私たちは誇りを持って、ソラナの新しいコンセンサスプロトコル「Alpenglow」を発表します。Alpenglowは、グローバルな高性能プルーフ・オブ・ステークブロックチェーンに特化したコンセンサスプロトコルです。私たちは、Alpenglowのリリースがソラナにとっての転換点になると信じています。Alpenglowは新しいコンセンサスプロトコルであるだけでなく、これまでのソラナのコアプロトコルにおける最大の変化でもあります。

Alpenglowに移行する際、私たちはコアプロトコルのいくつかのレガシーコンポーネント、特にTowerBFTとProof-of-Historyに別れを告げます。その代わりに、投票とブロックの最終化ロジックを引き継ぐVotorを導入します。さらに、ゴシップに依存するのではなく、Alpenglowはより速い直接通信の原則を採用します。

大きな変化ではありますが、Alpenglowはソラナの最大の強みを活かしています。Turbineは、データの配信という重要な側面に対応することで、ソラナネットワークの成功において重要な役割を果たしてきました。過去のブロックチェーンでは、リーダーがしばしばシステムのボトルネックとなっていました。それに対して、Turbineは各ブロックを多くの小さな部分に消去符号化し、迅速に配信できる技術を特徴としています。重要なことに、このプロセスではすべてのノードの帯域幅が活用されます。Alpenglowのデータ配信プロトコルであるRotorは、Turbineのアプローチを取り入れ、それを洗練させています。

これらの変更により、ソラナは前例のないパフォーマンスレベルに到達します。TowerBFTを使用することで、ソラナはブロック作成からブロック確定まで約12.8秒かかっていました。レイテンシをサブ秒の範囲に下げるために、ソラナは「楽観的確認」概念を導入しました。Alpenglowはこれらのレイテンシの限界を打ち破ります。Alpenglowは約150ms（中央値）で実際の確定を達成できると期待しています。確定は時には100msと非常に早く達成されることもあり、これは世界規模のL1ブロックチェーンプロトコルにとって信じられないほど低い数値です。（これらのレイテンシ数値は、現在のメインネットのステーク分配に基づく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 msの中央値レイテンシは、ソラナが速いことを意味するだけではありません。それは、ソラナが応答性の面でWeb2インフラと競争できることを意味し、リアルタイムパフォーマンスを要求する全く新しいカテゴリのアプリケーションに対して、ブロックチェーン技術が実現可能になる可能性があることを示しています。

上のプロットは、スイスのチューリッヒにおけるリーダーと共に、Alpenglowの異なる部分のレイテンシの内訳を示しています。私たちはAlpenglowを開発していた場所であるため、チューリッヒを例として選びました。各バーは、チューリッヒからの距離によってソートされた、現在の世界中のソラナノードの平均遅延を示しています。Alpenglowプロトコルの異なるステージに到達するためのシミュレートされたレイテンシが、そのステージに到達したネットワークの割合に対してプロットされています。

緑のバーはネットワークのレイテンシを示しています。現在のソラナのノード分布では、ソラナの約65%のステークがチューリッヒから50ms以内のネットワークレイテンシにあります。ステークの長い尾は、チューリッヒから200ms以上のネットワークレイテンシを持っています。ネットワークレイテンシは、私たちのプロットの自然な下限として機能します。例えば、ノードがチューリッヒから100msの場合、どのプロトコルでもそのノードでブロックを確定するためには少なくとも100msが必要です。
黄色のバーは、私たちのプロトコルの第一段階であるRotorによって発生した遅延を示しています。
赤いバーは、ノードが少なくとも60％のステークから認証投票を受け取った時間を示しています。
最後に、青いバーは最終化時間を示しています。

では、この高いパフォーマンスはどこから来ているのでしょうか？

Alpenglowの投票コンポーネントVotorは、80%のステークが参加している場合、記録的な単一投票ラウンドでブロックを確定し、60%のステークのみが応答している場合は2ラウンドで確定します。この2つの投票モードは統合され、同時に実行されるため、2つの経路のうちより早い方が終了するとすぐに確定が行われます。

RotorはAlpenglowのデータ配信サブプロトコルであり、Turbineのアプローチを取り入れ、それを洗練させています。Turbineと同様に、Rotorは参加ノードのステークに比例して帯域幅を利用し、高スループットのリーダーボトルネックを緩和します。その結果、総利用可能帯域幅が漸近的に最適に使用されます。Rotorの設計に関する洞察の一つは、光の速度は依然として遅すぎるということであり、情報の拡散における遅延は、伝送や計算の遅延ではなく、ネットワークのレイテンシによって支配されています。Rotorは、Turbineの多層ツリーとは対照的に、単一のリレーノード層を特徴としています。このようにして、Rotorはネットワークホップの数を最小限に抑えます。さらに、Rotorはリレーノードを決定する新しい技術を導入しており、耐障害性が向上しています。

Alpenglowは、最先端の研究に基づいて構築され、エラー訂正コード化されたデータ分配と最新のコンセンサスの進展を組み合わせています。統合された1/2ラウンド投票モードなどの革新を導入し、前例のない最終化レイテンシを実現します。特異な「20+20」耐障害性により、プロトコルは厳しいネットワーク条件下でも効果的に動作し、最大20%の敵対的ステークと追加の20%の非応答ステークに耐えることができます。他の貢献には、低分散サンプリング戦略が含まれます。

私たちは、Alpenglowを詳細に説明する包括的なホワイトペーパーを書きました。このホワイトペーパーは、Alpenglowの背後にある直感と、私たちが達成したいことを示しています。また、プロトコルについて簡潔な定義と擬似コードを用いて説明しています。ホワイトペーパーには、Alpenglowがどのように機能するかを理解するためのさまざまなシミュレーション測定と計算が含まれています。そして最後に、ホワイトペーパーには正当性証明が含まれています。

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