с узкими местами, как это происходит при традиционной полной верификации.

Сравнение с конкурентами

Почему это важно

Высокочастотная торговля: 400 мс подтверждение + 25600 TPS, теперь можно торговать так же гладко, как на CeFi биржах, MEV-роботы тоже не так безобразны.

Революция газа: цена на 10-50 раз дешевле, проблема минимальной прибыли в DeFi, вероятно, будет смягчена.

NFT и игры: низкая задержка + высокая пропускная способность, пользовательский опыт блокчейн-игр стал близок к играм Web2.

Корпоративные приложения: цепочка поставок, идентификация, торговля данными, эти коммерческие сценарии наконец-то получили доступную инфраструктуру.

Базовая логика

Секрет успеха Bitroot заключается не в какой-то одной технологии, а в системном мышлении:

• Декуплинг консенсуса и исполнения: это не означает, что исполнение ждет консенсуса, а то, что консенсус продолжает двигаться вперед, а исполнение происходит асинхронно в фоновом режиме.
• Параллельный приоритет: каждый этап оптимизирован по параллельности, от пайплайна консенсуса до многопоточности EVM и шардирования хранения
• Безопасность без компромиссов: трехступенчатое обнаружение конфликтов, двухступенчатая фиксация, проверка состояния, кажущиеся сложными многоуровневыми защитами на самом деле являются производительными выгодами, достигнутыми с помощью инженерных методов.

Нынешняя реальность

Это не дизайн PPT, тестовые данные реальные: 25600 TPS и 400 мс, полученные в стандартной среде AWS c5.2xlarge, были подтверждены.

Ключевой вопрос: экосистема успевает? Даже самая быстрая цепочка бесполезна, если нет приложений и ликвидности. Но хорошая новость заключается в том, что полная совместимость с EVM означает, что затраты на миграцию близки к нулю.

Подождите-ка — конкуренция в области высокопроизводительных Блокчейн только начинается.