Shoal框架：如何降低Aptos上Bullshark協議的延遲

概述

Aptos Labs開發了Shoal框架,通過流水線處理和領導者信譽機制,大幅提升了基於Narwhal的共識協議(如DAG-Rider、Tusk、Bullshark)的性能。在無故障情況下,Shoal將Bullshark的延遲降低了40%,在有故障情況下降低了80%。

Shoal的核心思想是按順序運行多個底層協議實例。以Bullshark爲例,就像多個"鯊魚"在接力賽中奔跑。

背景與挑戰

區塊鏈網路一直在追求更高的性能。早期通過降低通信復雜度來提升吞吐量的嘗試效果有限。近期的突破在於將數據傳播與共識邏輯分離,實現並行化。Narwhal系統採用這種架構,實現了16萬TPS的吞吐量。

然而,基於領導者的共識協議(如Hotstuff/Jolteon)無法充分利用Narwhal的潛力。而基於DAG的Bullshark雖然支持高吞吐,但延遲增加了50%。

在DAG協議中實現流水線處理和領導者信譽機制被認爲是困難的,因爲:

1. 修改Bullshark核心邏輯似乎不可行
2. 動態選擇領導者可能導致不同的排序結果

Shoal框架設計

Shoal框架巧妙地解決了上述挑戰:

1. 流水線處理:按順序運行多個Bullshark實例,每個實例處理一個錨點
2. 領導者信譽:基於錨點的因果歷史計算驗證節點得分,傾向選擇高分節點作爲領導者
3. 無超時:利用DAG構造提供的"時鍾"估計網路速度,避免使用超時機制

這些技術的結合使Shoal能夠以網路速度運行,即使在異步網路或領導者故障的情況下。

評估結果

實驗表明,Shoal顯著改善了Bullshark的延遲:

• 無故障情況下:比Baseline Bullshark延遲降低40%
• 有故障情況下(50個驗證節點,16次故障):比Baseline Bullshark延遲降低65%

Shoal還具有"普遍響應"特性,在各種網路條件下都能保持良好性能。

總的來說,Shoal框架成功解決了DAG-BFT中的關鍵問題,大幅提升了Aptos區塊鏈的性能。