主要结论：
我们提出了L1设计权衡的基本原则框架：高绩效的三个难题。与以太坊相比，Solana咄咄逼人的低冗余设计不仅说明了它的高性能，也说明了它的低可靠性。Aptos，一个拥有2亿美元全明星种子轮融资的新L1，准备挑战Solana在高性能L1领域的垄断地位。与Solana相比，Aptos增加了更多的可靠性，代价是对节点的硬件要求更高。我们相信针对特定应用的优化是L1的未来。考虑到“三难”，没有一个链条可以做到满足所有应用场景的通用设计。基于我们以前的跨链文章，我们提出了一个“三个问题”问答手册，供区块链应用程序的开发人员考虑他们的技术选择。
第一部分：索拉纳高性能的秘密
本节包括：
到目前为止，索拉纳作为唯一的高性能区块链，仍然处于垄断地位。Solana的设计基因是从根本上优化最佳网络性能：并行计算、冗余减少和更高的阻塞率。
是什么让索拉纳与众不同？
作为唯一一个接近Visa产能Visa 65,000 TPS的区块链，Solana已经得到了华尔街和硅谷的支持，尝试应用大规模的区块链服务。
索拉纳并没有通过某种图灵奖魔法实现TPS(不像零知识证明，这是我们马上要讨论的另一个重要话题)。
相反，Solana在性能和可靠性之间进行了一系列的设计权衡。我们将在第一部分讨论Solana的性能，在第二部分讨论可靠性的成本。
选项1:并行计算。
以太坊虚拟机(EVM)是一个单线程——EVM，只能使用一个CPU核按顺序处理事务。因为单核产生的热量随着速度的增加呈指数级增加，物理学将单核性能的上限限制得很低。
解决方法是什么？更核心！八个2GHz内核的温度比一个8GHz内核低得多，但它们也更强大。
2007年，英特尔推出双核奔腾处理器，从而结束了单核时代。今天的计算机消费者拥有4到4，096个GPU和CPU核心。
让更多的核更好的配合，而不是拥有更强的单核，已经成为半导体行业十几年的研究重点。
要实现原生多线程，Solana必须放弃EVM的兼容性。Solana的智能合约可以使用Nvidia GPU的4096个核心并行运行计算。
我们的观点：在这个【EVM v.s多线程】的二元选择中，我们更喜欢多线程而不是EVM兼容性。我们认为2027年的DApp只能使用2007年的半导体技术，这是荒谬的。\’
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有些人可能会指出EVM/Solidity相关开发商的护城河问题。但是开发者转换编程语言其实很容易。
今天的大多数Web 2应用程序和开发人员都使用原生多线程编程语言。我们认为，未来的开发人员会对EVM神秘的单线程架构感到沮丧，就像目前的高气一样。(此外，我们不支持EVM兼容的汇总方案)。
方案2:通过轮换确定的领导节点来减少冗余。
去中心化需要冗余。在谷歌这样的集中式云服务中，计算只发生一次——，因为用户相信谷歌是正确的。
在区块链，因为我们不能相信任何人，所有的数据都需要经过不同节点的计算和验证。进行相同计算的额外次数就是所谓的开销/冗余。量化冗余，我们用大O符号(大O符号，递进符号)，比如[O (n 2)，O (n)，O (log n)]。里面的函数表明，当它们扩展到更多的节点时，网络计算将变得多么复杂。例如，随着网络的增长，O(n ^ 3)可能意味着比O(n ^ 2)大几个数量级的冗余。
在比特币、以太坊等许多简单的PoS链中，共识的冗余度至少为O(n ^ 2)，与节点数的平方成正比：每个块都必须传输、检查和比较彼此的工作。
对于索拉纳，只有指定的领导节点将产生下一个块。(见湾流，领导人轮换).在此基础上，Solana将块分成许多小块，然后每个小块只有少量的节点验证器进行验证，而不是所有节点发送并验证所有块。
Solana的协议将Solana在最佳情况下的冗余从O (n 2)降低到O(log n)，这是计算复杂性理论中最有效的可能性。
这个结果真的很了不起。考虑一个(过于简单的)解释。
网络A和B在其他方面是相同的。100个节点有100k个TPS。O(n ^ 2)网络中节点的性能每增长10倍就会下降100倍。一个O(log n)网络每增长10倍，节点性能就会下降3倍。在100，000个节点的情况下，两个网络的性能将相差30，000倍。
这种复杂性的降低也具有意识形态的意义。
在这方面，我们认为维塔利克对索拉纳的批评有些误导。——Vitalik认为，Solana对硬件要求较高，因此不够分散。
Solana 4000美元的硬件成本阻止了“每个用户在自己的机器上运行Solana node”。这个费用是正确的。
但从长远来看，计算成本会越来越便宜，Solana降低复杂度的设计使得拥有100倍的节点而不会让网络慢到无法忍受。
其他设计选项：
支持者和批评者还争论了索拉纳的其他一些技术特征。我们认为这些特征并不那么核心，所以我们笼统地讨论它们：
3.1投票交易计入TPS
一些批评者指出，索拉纳通过将验证者的投票计入交易中，人为地增加了TPS。投票的确算在交易里，但这只是表面问题。
也许索拉纳应该重申一下，它的TPS是6万(不包括投票交易)，而不是6.5万。
3.2吞吐量—更快的分块时间和更大的分块
Vitalik和StarkWare都批评Solana的性能提升是懒惰的，因为Solana只是让每个块更大，块时间更短，以更高的硬件要求为代价容纳更多的事务。
简单的数学会告诉你这还不是全部。
Vitalik和StarkWare都批评Solana的性能提升是懒惰的，因为Solana只是让每个块更大，块时间更短，以更高的硬件要求为代价容纳更多的事务。简单的数学会告诉你这还不是全部。
Solana的最大块大小是10MB，是ETH的1MB目标大小的10倍。索拉纳的格挡时间是0.4秒，是以太坊12秒的30倍。与以太坊相比，以上两者的结合给了Solana大约300倍的懒惰性能提升。但实际上Solana的TPS比以太坊通常的TPS高3000倍。另外90%的性能提升可以用Solana的并行操作和减少冗余的设计来更好地解释。
3.3历史证明(POH)
索拉纳宣传POH是其最大的创新。
从长远来看，历史证明允许Solana将阻塞时间减少到极限400毫秒/块，尽管实际上物理网络延迟通常大于400毫秒。这个函数的有趣名字是异步一致性。详见Multicoin的文章。
设计概要：索拉纳高性能的秘密
三个关键指标共同决定了区块链的最大吞吐量：阻塞率、并行计算和冗余。
冗余决定了总共需要多少数据和计算量，即总计算量=有效计算冗余量；并行计算让节点计算速度更快；阻塞率决定了在特定时间段内可以保存在区块链数据库中的数据量。
Solana在这三个方面做了大胆的设计选择：从O (n 2)到O(log n)冗余；1核至4096核并行，5MB/min至1500MB/min的阻塞率。
这些就是索拉纳65,000TPS背后的主要秘密。在下一章，我们将讨论索拉纳期权的成本。
第二部分：索拉纳选择的代价：优先考虑性能而不是灵活性。
本节包括：
索拉纳激进的性能优化基因使其比其他区块链更容易失败。我们提出了冗余困境：由于计算能力有限，L1必须在性能和可靠性之间做出权衡。冗余困境是第3部分中高性能三难问题的子集。
频繁的网络事故
在过去的一年里，索拉纳经历了至少4次重大网络事故。
2021年9月停堆事故，2021年12月降级事故，2022年1月降级事故，2022年4月停堆事故。任何感兴趣的利益相关者一定有许多疑问：
事故原因是什么？本质原因是什么？一次性系统BUG？意外袭击？还是区块链设计的基因中存在一些我们只能缓解的问题？
选择最佳性能而非可靠性。
在第一部分中，我们讨论了Solana如何在最佳情况下主动优化其性能。
“最好的情况”是这里的一个关键词。当事情没有完全按照理想模式发生时，索拉纳就会失控。
设计成本1:当事务逻辑有序时，激进的并行计算会退化。
NFMint与IEO的交易经常导致索拉纳网络中断。
原因是：这些事务不能同时在4096个核上进行。在铸币NFT的时候，不知道哪些已经铸币了，会导致重复和bug。
同一集合中的所有新交易必须按顺序处理。
一个直接的含义是，Solana的65,000 TPS并不意味着用户可以在一秒钟内铸造六个BAYC集：由于只依赖于一个GPU核心，Solana的顺序处理能力可能更接近甚至低于以太坊，大约10到100 TPS。
这解释了性能下降的原因：NFT造币厂期间失控的事务量会使Metaplex不可用，但不依赖Metaplex的其他应用程序(如Serum Order Book)仍然可以在其他4095个核心中的一个上处理事务。
然而，性能下降往往会导致网络中断：等待元复合的未处理事务会导致节点内存溢出——。当内存溢出时，节点崩溃并完全脱机。
核心权衡：通过使用4096核GPU而不是16核CPU，Solana牺牲了单核性能来支持激进的并行计算。通常，当交易无关紧要时，网络运行良好，但一旦交易表现出不尽人意的模式，Solana比冗余度高的以太坊更容易崩溃。
设计成本二：当领导者崩溃时，果断的领导者选择会变得难看。
当索拉纳接近崩溃时，负责当前块的领先节点往往是第一个崩溃的。
Solana的低冗余设计在很大程度上取决于领导者节点是否在线——没有其他节点具有与当前领导者节点相同的事务数据或网络角色。
这意味着一旦首领节点离线，网络的其他部分需要做大量的应急工作：同意跳过一个块，重组事务数据，并将丢失的事务数据转发给下一个首领节点。
考虑以太坊网络，它没有领导节点。每个节点都有一个精确且重复的副本，其中包含将放入mempool的事务数据。
如果任何以太坊节点离线，所有其他节点仍然拥有生成新块所需的一切。
这就是冗余的双刃剑：理想情况下，冗余导致网络变慢；但在恶劣的情况下，可以防止重大事故的发生。
我们用数字来说明吧。根据这篇论文，在leader节点崩溃(官方称为‘级联leader failure’)的情况下，Solana的应急计算开销可以达到O(n ^ 4)。
O (n 2)网络速度较慢，但可以使用。但是，一个网络一下子需要O(n ^ 4)次计算，就像死了一样。
这也是索拉纳一旦进入O (n 4)级联领导失败模式就很难自行恢复的主要原因。
这是功能，不是BUG。
索拉纳基因激进，表现最好优先。这个原则在架构中无处不在，所以很难只改变一个地方而不改变其他的一切。
(我们没有讨论这个问题，但是为了说明相互依赖，核心的PoH算法如果运行在CPU上，而不是GPU上，就会不切实际。
但是Solana的PoH——(一个性能最优的数据管理系统，很难实现类似ETH的mempool)。
还是那句话，这是一个取舍，不能两全其美。3354要从根本上让索拉纳更稳定，你需要制造更多的冗余，从而牺牲最理想情况下的性能。
即使是索拉纳的支持者也需要做好心理准备，网络中断和性能下降的情况会发生很多次。
因为今天的索拉纳网络还远远没有尝试所有可能的缓解措施。缓解是一个需要迭代的捉迷藏游戏。
有一天，索拉纳实验室的辛勤工作可能会使99.99%的网络正常运行时间成为可能。
是的，从来不代表网络100%正常工作。如今的主网测试版离99.99%还很远。
第三部分：Aptos加入竞争和高绩效三大难题。
本节包括：
Aptos的设计选择是可靠性和性能之间的折衷。它位于索拉纳和以太坊之间。我们在高性能、可靠性和效率之间提出了高性能的三大难题。对于开发者来说，未来的趋势是根据具体的使用场景进行优化。我们提出了3个问题的问答手册来帮助开发者选择基础设施。
在过去一年左右的时间里，索拉纳一直是高性能L1细分市场的唯一品牌。
现在我们有Aptos，由脸书的前Libra团队开发，由a16z、Tiger、Multicoin和FTX投资。
Multicoin和FTX也是索拉纳的重要投资者。
Aptos最近上了头条，因为他们号称有16万TPS，显然是把自己定位为Solana的竞争对手。
这就是为什么我们花这么多时间解剖索拉纳：这是结合实践理解Aptos的最佳角度：
回头看第二部分，以太坊优化了网络可以正常运行的时间：
以太坊花费大量的数据冗余来做最坏的打算，所以通过攻击来中断以太坊网络几乎是不可能的。
Solana针对理想情况下的性能进行了优化，在冗余上花费更少，从而在极端情况下降低了网络的可靠性。
在解决裁员困境的过程中，Aptos试图远离Solana。以下是一些关键的设计选择：
Aptos设计选择1: 16核心服务器级CPU
这是一个介于Solana的4096个GPU核心和以太坊的一个CPU核心之间的中间地带。
在处理高度并行的任务时，Aptos可能没有Solana快。
Aptos的每个CPU核心的性能都比Solana的GPU核心高得多，所以在NFT铸币逻辑顺序交易时，Aptos可能会比Solana处理得更好。
Aptos设计方案2:最佳情况冗余度为O(n)，最差情况冗余度为O(n ^ 2)
与Solana相比，Aptos试图通过增加冗余来使其网络更加灵活。Aptos并没有试图达到Solana的极端O(log n)次线性冗余，而是设置为O(n)冗余。
在每一轮共识中，Aptos要求所有非领导节点同步额外的数据，以防在当前领导节点失败时其他节点需要接管。
Aptos也没有尝试对块进行分段和验证，因为分段会在出错时产生额外的工作量。
这种设计的结果是，当leader节点确实出现故障时，Aptos的应急响应不会像Solana那样混乱。
对比一下：Aptos最好的表现不如Solana，但是Aptos最差情况下的表现更容易接受3354O (n 2)，而Solana是O (n 4)。
如果我们把这五个表演放在一起，它们恰好是一个漂亮的三明治，Aptos(紫色)夹在以太坊(蓝色)和Solana(绿色)之间。
Aptos设计选择3:疯狂的硬件需求
你可能看到Aptos号称有16万TPS，你想知道我为什么说它在理想情况下的性能不如Solana。
注意Aptos的硬件要求：他们所有的测试都是在16核服务器级CPU的AWS EC2实例上运行的。
Aptos还公开建议在谷歌云平台而不是个人电脑上运行他们的节点。
160，000这个数字是在大约100个授权节点上进行的实验室测试的结果。——在更复杂的实际生产环境中，如果节点更多，TPS肯定会更低。
Aptos的内部测试也表明，随着网络扩展到更多节点，其性能将接近甚至低于Solana目前的65,000 TPS。
以下是Aptos、Solana、Ethereum的关键技术规范的快速汇总，供大家参考：
把一切放在一起总结：高绩效的三大难题
将问题扩展到冗余困境，并考虑到Aptos的异常硬件要求，我们提出了Vitalik的区块链可伸缩性三难困境的副本：高性能三难困境。
在这三个难题中，三个不能同时满足的特征如下：
可靠性：通过在冗余上花费更多的计算来确保网络的正常运行性能；通过在冗余上花费更少的计算来提高网络的吞吐量效率；提高可靠性和性能的唯一方法是为这两个方面获取更多的计算资源。
在以太坊、索拉纳和阿普托斯：
以太坊选择了网络的正常运行时间和效率，所以在冗余上花费了一定的计算量，导致性能变慢。Solana选择性能和(相对)效率，因此它将有限的计算花费在最佳情况的性能上，其低冗余导致对可靠性的负面影响。Aptos选择了网络正常运行时间和高性能，所以为了有足够的计算来覆盖这两个方面，Aptos不得不选择基于服务器的节点，放弃了效率。
Aptos的设计理念相当于Web 2:它强调用户友好，而不是去中心化。的早期描述表明，Aptos可能会集成一个具有密码恢复功能的高级用户帐户系统。
从任何角度来看，Aptos都绝对不是权力最分散的区块链。它不以意识形态的纯洁性为目标。
来自a16z和Tiger的2亿种子轮投资者在这种有些反向的愿景背后投入了一些真正的资金和资源。
这一切对投资者和开发商意味着什么？使用场景优化。
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成为一个最大化主义者可能有助于在快速增长的投机市场中通过承担短期风险来获取利润，但部落主义不利于真正的价值发现和构建。
一个好的投资者和建造者应该现实地看待各方面的权衡，真正理解你的用例，而不是沉迷于推销、泡沫和公关辞令。
现在我们对未来只有一个大致的轮廓。Solana和Aptos都将经历更多的错误、中断、微调和补丁。
索拉纳会再次瘫痪，阿普托斯也会。但这并没有改变他们作为解决有利可图的高性能L1问题的顶级竞争者的地位。
对于开发者来说：你至少需要知道三件事：
你的使用场景，什么是必不可少的，什么只是锦上添花。你想用的基础设施的取舍和基因是什么？以及混搭的成本和收益。跨链解决方案和风险，反猿以前的文章。伟大的dapp使用区块链，而坏dapp被他们使用的区块链消耗。
对于投资者来说：Aptos将在2022年发布一个公共测试网络和令牌。这意味着索拉纳在高性能区块链领域的垄断将很快结束。
我们预计Solana的象征性价格将面临一些抛售压力，因为投资者在高性能区块链的垂直领域有更多选择。但现在说赢家还为时过早。
无论如何，Aptos似乎是Solana的强大挑战者，因为它试图在Solana的长期可靠性与其他权衡之间进行平衡。
但我们还需要观察Aptos团队能否很好地执行landing，能否挑战Solana两年的生态系统领先优势。
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