Somnia Layer-1 区块链深度解析:百万级 TPS 与亚秒级最终性
Somnia 是一个为极致性能而构建的 EVM 兼容 Layer-1 区块链,能够实现超过 1,000,000 的每秒交易数 (TPS) 和亚秒级最终性。为实现这一目标,Somnia 通过四项关键技术创新重构了核心区块链设计:
- MultiStream 共识: Somnia 的共识是一种新颖的权益证明 BFT 协议,其中每个验证者都维护自己的交易“数据链”,并独立生产区块。一条独立的共识链会定期确认每个验证者数据链的最新区块,并将它们排序成一个全局区块链。这实现了并行交易处理:多个验证者可以同时在各自的数据流上传播交易,这些交易稍后会合并成一个单一的有序日志。共识链(受 Autobahn BFT 研究启发)通过防止任何验证者在全局区块最终确定后分叉或更改自己的数据流来确保安全性。图 1 展示了这种架构,其中特定于验证者的链汇入一个全局共识区块。
- 加速顺序执行: Somnia 没有依赖多线程执行,而是选择让单 个核心变得极其快速。Somnia 客户端将 EVM 智能合约编译为原生 x86 机器码(即时或预先编译)。频繁使用的合约被翻译成优化的机器指令,消除了典型的解释开销,实现了接近原生 C++ 的执行速度。在基准测试中,这使得 ERC-20 转账的执行时间达到数百纳秒,支持在单个核心上实现数百万 TX/秒。调用频率较低的合约仍然可以在标准 EVM 解释器中运行,以平衡编译成本。此外,Somnia 利用现代 CPU 的乱序执行和流水线技术(“硬件级并行”)来加速单个交易。通过编译为原生代码,CPU 可以在芯片级别并行执行指令(例如,重叠内存读取和计算),进一步加速了代币转账等顺序逻辑。这种设计选择认识到,软件并行在高度相关的工作负载高峰下常常失效(例如,一个热门的 NFT 铸造活动,所有交易都指向同一个合约)。Somnia 的单线程优化确保即使在**“热门”合约场景下也能实现高吞吐量**,而简单的并行执行在这种情况下会停滞。
- IceDB (确定性存储引擎): Somnia 包含一个名为 IceDB 的自定义区块链数据库,以最大化状态访问性能和可预测性。与典型的 LevelDB/RocksDB 后端不同,IceDB 提供确定性的读/写成本:每个操作都会返回一份“性能报告”,精确说明访问了多少 RAM 缓存行和磁盘页面。这使得 Somnia 能够以一种一致、共识确定的方式根据实际资源使用情况收取 gas 费。例如,从内存中服务的读取操作可以比从磁盘读取的冷读取消耗更少的 gas,而不会产生不确定性。IceDB 还使用了一个改进的缓存层,针对读写操作都进行了优化,实现了极低的延迟(平均每次操作 15-100 纳秒)。此外,IceDB 具有内 置的状态快照功能:它利用日志结构化存储的内部结构来高效地维护和更新全局状态哈希,而不是在应用层构建一个单独的 Merkle 树。这减少了计算状态根和证明的开销。总的来说,IceDB 的设计确保了可预测、高速的状态访问和 gas 计量的公平性,这在 Somnia 的规模下至关重要。
- 先进的压缩与网络技术: 实现数百万 TPS 意味着节点必须交换大量的交易数据(例如,100 万 ERC-20 转账/秒约等于 1.5 Gbps 的原始数据)。Somnia 通过压缩和网络优化来解决这个问题:
- 流式压缩: 由于每个验证者都发布一个连续的数据流,Somnia 可以在区块之间使用有状态的流式压缩。常见模式(如重复的地址、合约调用、参数)通过引用流中先前出现的内容进行压缩,实现了比独立区块压缩好得多的压缩比。这利用了区块链活动的幂律分布——一小部分地址或调用占了大部分交易,因此用短符号编码它们可以实现巨大的压缩(例如,一个在 10% 交易中使用的地址可以用约 3 位而不是 20 字节来编码)。传统链很难使用流式压缩,因为区块生产者会轮换;Somnia 的固定验证者流解锁了这一能力。
- BLS 签名聚合: 为了消除交易中最大的不可压缩部分(签名和哈希),Somnia 对交易使用 BLS 签名,并支持将多个签名聚合成一个。这意味着一个包含数百个交易的区块可以只携带一个组合签名,与每个交易都有 64 字节的 ECDSA 签名相比,极大地减小了数据大小(和验证成本)。交易哈希同样不被传输(对等节点根据需要重新计算)。压缩和 BLS 聚合共同降低了带宽需求,足以维持 Somnia 的高吞吐量而不会“扼杀”网络。
- 带宽对称性: 在 Somnia 的多领导者设计中,每个验证者在每个区块中持续分享其负责的新数据部分,而不是由一个领导者将整个区块广播给其他人。因此,网络负载是对称分布的——N 个验证者中的每一个大约将总数据的 1/N 上传给 N-1 个对等节点(并下载其他部分),而不是由单个领导者上传 N-1 份副本。没有节点的出站带宽需要高于整个链的吞吐量,避免了单个领导者必须拥有巨大上传管道的瓶颈。这种均匀的利用率使得 Somnia 可以在不集中于少数超级节点的情况下接近节点的物理带宽极限。简而言之,Somnia 的网络堆栈设计使得所有验证者共同分担传播交易的工作,从而在去中心化网络中实现接近千兆级别的吞吐量。
共识与安全: 共识链使用一种改进的 PBFT(实用拜占庭容错)权益证明协议,并采用部分同步假设。Somnia 启动时在全球分布了 60-100 个验证者(主网启动时约 60 个,目标是 100 个)。验证者需要运行强大的硬件(性能规格大致介于 Solana 和 Aptos 节点之间)来处理负载。这个验证者数量在性能和充分的去中心化之间取得了平衡——团队的理念是“充分去中心化”(足以确保安全性和抗审查性,但又不过于极端以至于削弱性能)。值得注意的是,Google Cloud 在启动时与其他专业节点运营商一起作为验证者参与。
Somnia 实施了标准的 PoS 安全措施,如质押存款和对恶意行为的罚没 (slashing)。为了在其新颖的执行引擎中增强安全性,Somnia 使用了一个独特的 “Cuthbert” 系统——一个在每个节点上与主客户端并行运行的备用参考实现(未优化)。每个交易都在两个引擎上执行;如果在 优化客户端的结果中检测到分歧或错误,验证者将停止并拒绝最终确定,从而防止共识错误。这种双重执行充当了实时审计,确保激进的性能优化永远不会产生错误的状态转换。随着时间的推移,当对主客户端的信心增强时,Cuthbert 可以被逐步淘汰,但在早期阶段,它增加了一层额外的安全保障。
总而言之,Somnia 的架构是为实时、大规模用户应用量身定制的。通过将交易传播与最终确定解耦(MultiStream)、极大地提升单核执行性能(EVM 编译和 CPU 级并行)、优化数据层(IceDB)以及最小化每笔交易的带宽(压缩 + 聚合),Somnia 实现了比传统 L1 高出几个数量级的性能。Improbable 的 CEO Herman Narula 声称它是“最先进的 Layer-1……能够处理比以太坊或 Solana 高出数千倍的吞吐量”——专为下一代游戏、社交网络和沉浸式元宇宙体验所需的速度、规模和响应能力而构建。
代币经济学 – 供应、效用与经济设计
供应与分配: Somnia 的原生代币 SOMI 的固定最大供应量为 1,000,000,000 枚(10 亿)。没有持续的通货膨胀——供应量是上限,代币已预先分配给有不同解锁计划的各方利益相关者。分配明细如下:
| 分配类别 | 百分比 | 代币数量 | 释放计划 |
|---|---|---|---|
| 团队 | 11.0% | 110,000,000 | 上线时 0%;12 个月锁仓期后 ,分 48 个月线性释放。 |
| 启动合作伙伴 | 15.0% | 150,000,000 | 上线时 0%;12 个月锁仓期后,分 48 个月线性释放(包括 Improbable 等早期生态贡献者)。 |
| 投资者 (种子轮) | 15.15% | 151,500,000 | 上线时 0%;12 个月锁仓期后,分 36 个月线性释放。 |
| 顾问 | 3.58% | 35,800,000 | 上线时 0%;12 个月锁仓期后,分 36 个月线性释放。 |
| 生态系统基金 | 27.345% | 273,450,000 | 上线时解锁 5.075%,剩余部分分 48 个月线性释放。用于资助生态系统发展和 Somnia 基金会。 |
| 社区与奖励 | 27.925% | 279,250,000 | 上线时解锁 10.945%,并在上线后 1 个月和 2 个月额外释放,然后分 36 个月线性释放。用于社区激励、空投、流动性和验证者质押奖励。 |
| 总计 | 100% | 1,000,000,000 | TGE (代币生成事件) 时约 16% 流通,剩余部分在 3-4 年内释放。 |
在主网上线时(2025 年第三季度 TGE),约 16% 的供应量进入流通(主要来自社区和生态系统分配的初始解锁部分)。大部分代币(团队、合作伙伴、投资者)在第一年被锁定,然后逐步释放,以协调长期发展的激励。这种结构化的解锁计划有助于防止立即的大规模抛售,并确保基金会和核心贡献者有持续的资源来发展网络。
代币效用: SOMI 是 Somnia 生态系统的核心,并遵循委托权益证明 (DPoS) 模型。其主要用途包括:
- 质押与安全: 验证者必须质押 5,000,000 SOMI 才能运行节点并参与共识。这笔巨大的质押(每个验证者约占总供应量的 0.5%)提供了经济安全;恶意行为者将面临失去其保证金的风险。Somnia 最初目标是 100 个验证者,这意味着最多可能有 5 亿 SOMI 被用于节点运营质押(其中一部分可能来自委托,见下文)。此外,委托人(任何代币持有者)可以通过向验证者委托来质押 SOMI,帮助他们达到 500 万的要求。委托人作为回报可以获得一部分奖励。这为非验证者提供了质押收益的机会,并有助于在众多代币持有者之间分散质押。只有质押的代币(无论是验证者自己质押还是通过委托)才有资格获得网络奖励——仅仅持有代币而不质押是无法获得奖励的。
- Gas 费: 所有链上交易和智能合约执行都需要 SOMI 来支付 gas 费。这意味着每一次交互(转账、铸造、DApp 使用)都会产生对代币的需求。Somnia 的 gas 模型基于以太坊(相同的单位定义),但进行了调整且基础成本低得多。如下文所述,Somnia 的费用低于一美分,甚至为高交易量的 DApp 提供动态折扣,但费用仍然以 SOMI 支付。因此,如果网络使用量巨大(例如,一个热门游戏或社交应用),用户和开发者将需要 SOMI 来驱动他们的交易,从而推动其效用。
- 验证者/委托人奖励: Somnia 上的区块奖励来自交易费和社区金库,而非通货膨胀。具体来说,所有 gas 费的 50% 分配给验证者(及其委托人)作为奖励。另外 50% 的费用被销毁(从流通中移除),作为一种通缩机制。这种费用分配(一半给验证者,一半销毁)类似于以太坊的 EIP-1559 模型,但在 Somnia 当前的设计中是固定的 50/50 分配。实际上,验证者的收入将来源 于网络的费用总量——随着使用量的增长,费用奖励也会增长。为了在费用尚不显著时引导安全性,Somnia 还为验证者提供了金库激励。社区分配部分包括专门用于质押奖励和流动性的代币;基金会可以根据需要分发这些代币(可能在早期作为质押收益的补充)。重要的是,只有质押的代币才能获得奖励——这鼓励了积极参与并锁定了供应。委托人根据其质押比例分享其所选验证者的费用奖励,减去验证者的佣金(每个验证者设定一个“委托费率”,例如,如果设置为 80%,那么该验证者 80% 的奖励将与委托人分享)。Somnia 提供两种委托选项:委托给特定验证者的池子(有 28 天的解绑期,或立即紧急解押但需支付 50% 的高额罚没惩罚),或委托给一个通用池子,该池子会自动将质押分配给所有未满额的验证者(没有锁定期,但收益率可能是混合的较低水平)。这种灵活的 DPoS 设计激励代币持有者为获得奖励而保障网络安全,同时为那些希望保持流动性的人提供了一个简单的退出方式(通用池子)。
- 治理: 随着 Somnia 的成熟,SOMI 将用于网络决策的治理。代币持有者最终将对影响协议升级、金库资金使用、经济参数等的提案进行投票。该项目设想了一个多方面的治理结构(见下文“代币治理”),其中 SOMI 持有者(“代币议院”)主要控制基金会和社区资金的分配,而验证者、开发者和用户则有各自的理事会负责技术和政策决策。在主网早期,治理主要由 Somnia 基金会处理(为了敏捷性和安全性),但在 1-2 年内将逐步去中心化到代币社区和理事会。因此,持有 SOMI 将赋予对生态系统方向的影响力,使其除了 作为效用代币外,还是一个治理代币。
通缩机制: 由于供应是固定的,Somnia 依赖费用销毁来引入通缩压力。如前所述,每笔 gas 费的 50% 被永久销毁。这意味着如果网络使用量高,SOMI 的流通供应量将随着时间减少,可能增加代币的稀缺性。例如,如果一个月内产生了价值 100 万 SOMI 的费用,那么 50 万 SOMI 将被销毁。这种销毁机制可以抵消代币解锁或抛售,并将长期代币价值与网络使用情况联系起来(活动越多 -> 销毁越多)。此外,Somnia 在启动时目前不支持用户指定的小费(优先费)——鉴于高吞吐量,基础费用模型已经足够高效,尽管如果出现拥堵,他们可能会在以后引入小费。由于费用极低,每笔交易的销毁量很小,但在大规模(数十亿笔交易)下,它会累积起来。因此,Somnia 的经济模型结合了零通胀、计划性解锁和费用销毁,旨在实现长期可持续性。如果网络达到主流使用量,SOMI 可能会变得通缩,随着供应减少,质押者和持有者将受益。
Gas 模型亮点: Somnia 的 gas 定价通常比以太坊便宜得多,但为实现公平性和可扩展性,也加入了一些新颖的设计。大多数操作码的成本都向下调整了(因为 Somnia 的吞吐量和效率更高),但单位存储成本被重新校准向上调整(以避免在低 gas 费的情况下被滥用)。计划于 2025 年推出的两个特别值得注意的功能是:
- 动态批量折扣: Somnia 为维持高 TPS 使用率的账户或应用程序引入了分级 gas 价格折扣。实际上,一个应用或用户每小时执行的交易越多,他们支付的有效 gas 价格就越低(在约 400 TPS 时最高可享受 90% 的折扣)。这种基于交易量 的定价旨在通过大规模降低成本来激励大型 DApp 在 Somnia 上运行。它的实现方式是,一旦每个账户的 TPS 超过某些阈值(0.1、1、10、100、400 TPS 等),gas 价格就会逐步降低。这种模型(预计在主网上线后推出)奖励那些带来高负载的项目,确保 Somnia 即使在为每秒数百笔交易的实时游戏或社交信息流提供动力时,也能保持可负担性。这是一个不寻常的机制(大多数链都有一个统一的费用市场),表明 Somnia 优先考虑大规模吞吐量的用例。
- 临时存储: Somnia 计划提供有时间限制的存储选项,开发者可以选择仅将数据临时存储在链上(几小时或几天),其 gas 成本远低于永久存储。例如,一个只需要在链上存在一小时的变量(如游戏大厅状态或玩家的临时位置),其存储 gas 成本可能比正常的永久写入低约 90%。一个 32 字节的
SSTORE操作的 gas 计划可能是,保留 1 小时为 2 万 gas,而无限期保留为 20 万 gas。这种**“临时状态”**的概念明确针对游戏和娱乐应用,这些应用会产生大量临时数据(排行榜、游戏状态),而这些数据不需要永远存在于链上。通过提供基于过期时间的折扣存储,Somnia 可以更高效地支持这类实时应用。其实现可能涉及在选定时间后自动丢弃状态(或将其移动到单独的存储区),具体细节有待公布。这一功能与 Somnia 的压缩技术相结合,旨在支持在链上管理大量状态更新的游戏,而不会使链膨胀或产生巨大成本。
总的来说,Somnia 的代币经济学与其以 Web2 规模驱动 Web3 的目标相一致。一个庞大的初始代币池为开发和生态系统增长提供了资金(有信誉良好的支持者和长期锁定表明了承诺),而持续的经济设计则使用市场驱动的奖励(通过费用)和通缩来维持价值。SOMI 持有者被激励去质押和参与,因为所有网络利益(费用收入、治理权力)都归于活跃的质押者。凭借固定的供应量和与使用量成比例的销毁,SOMI 的价值与网络的成功紧密相连:随着更多用户和应用的加入,对代币的需求(用于 gas 和质押)上升,而供应量因销毁而减少,形成了一个支持代币长期可持续性的反馈循环。
生态系统与合作伙伴
尽管 Somnia 的主网直到 2025 年底才启动,但得益于广泛的测试网阶段和行业巨头的支持,它一登场就拥有一个强大的项目生态系统和战略合作伙伴。
生态系统 dApp 和协议: 到主网上线时,已有超过 70 个项目和 dApp 在 Somnia 上构建或与之集成。初始生态系统严重偏向游戏和社交应用,反映了 Somnia 沉浸式、实时应用的目标市场。值得注意的项目包括:
- Sparkball: Somnia 上的旗舰 Web3 游戏,Sparkball 是一款由 Opti Games 开发的快节奏 4v4 体育 MOBA/格斗游戏。它作为首发游戏加入 Somnia,引入了链上游戏玩法和基于 NFT 的团队资产。Sparkball 展示了 Somnia 处理快速匹配和游戏内交易(例如,铸造/交易球员或物品)的能力,延迟可忽略不计。
- Variance: 一款动漫主题的 roguelite RPG,拥有丰富的故事和无付费获胜机制。Variance 的开发者(来自 Pokémon GO 和 Axie Infinity 的资深人士)选择 Somnia 是因为其