Aptos網路發展的8大創新動力

Aptos作爲一個延遲極低、吞吐量極高的區塊鏈網路,爲開發者構建web3應用帶來了重大變革。本文將介紹推動Aptos網路蓬勃發展的8項核心創新。

1. Move語言:更適合構建應用

Aptos採用Move語言,爲開發者提供了更優的開發環境,大幅提升了開發效率。Move是一種富有表現力且易於使用的編程語言,專爲安全的資產管理而設計。

Aptos與Move共享許多核心設計理念,使其成爲高效愉快的Move開發平台。Move最初就是爲Aptos的前身設計的,這種淵源確保了現有Move開發者可以無縫在Aptos上構建應用,新手也能從已有的文檔和示例中獲益。

Aptos在語言和框架層面添加了多項功能,極大改進了Move生態系統。這些改進包括完善的安全架構、可配置的gas計量、代碼可升級性、資源帳戶等。此外,Move驗證器爲智能合約提供了額外的不變量保障,並在Aptos上得到積極擴展。

許多Move語言的早期研究者和開發者仍活躍在Aptos生態中,不斷增強Move語言和社區。經過四年的測試和驗證,Move已經成爲一種可用於生產環境的成熟開發語言。

2. Block-STM:帶來更多編程自由

Block-STM是一種新型的智能合約並行執行引擎,基於Aptos的交易內存和樂觀並發控制原則構建。這種創新的交易並行化方法可以在不影響開發體驗的情況下加快交易處理速度。

與需要讀寫數據來破壞交易原子性的並行執行引擎不同,Block-STM讓開發者能夠不受限制地編碼,爲實際應用實現更高吞吐量和更低延遲。開發者可以利用Block-STM輕鬆構建高度並行化的應用程序。

Block-STM支持比其他並行執行環境更豐富的原子性,通常無需將操作拆分爲多個交易。這有助於降低延遲,提高成本效率,從而增強用戶體驗。

3. 鏈上治理和去中心化

爲支持真正去中心化和無需許可的Layer 1網路,Aptos內置了鏈上治理機制,可實現網路和虛擬機配置的無縫更新。Aptos的激勵測試網和主網都驗證了這一點。

在主網上,通過降低"投票權增加限制"提高了網路可靠性。設置了更激進的閾值以允許快速引導網路,超過52%的代幣持有者投票支持該提案,以幫助保護網路安全。

自誕生以來,Aptos社區就能創建和投票決定影響區塊鏈行爲的提案。這些提案包括:修改epoch持續時間,調整驗證者權益的最小和最大值,修改系統參數,升級核心區塊鏈代碼,以及升級Aptos框架模塊(一組核心Move開發庫)以修復bug或增強功能。

4. AptosBFTv4:高效共識

AptosBFTv4是首個具有嚴格正確性證明的生產級區塊鏈BFT協議。該協議採用樂觀響應設計,可提供低延遲和高吞吐量,充分利用底層網路性能。在Hotstuff基礎上改進,AptosBFTv4將提交延遲從3步減少到2步,在不犧牲通信補償的情況下減少了33%的延遲。

該協議在實施時考慮到了安全嚴格性和可升級性,清晰分離了不變量以便隔離和有效審計,強制執行不分叉原則。相同的軟件堆棧已經過4次升級,並在實時網路上進行了測試,證明了其開發過程的周密性和穩健性。在第四次迭代中,AptosBFTv4成爲最快的、可用於生產的拜佔庭容錯共識協議。

即使個別節點宕機,Aptos也能確保整個網路的正常運行。這得益於鏈上信譽系統的維護,該系統將過去的可用性和性能作爲未來的參考指標,自動將反應遲緩和表現不佳的驗證者的負面影響降至最低。

5. 增強用戶信心的安全措施

Aptos帳戶支持靈活的密鑰管理,包括密鑰輪換、加密敏捷性和混合托管模型等功能。密鑰輪換是良好的使用習慣,對防範遠程攻擊至關重要。在其他區塊鏈上,只能通過將所有資產遷移到新帳戶來進行輪換。Aptos採用帳戶與密鑰解耦的方法,可以無縫添加新的數字籤名算法以支持不同類型的公私鑰。混合托管模型支持高級恢復方案和帳戶管理,有助於縮小Web2和Web3之間的差距。

錢包可以使用交易預執行功能,在用戶籤名前解釋交易結果。這種提前評估交易的方式可以降低網絡釣魚等安全風險。爲進一步優化用戶體驗,Aptos區塊鏈限制了每筆交易的可行性,並通過序列號、到期時間和鏈ID三重保護來防止籤名者受到無限期影響。

Aptos的共識協議和經過身分驗證的存儲實現了對輕客戶端協議的無縫支持,從而帶來更安全可靠的用戶體驗。任何人都可以連接Aptos全節點直接訪問經過驗證的數據,體現了Web3的"無需信任,直接驗證"理念。爲此,Aptos建立了一個高效的多播樹結構,爲參與者提供高吞吐量、低延遲的網路來傳播區塊鏈狀態。參與者可以處理從創世塊開始的所有交易,也可以跳過歷史直接同步最新狀態。輕客戶端可以同步部分區塊鏈狀態,例如特定帳戶或數據值,並啓用經過驗證的狀態讀取。

6. 面向未來的模塊化架構

Aptos具有可升級性的歷史淵源,從一開始就以模塊化和靈活性爲設計原則。這使得Aptos架構能夠支持頻繁升級,快速採用最新技術進步,並爲新興用例提供技術支持。

Aptos的模塊化架構設計帶來了客戶端靈活性,並針對零停機的頻繁升級進行了優化。這些特性在之前的主網迭代、測試網和多次內部壓力測試中得到了充分驗證。Aptos區塊鏈還包含嵌入式的鏈上變更管理協議,可快速部署新技術創新並支持新的Web3應用場景。

7. 基於提案的獎勵機制

在Aptos激勵測試網3中,採用了基於投票的獎勵系統。在這種模式下,一旦三分之二的選票到達提議者節點,BFT共識就達成了。這意味着三分之一的後期投票沒有被包括在內,相關驗證者也就沒有獲得獎勵。

這可能導致延遲競爭,靠近主節點集羣的驗證者往往會獲得更多獎勵。節點運營者傾向於將節點移至靠近主集羣的位置以改善延遲,從而增加質押獎勵。但這會損害去中心化和地理分布,因爲它鼓勵了節點集中部署。

爲促進更大程度的去中心化,Aptos現已實施基於提案績效的獎勵作爲質押獎勵系統。這種基於提案的系統比投票具有更高的超時時間,對跨區域延遲不太敏感。這提高了偏遠地區節點的獎勵率,抑制了地理分布的影響。例如,即使驗證者不在最大節點集羣的物理位置,也不會獲得顯著較少的獎勵。該獎勵模式仍然考慮投票行爲,因爲良好的投票表現會影響提議者的選舉概率。

8. 高性能Sparse Merkle Tree

Aptos使用Jellyfish Merkle Tree (JMT)設計,利用單調遞增的基於版本的密鑰模式來優化基於LSM樹的底層存儲引擎(如RocksDB)的寫入性能。JMT在CPU、I/O和存儲佔用之間達到了實用的最佳平衡,確保了令人滿意的性能,同時保持可控的磁盤數據大小。

除了JMT作爲Aptos狀態的持久化格式外,還有一種內存中、無鎖的稀疏Merkle樹實現。這種實現專門爲緩存和並行化而設計,與Block-STM配合使用,以實現高性能的全局狀態更新。