DoubleZero: более быстрый интернет

Введение

Путешествие начинается с едва заметной вспышки. Среди гудящего оборудования огромного дата-центра рождается искра света. Пакет — одна транзакция — кодируется в виде коротких импульсов. Они отправляются в путь по оптическим волокнам, каждое из которых тоньше человеческого волоса, и пересекают бескрайний Атлантический океан. Глубоко под поверхностью кабель повторяет рельеф морского дна и проходит многие километры в полной темноте под колоссальным давлением. Но свет продолжает беззвучно и с неизменной точностью пересекать континенты. Пока вы читаете этот текст, такое путешествие совершается миллионы раз в секунду. Это скрытая основа глобальной связи — невидимая инфраструктура, которая воплощает цифровые мечты человечества, один неостановимый импульс за другим.

DoubleZero стремится переосмыслить эту невидимую основу связи и заложить фундамент более быстрой глобальной оптоволоконной сети. Она будет соответствовать требованиям нового поколения высокопроизводительных распределенных систем и блокчейн-экосистем с низкой задержкой, включая Solana. Это устраняет фундаментальное узкое место как интернета, так и высокопроизводительных блокчейн-систем — глобальную связь на базовом уровне.

«Протокол N1» от DoubleZero предлагает нейтральную инфраструктуру базового уровня для высокопроизводительного распределенного будущего. Протокол предусматривает общедоступную сеть, которую поддерживают независимые участники. Выделенные оптоволоконные и подводные кабели позволяют заново спроектировать базовые уровни модели OSI (уровни 1, 2 и 3).

В этой статье рассматриваются основные идеи из недавно опубликованного технического документа DoubleZero, включая рыночный потенциал, высокоуровневую архитектуру системы и экономическую модель. DoubleZero может значительно повысить производительность таких сетей, как Solana. При этом решение не зависит от конкретного блокчейна и способно принести существенные преимущества различным отраслям и сценариям использования. Далее мы подробно рассмотрим эту универсальность.

Рыночные возможности

«Темное волокно» — это проложенный, но не используемый оптоволоконный кабель. Его противоположность — «активное волокно», то есть буквально волокно, по которому проходит свет. Так называют используемый оптоволоконный кабель. Организации могут арендовать темное волокно и управлять им для создания частной сети, а также арендовать емкость в существующих активных волокнах.

Предложение

Уже проложен значительный объем резервного темного волокна, которое сейчас не используется.

• 65% оптоволокна в США остается темным (Федеральная комиссия по связи, 2007 г.)
• С 2015 по 2023 год доля объектов в США с доступом к оптоволокну выросла с 15% до 46% (Ежегодный отчет о развертывании оптоволокна, 2023 г.)
• 70% европейских домохозяйств подключены к оптоволокну (FTTH Council Europe, 2024 г.)

Поставщикам недостаточно загруженных или не подключенных оптоволоконных линий сложно монетизировать каждую из них отдельно. Продажа услуг по отдельным маршрутам требует значительных затрат на поиск покупателей и согласование договоров, а ценность каждой линии ограничена ее конкретным маршрутом. При покупке или аренде оптоволокна многие компании резервируют избыточную емкость, рассчитывая на худший сценарий, а не на обычную нагрузку. 

Спрос

Узкие места в потоках данных ограничивают производительность децентрализованных сетей. В высокопроизводительных блокчейнах ограничения пропускной способности и непредсказуемая задержка связи между валидаторами значительно важнее вычислительных ограничений. Недетерминированная маршрутизация в общедоступном интернете усугубляет эти проблемы. Стремление блокчейна одновременно быть общедоступным и производительным часто приводит к конфликту целей.

Валидаторам приходится справляться с непрерывным потоком входящих транзакций, полным дубликатов и перегруженным спамом. Даже самые производительные блокчейны с трудом обеспечивают удобство уровня Web2, которого ожидают пользователи, и качество торговли, доступное на профессиональных централизованных биржах.

Отрасль предложила несколько решений этих проблем, но у каждого есть свои ограничения:  ‍

Мемпулы: мемпулы служат централизованными зонами хранения транзакций и снижают нагрузку на отдельные валидаторы при приеме данных. Однако они создают дополнительную задержку и раскрывают намерения совершить транзакцию задолго до ее включения, что может привести к злоупотреблениям.  

Качество обслуживания (QoS): системы QoS, взвешенные по стейку, отдают приоритет транзакциям доверенных организаций со стейком. К сожалению, такие системы создают дополнительную задержку из-за промежуточного этапа, на котором транзакции проходят через ноду со стейком. Участники без достаточного доступа к стейку исключаются.

Решение DoubleZero

DoubleZero планирует создать децентрализованную сеть физической инфраструктуры (DePIN) из недостаточно используемых частных линий темного волокна и ресурсов крупных сетевых операторов, например финансовых и телекоммуникационных компаний. По сути, это ячеистый транспортный уровень, который фильтрует и обслуживает трафик по маршрутам с низкой задержкой и высокой пропускной способностью. Благодаря этому распределенные системы могут эффективно отправлять и получать информацию. Отдельные оптоволоконные линии участников объединяются в синхронизированную сеть, которая увеличивает пропускную способность, снижает задержку и устраняет джиттер при передаче данных. Выделенная полоса обеспечивает предсказуемые и быстрые соединения между сетевыми нодами. 

Чтобы понять разницу, представьте, что вам нужно добраться из точки А в точку Б: можно вызвать Uber или воспользоваться услугами личного водителя. Личный водитель всегда доступен и обеспечивает быстрое обслуживание без ожидания и неожиданностей. Uber может быть гибче, но время подачи зависит от доступности водителей, поэтому возможны задержки.

Однако DoubleZero — не просто транспортный уровень. Сеть также фильтрует и проверяет данные с помощью сетевых устройств, которые выполняют открытый код для проверки подписей и удаления дубликатов во входящих данных. Специализированное оборудование может фильтровать входящие транзакции на периферии, то есть удалять спам и дубликаты. Благодаря этому блокчейны могут использовать общие ресурсы фильтрации всей системы, а каждому валидатору не нужно отдельно выделять достаточные ресурсы. Валидаторы получают значительно меньший набор транзакций и должны повторно проверять подписи только у транзакций, включенных в итоговый блок. Исходящие сообщения можно явно маршрутизировать, отслеживать и приоритизировать для повышения эффективности.

В такой системе больше не нужно выделять каждому валидатору достаточно ресурсов для удовлетворения глобального спроса. Вместо этого спрос можно покрыть за счет совместного использования инфраструктуры, что требует меньше совокупных ресурсов. На конечных точках оптоволокна будет использоваться специализированная инфраструктура, поэтому маршрутизация трафика, глобальная задержка и другие низкоуровневые характеристики превзойдут показатели общедоступного интернета.

В центре внимания DoubleZero находится оптоволокно — наземное и подводное. Современные оптоволоконные линии способны передавать сотни терабит данных в секунду. Однако участники сети также могут предоставлять другие средства связи, например микроволновые или спутниковые технологии, и подключать их к сети как приложение «N2».

Архитектура

Архитектуру сети DoubleZero можно представить как два концентрических кольца.

Внешнее кольцо входящего и исходящего трафика

Взаимодействует с общедоступным интернетом. Сетевые устройства DoubleZero используют производительное оборудование для защиты от распределенных атак типа «отказ в обслуживании», проверки подписей и фильтрации дубликатов транзакций.

Внутреннее кольцо потоков данных

Серверы внутреннего кольца достигают консенсуса на основе отфильтрованного трафика, используя выделенные каналы с оптимальной маршрутизацией.

Физический уровень сети DoubleZero состоит из сетевых устройств в ключевых точках входящего и исходящего трафика и выделенной пропускной способности по всей сети.

Точки обмена DoubleZero (DZX)

DZX обеспечивают связь между несколькими дата-центрами в одной городской агломерации, подобно тому как общедоступные точки обмена интернет-трафиком соединяют разные сети. Участники сети предоставляют эти базовые линии, которые формируют основной транзитный уровень протокола. Точки обмена позволяют масштабировать взаимосвязь независимо от числа участников DoubleZero.

Оптоволоконные линии

Оптоволоконные линии обеспечивают соединения с низкой задержкой и высокой пропускной способностью между различными точками мира. Участник сети может владеть линиями напрямую или арендовать их у крупных поставщиков сетевых услуг. Участники предоставляют эти соединения и принимают соглашение об уровне обслуживания, определяющее качество каждого из них.

Сетевые устройства FPGA

Программируемые пользователем вентильные матрицы (FPGA) — это аппаратные устройства, которые после производства можно запрограммировать для выполнения конкретных вычислительных задач. Благодаря гибкости и высокой производительности FPGA часто применяются там, где необходима быстрая обработка данных: в сетях, обработке сигналов и блокчейн-системах.

DoubleZero использует доступные на рынке FPGA для фильтрации входящего трафика в ключевых периферийных точках входа в сеть. По сравнению с валидаторами устройства FPGA могут обрабатывать на несколько порядков больше трафика, поскольку выполняют конкретные задачи: удаляют спам и дубликаты из набора транзакций и проверяют подписи. Даже один пример развертывания способен выполнять дедупликацию, фильтрацию и проверку подписей для входящих данных со скоростью в несколько Гбит/с: до миллиона транзакций в секунду с нулевой задержкой.

Сценарий: DDoS-атаки

Совместное использование инфраструктуры DoubleZero создает более надежную и отказоустойчивую сетевую архитектуру, значительно усложняя атаку типа «отказ в обслуживании» (DoS). Для такой атаки на DoubleZero потребуется трафик объемом во много терабит в секунду, одновременно направленный на множество географически распределенных объектов. Это будет атака уже не на отдельный валидатор и даже не на один блокчейн, а на сотни дата-центров и интернет-провайдеров по всему миру. Успешная атака должна быть на несколько порядков сложнее и требовать значительно больше ресурсов. 

Экономическая модель

DoubleZero предлагает новую экономическую модель услуг фильтрации и маршрутизации в глобальных сетях, объединяя недостаточно используемые оптоволоконные ресурсы с децентрализованными системами. Она превращает отдельные ресурсы участников в интегрированную сеть и создает систему, ценность которой превышает сумму ее частей. Даже одна резервная оптоволоконная линия, малоценная сама по себе, становится важнейшим компонентом при объединении с другими линиями в распределенной архитектуре.

‍DoubleZero объединяет эти разнородные ресурсы, сочетая преимущества частных сетей — единые стандарты при ограниченном охвате — с преимуществами общедоступных сетей, у которых широкий охват, но фрагментированные стандарты.

Поставщики оптоволокна

DoubleZero позволяет частным компаниям монетизировать недостаточно используемые оптоволоконные линии, приобретенные или арендованные у операторов связи и сетевых операторов. Предоставляя эти линии DoubleZero, компании открывают новые источники дохода.

Спрос со стороны блокчейнов

Блокчейн-сети могут получить преимущества частных сетей, включая повышенную производительность и надежность, без зависимости от централизованных систем или долгосрочных договоров.

С DoubleZero пользователи могут без лишних сложностей выделять и использовать оптоволокно через смарт-контракты на блокчейне, которые гарантируют целостность и прозрачность каждого взаимодействия.

Сеть, определяемая смарт-контрактами

DoubleZero использует проверенные данные, хранящиеся в ончейн-смарт-контрактах. Общедоступный контроллер, развернутый в публичном блокчейне, стимулирует предоставление новых ресурсов и динамически управляет конфигурацией и маршрутизацией сети при резких скачках спроса, сбоях и других нарушениях.

Распределенная плоскость управления использует эти данные для достижения консенсуса по решениям о маршрутизации и приоритизации, обеспечивая прозрачное и общедоступное взаимодействие для участников и пользователей.

Участники подключаются к сети, заключая соглашение об уровне обслуживания, закодированное в смарт-контракте. В соглашении указываются ключевые параметры линии: расположение конечных точек, пропускная способность, задержка и соответствующий требованиям размер MTU. Например, участник, предоставляющий линию между Лос-Анджелесом и Сингапуром, может гарантировать пропускную способность 10 Гбит/с, задержку 85 мс и MTU 1600. Эти параметры и срок обязательств записываются в смарт-контракт и определяют эксплуатационные характеристики линии.

DoubleZero отслеживает и тестирует производительность линий, чтобы вознаграждения получали только линии, соответствующие требованиям. Линии, не отвечающие требованиям, могут лишиться вознаграждений и быть удалены из сети. Протокол опирается на согласованность интересов и взаимность между участниками. Они должны соблюдать соглашения об уровне обслуживания и сохранять стимул контролировать выполнение обязательств друг другом.

Валидаторы и другие пользователи могут подключаться к предопределенным сервисам и маршрутам — например, к трафику конкретного блокчейна уровня 1, распространению состояния или наборам валидаторов — либо создавать собственные контракты с конкретными требованиями к маршрутизации.

Распределенный контроллер использует данные смарт-контрактов для определения оптимальной конфигурации сети. Важная часть этого процесса — точный расчет цены, благодаря которому пользователи платят пропорционально нагрузке, создаваемой их запросами. Поставщики, в свою очередь, получают вознаграждение в соответствии с ценностью предоставленных ими ресурсов для сети.

DoubleZero предусматривает многоуровневую модель ценообразования. Пользователи смогут выбирать приоритетный или базовый доступ для конкретных маршрутов, оптимизируя эффективность сети. Высокая степень настройки услуг и контроля над ними позволяет DoubleZero возвращать ценность поставщикам. Это важное преимущество перед общедоступным интернетом, где весь трафик обрабатывается одинаково независимо от приоритета.

Сетевые эффекты

Сетевые эффекты DoubleZero напоминают эффекты в авиационной отрасли. Из-за ограниченного спроса отдельные авиамаршруты между двумя городами редко существуют изолированно. Обычно они входят в более крупную сеть перевозчика, соединяются через узловые аэропорты и взаимодействуют с другими маршрутами. Когда перевозчики вступают в альянсы, охват этих сетей становится глобальным, а ценность каждого маршрута возрастает.  

Предоставляя свои оптоволоконные линии DoubleZero, поставщики получают два основных преимущества:

1. Простая интеграция: добавление линий на платформу стандартизировано и не вызывает сложностей. Поставщикам достаточно установить и настроить несколько коммутаторов, поэтому накладные расходы остаются минимальными.
2. Повышение ценности линии: ценность предоставленной линии растет за счет сетевых эффектов и соединения с соседними линиями в соответствии с законом Меткалфа. Ранее изолированная линия может превратиться в тесно связанный ресурс внутри DoubleZero и стать гораздо ценнее, чем отдельный маршрут.

DoubleZero может эффективно использовать даже резервные, короткие или низкопроизводительные линии. Хотя сеть в целом рассчитана на высокую производительность и широкий охват, такие ресурсы повышают ее избыточность и емкость, а также улучшают общую взаимосвязанность.

Сценарии использования в блокчейне

Специализированные блокчейн-приложения DoubleZero включают поддержку RPC-нод, оптимизацию систем MEV и повышение производительности блокчейнов уровней 1 и 2.

Блокчейны L1

Блокчейны уровня 1 сталкиваются с тремя проблемами, которые DoubleZero может смягчить.

Фильтрация

DoubleZero фильтрует входящий трафик, помогая защищаться от распределенных атак типа «отказ в обслуживании», проверять подписи и удалять дубликаты транзакций. Отделение этих этапов от производства и выполнения блоков, а также консенсуса высвобождает значительные ресурсы для производства блоков.

Маршрутизация

Она выполняется по выделенным линиям с минимальной задержкой и джиттером. Благодаря этому блоки быстро создаются, распространяются и утверждаются. Ожидается, что DoubleZero будет поддерживать многоадресную рассылку для одновременной передачи данных от одного ко многим или от многих ко многим. Многоадресная рассылка позволяет выполнять сложное распространение переходов состояния, целых блоков или, в случае Solana, потоковую передачу шредов по дереву Turbine.

Отслеживаемость

Предполагается, что проходящие по сети пакеты можно будет отслеживать. Пользователи смогут проверять их включение во внутривалидаторную коммуникацию или исключение из нее. Это полезное следствие прозрачной маршрутизации трафика для систем, чувствительных к рискам цензуры.

RPC-ноды

RPC-ноды сталкиваются с тремя проблемами, которые DoubleZero может смягчить.

Всплески трафика

RPC особенно уязвимы для распределенных атак типа «отказ в обслуживании», поскольку получают поток транзакций через общедоступный интернет. Типичные примеры — аирдропы и популярные минты NFT.

Пересылка транзакций

Для RPC крайне важна гарантированная доставка транзакций, особенно ценных, конкурентных и чувствительных ко времени. Надежные соединения с низкой задержкой между RPC-нодой и лидером блока или мемпулом помогают RPC-нодам выполнять эти задачи.

Получение информации

RPC служат основными источниками данных для наблюдения за текущим состоянием, включая балансы кошельков и торговую ликвидность. Они должны получать, проверять и индексировать изменения как можно ближе к реальному времени. Надежные соединения с низкой задержкой от валидаторов до RPC-нод в DoubleZero позволяют RPC поддерживать актуальное представление о блокчейне.

MEV

Системы MEV чувствительны к задержке: даже небольшое улучшение задержки и доставки может создать огромную дополнительную ценность. Таким системам особенно полезно представление о состоянии сети, максимально близкое к реальному времени. Более свежие данные позволяют формировать прибыльные порядки транзакций и создавать более эффективные блоки. Системы MEV, которые быстро передают предложения валидаторам, могут использовать дополнительное время для поиска лучшего порядка. Системы MEV выигрывают как от более быстрого получения данных, то есть операций чтения, так и от ускоренной доставки блоков или пакетов текущему лидеру, то есть операций записи.

Блокчейны уровня 2

Цепочки уровня 2 могут использовать DoubleZero для фильтрации входящих транзакций перед секвенсором, публикации или получения информации с уровня 1 с низкой задержкой и быстрой проверки обновленного состояния всем набором валидаторов. DoubleZero также помогает уровням доступности данных не отставать от цепочки уровня 2.

Большинство цепочек уровня 2 стремятся поддерживать несколько секвенсоров, которые публикуют транзакции по очереди или параллельно, чтобы снизить риски централизации, цензуры и потери работоспособности. Такое изменение архитектуры требует тесной координации между секвенсорами, которую DoubleZero может ускорить.

Другие сценарии в блокчейне

DoubleZero предлагает преимущества и в других блокчейн-сценариях, включая синхронизацию состояния, индексаторы, нескольких лидеров и сетевые расширения.

Подключение новых валидаторов

Чтобы синхронизироваться с текущим состоянием, новые ноды валидаторов должны получать транзакции значительно быстрее текущей скорости блокчейна. Высокоскоростные соединения DoubleZero помогают преодолеть эти ограничения и упрощают подключение новых валидаторов к сети. Тот же принцип применим к валидаторам, которые отстали от вершины цепочки и должны ее догнать.

Индексаторы

Как и RPC, индексаторы должны быстро получать обновленное состояние, чтобы конечные пользователи могли оперативно принимать обоснованные решения. Распространение состояния через DoubleZero сокращает задержки при индексировании свежих данных и поддерживает распределенные экземпляры индексаторов в актуальном состоянии.

Несколько лидеров

Многие блокчейны уровня 1 стремятся к тому, чтобы несколько лидеров одновременно создавали блоки в разных частях мира. Без тесной координации между лидерами это может быстро привести к появлению дублирующихся или устаревших транзакций и напрасному расходованию вычислительных ресурсов. Как и нескольким секвенсорам в цепочках уровня 2, нескольким лидерам в цепочках уровня 1 нужна быстрая глобальная синхронизация состояния. DoubleZero может обеспечить ее лучше, чем общедоступный интернет.

Сетевые расширения

Практически в каждой сети есть вычислительные операции, которые можно выполнять только на части валидаторов, поскольку для них требуется специализированное оборудование или программное обеспечение. Повышенная пропускная способность и соединения с низкой задержкой DoubleZero могут быть полезны таким проектам, включая системы доказательств ZK, рабочие нагрузки GPU и платформы асинхронного выполнения.

Сценарии вне блокчейна

DoubleZero не ограничивается блокчейн-приложениями. Решение полезно в любых средах, где распределенным системам нужно быстро, точно и в больших объемах обмениваться данными. Среди примеров — сети доставки контента, игровые приложения, большие языковые модели и корпоративные сценарии.

Сети доставки контента (CDN)

Новая CDN на базе сети DoubleZero может сосредоточиться на своей ключевой компетенции — предоставлении контента на основе прогнозирования спроса, оставив фильтрацию и маршрутизацию протоколу.

Одно из главных преимуществ протокола DoubleZero — гибкость. Пользователям не нужно заключать договоры на масштабную и долгосрочную аренду: они могут настраивать использование для конкретных маршрутов и интервалов времени. Поэтому CDN с недостаточным охватом отдельных регионов или нехваткой пропускной способности на основных направлениях могут соответствующим образом использовать DoubleZero.

Онлайн-игры

Задержка критична для онлайн-игр: даже небольшие лаги портят пользовательский опыт. Разработчики игр используют две модели: одноранговую и с центральными серверами. DoubleZero с выделенными линиями и гибкой моделью использования может улучшить обе модели, стабилизируя соединения и делая игровой процесс приятнее.

Большие языковые модели (LLM)

Разместить большое количество мощных GPU на одном объекте сложно. Крупные технологические компании разработали системы для координации асинхронных и распределенных ресурсов, позволяющие обучать единые модели. Высокоскоростные соединения DoubleZero упрощают обучение моделей на разных объектах и доступных GPU.

Корпоративные сценарии

DoubleZero может стать альтернативой стандартным предложениям облачных провайдеров. Пользователи смогут приобретать и использовать пропускную способность без разрешений, обязательной аренды и договоров. Среди других преимуществ — снижение затрат, уменьшение перегрузки входящего и исходящего трафика дата-центров и отсутствие привязки к одной экосистеме.

Заключение

DoubleZero — один из самых амбициозных проектов в современной блокчейн-индустрии. Его цель — создать новый частный интернет для современных распределенных систем, включая Solana, и переосмыслить инфраструктуру, на которой работают децентрализованные технологии.

DoubleZero возглавляют бывший руководитель стратегического направления Solana Foundation Austin Federa, CTO Andrew McConnell и эксперт по сетям передачи данных Mateo Ward. Проект запускается при поддержке двух основных команд-участников — Firedancer и Malbec Labs.

Тестовая сеть уже работает в семи городах по всему миру, а основная сеть охватит еще десять городских агломераций. Сейчас к сети DoubleZero в тестовом режиме подключены четыре валидатора Solana: два Agave и два Frankendancer. Они нанимают сотрудников.

Благодарим 0xIchigo, Brady Werkheiser, Andrew McConnell и Austin Federa за рецензирование предыдущих версий этой работы.