Bitroot розв'язує проблему високопродуктивного публічного блокчейну: технологічний код за 400 мс підтвердженням + 25600 TPS

Коріння проблеми: чому Блокчейн такий повільний

Уявіть собі, ви обмінюєте токени на ETH, потрібно чекати 12 секунд для підтвердження, а комісія за кожну транзакцію надто висока. Це не поодинокий випадок — це проблема всієї індустрії.

Ethereum може обробляти лише 15 транзакцій на секунду, традиційний BFT механізм консенсусу обробляє їх поетапно, як однополоса автомагістраль, незалежно від того, наскільки потужним є ваш суперкар, вам все одно доведеться стояти в черзі.

Bitroot має розірвати це закляття. Воно реалізує це через 4 ключові інновації — Pipeline BFT консенсус, оптимістичний паралельний EVM, фрагментацію стану та агрегацію BLS підписів —:

• Час підтвердження: 400ms (в 30 разів швидше, ніж Ethereum)
• Продуктивність: 25 600 TPS (на прикладі Solana)
• Gas费: лише від 1/10 до 1/50 Ethereum
• Сумісність: Повна підтримка EVM, безперешкодна міграція екосистеми Ethereum

Технічний удар 1: Pipeline BFT — перетворення консенсусу в конвеєр

Три основні недоліки традиційного BFT

Старий BFT консенсус схожий на зламану конвеєрну лінію на фабриці. Кожен Блок повинен чекати, поки попередній блок буде повністю підтверджений, перш ніж почати, серйозна серійна залежність. Навіть такі зіркові рішення, як Tendermint, повинні пройти чотири етапи: Propose→Prevote→Precommit→Commit, крок за кроком, жодного прискорення посередині.

Гірше того, чим більше валідаторів, тим більше зростають витрати на зв'язок, які є квадратними. 100 валідаторів — це 10 000 повідомлень, кожен валідатор повинен перевірити 100 підписів, і в цей момент час перевірки підписів перевищує час, необхідний для досягнення консенсусу.

Рішення Bitroot: паралельний конвеєр

Основна інновація в чотирьох словах: розмежування виконання.

Bitroot дозволяє блокам різної висоти просуватися паралельно на різних етапах:

• БлокN-1 на етапі Commit (остання стадія підтвердження)
• Блок N на етапі Precommit (етап зобов'язання)
• Блок N+1 проводить Prevote (попереднє голосування)
• Блок N+2 на стадії Propose (етап пропозиції)

Таким чином, кілька Блоків одночасно течуть у трубопроводі, заповнюючи всі процесори. Який результат? Затримка зменшилася з 1 секунди до 400 мс, пропускна здатність зросла з 3200 TPS до 25600 TPS.

Аггрегація підписів BLS: криптографічна чорна технологія

Приєднуйтесь до цього інноваційного рішення: незалежно від кількості валідаторів, всі підписи, агреговані разом, завжди становлять 96 байт, а перевірка потребує лише одного спарювання.

У порівнянні з ECDSA, для перевірки 100 підписів потрібно перевірити 100 разів, тепер лише 1 раз. Це як зменшити контролера з 100 до 1, ефективність зашкалює.

Технічний прийом 2: Оптимістичний паралельний EVM — багатоядерні процесори нарешті знайшли своє застосування

Головна проблема EVM: послідовне виконання

Дизайн EVM Ethereum однопотоковий — всі транзакції повинні виконуватись одна за одною. Навіть якщо Аліса переводить кошти Бобу, а Чарлі переводить кошти Девіду, ці два абсолютно незалежні дії також повинні стояти в черзі. Це пов'язано з тим, що EVM не може передбачити, які стани транзакції будуть доступні, тому виконання відбувається послідовно, для перестороги.

Але сучасні ЦПУ є багатоядерними. У твоєму 16-ядерному процесорі лише 1 ядро виконує роботу, а інші 15 ядер просто бездіяльні. Це надто марнотратно.

Триетапне виявлення конфліктів: паралельність за умов безпеки

Безпека паралельного EVM Bitroot перевіряється в три етапи:

Перший етап: фільтрація перед виконанням

• Використання вдосконаленого фільтра Блума для швидкого визначення, чи будуть дві транзакції конфліктувати
• Використовуйте алгоритм жадібного фарбування для групування транзакцій, транзакції одного кольору можуть виконуватись паралельно.

Другий етап: моніторинг виконання

• Тонкозернистий механізм читання-запису (точно до рівня сховища, а не всього контракту)
• Версійоване управління станом: записує номер версії стану, що читається, виконує перевірку, чи був змінений номер версії.
• Якщо стався конфлікт, скасовуйте лише безпосередньо пов’язані транзакції, а не всі.

Третя стадія: верифікація після виконання

• Глобальна перевірка узгодженості: обчислення кореня стану дерева Меркла, щоб забезпечити відсутність пропущених конфліктів
• Протокол двофазної фіксації забезпечує атомарність

Дані з практики говорять

• Простий сценарій переказу: 16 потоків паралельно, продуктивність зросла з 1200 TPS до 8700 TPS (7.25 разів прискорення)
• Складні DeFi контракти: при 5-10% рівні конфлікту, 16 потоків досягають 5800 TPS
• Сценарій обчислень з використанням ШІ: рівень конфлікту <0.1%, з 16 потоками з 600 TPS до 7200 TPS ( 12-кратне прискорення )

Є ще один нюанс: Bitwork оптимізував розкладку завдань, що підвищило використання ЦП до 90% з 68%. NUMA-обізнаний розподіл зменшив затримку пам'яті на 35%.

Технічний трюк 3: Станова шардінг - остаточне рішення для горизонтального масштабування

Стан Блокчейну (всі рахунки, дані контрактів) схожий на величезну бухгалтерську книгу, яка постійно розширюється. Рішення Bitroot полягає в тому, щоб розділити цю книгу на кілька фрагментів, розподілено зберігати та обробляти.

Як розподілити? За хеш-значенням адреси рахунку розподіляється на різні блоки. Транзакції між блоками обробляються за допомогою протоколу двофазної комітету, що забезпечує атомарність.

Перевага такого підходу полягає в тому, що з ростом кількості вузлів обробна потужність зростає лінійно, а не стикається з проблемами, як у випадку традиційної повної верифікації.

Порівняння з конкурентами

Чому це важливо

Високочастотна торгівля: підтвердження за 400 мс + 25600 TPS, нарешті можна торгувати так само плавно, як на CeFi біржах, MEV роботи також вже не такі безжальні.

Революція газових зборів: дешевше в 10-50 разів, проблема мізерності прибутків DeFi має шанс на поліпшення.

NFT та ігри: низька затримка + висока пропускна здатність, користувацький досвід блокчейн-ігор може наблизитися до Web2 ігор.

Корпоративні застосування: постачальницький ланцюг, ідентифікація, торгівля даними, ці бізнес-сценарії нарешті отримали доступну інфраструктуру.

Основна логіка

Секрет успіху Bitroot не в якійсь одній технології, а в системному мисленні:

• Декуплювання консенсусу та виконання: не змушуйте виконання чекати на консенсус, а натомість консенсус постійно просувається, виконання відбувається асинхронно у фоновому режимі.
• Паралельний пріоритет: кожен етап оптимізовано для паралельності, від консолідації Pipeline до багатопотоковості EVM до шардінгу зберігання.
• Безпека без компромісів: три етапи виявлення конфліктів, двоетапна фіксація, перевірка стану, здавалося б, складний багатошарний захист насправді є результатом інженерних рішень для досягнення вигоди в продуктивності.

Очевидна реальність

Це не дизайн PPT, тестові дані справжні: 25600 TPS та 400ms, отримані з стандартного середовища AWS c5.2xlarge, підтверджені.

Ключове питання: Екосистема встигає? Яка б швидка не була ланка, якщо немає застосувань і ліквідності, це не має сенсу. Але хороша новина полягає в тому, що повна сумісність EVM означає, що витрати на міграцію близькі до нуля.

Почекайте — конкуренція в сфері високопродуктивних Блокчейн тільки почалася.