Aptos網路的8大創新力量

Aptos作爲一個低延遲、高吞吐量的區塊鏈網路,爲開發者構建Web3應用帶來了革命性的變化。本文將深入探討推動Aptos網路發展的8大創新要素。

1. Move語言優化應用開發

Aptos採用的Move語言爲開發者提供了更好的開發環境,顯著提高了開發效率。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區塊鏈與Move語言深度集成,共享多項核心設計理念,使Aptos成爲高效愉快的Move開發平台。Move最初是爲Aptos的前身而設計,這種淵源確保了現有Move開發者可以無縫遷移到Aptos上進行開發,新手也能從已有的文檔和示例中受益。

Aptos通過在語言和框架層面添加多項功能,極大地改進了Move生態系統。這些功能包括完善的安全架構、細粒度的可配置燃氣計量、代碼可升級性、大規模表、資源帳戶等。此外,Move驗證器作爲Move智能合約的形式化驗證工具,爲合約不變量提供了額外保障,並在Aptos中得到了積極擴展。

許多Move語言的早期研究人員和開發者仍活躍在Aptos生態系統中,不斷增強Move語言和社區。經過四年的實踐檢驗,Move語言已經證明是一種成熟可靠的生產級開發語言。

2. Block-STM帶來編程自由

Block-STM是一種創新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理構建。這種新穎的交易並行化方法可以在不影響開發體驗的前提下,顯著加快交易處理速度。

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讓開發者能夠自由編碼,爲實際應用場景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支持比其他需要將操作拆分爲多個交易的並行執行環境更強的原子性,通過降低延遲和提高成本效率來增強用戶體驗。

3. 鏈上治理與去中心化

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。這一點在Aptos激勵測試網3和主網上得到了充分驗證。

在主網上,通過降低"投票權增加限制"提高了網路的可靠性。該提案設置了更激進的閾值以加快網路啓動,獲得了超過52%代幣持有者的支持,有效保護了網路安全。

自誕生以來,Aptos社區就能夠創建並投票決定影響Aptos區塊鏈行爲的提案。這些治理提案包括:調整epoch持續時間,修改驗證者最低和最高權益要求,更改系統參數,升級核心區塊鏈代碼,以及更新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機制,能夠提供低延遲和高吞吐量,充分利用底層網路性能。在Hotstuff基礎上進行改進,AptosBFTv4將提交延遲從3步減少到2步,在不犧牲通信效率的情況下減少了33%的延遲。

AptosBFTv4的實現充分考慮了安全嚴格性和可升級性。該實現清晰地分離了不變量以便隔離和有效審計,強制執行不分叉原則。相同的軟體棧已經過4次升級,並在實際網路中進行了測試,證明了其開發過程的周密性和穩健性。在第四次迭代中,AptosBFTv4成爲了最快的生產就緒拜佔庭容錯共識協議。

即使個別節點發生故障,Aptos也能確保整個網路的持續運行。這得益於鏈上聲譽系統的維護,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機制

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。密鑰輪換是良好的安全習慣,對防範可能危及多方帳戶的遠程攻擊至關重要。在其他區塊鏈上,只能通過將所有資產遷移到新帳戶來實現輪換。Aptos採用帳戶與密鑰解耦的方法,使其能夠無縫添加新的數字籤名算法以支持不同類型的公鑰和私鑰。混合托管模型支持高級恢復解決方案和帳戶管理,有助於彌合Web2和Web3之間的差距。

錢包可以使用交易預執行功能,在用戶籤名前向其解釋交易結果。這種在籤名前評估交易的方法可以減輕網絡釣魚等安全風險,這類風險在Web3領域日益普遍。爲進一步優化用戶體驗,Aptos區塊鏈限制了每筆交易的有效性,並通過序列號、到期時間和鏈ID三重保護機制來防止籤名者受到無限期有效交易的影響。

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和實用支持,從而提供更安全可靠的用戶體驗。Aptos網路歡迎任何人連接全節點以直接訪問經過身分驗證的數據,這體現了Web3的"不信任,要驗證"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。參與者可以處理自創世以來的所有交易,也可以完全跳過區塊鏈歷史,僅同步最新的狀態。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,如使用BFT時間戳獲取經過驗證的帳戶餘額。

6. 面向未來的模塊化架構

Aptos具有可升級性的基因,從設計之初就以模塊化和靈活性爲目標。這使得Aptos架構能夠支持頻繁升級,意味着區塊鏈可以快速採用最新的技術進步,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、測試網和衆多內部壓力測試中得到了充分展示。Aptos區塊鏈包含了嵌入式的鏈上變更管理協議,可快速部署新的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,引入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未被計入,相關驗證者也沒有獲得獎勵。

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。在這種情況下,節點運營者傾向於將節點遷移到更靠近主集羣的位置,以改善延遲並增加質押獎勵,但這會損害去中心化和地理分布,因爲它鼓勵了節點集中化。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。

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,即使驗證者不在物理上位於最大的節點集羣中,他們也不會因此獲得明顯更少的獎勵。該獎勵模式仍然考慮投票行爲,因爲良好的投票績效會影響提議者選舉概率。

8. 高性能稀疏默克爾樹

Aptos採用水母默克爾樹(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利用、I/O效率和存儲佔用之間達到了實用的最佳平衡點,確保了令人滿意的性能,同時控制了磁盤上狀態數據的膨脹。

除了JMT作爲Aptos狀態的持久化格式外,還有另一種內存中、無鎖的稀疏默克爾樹實現。這種實現專爲緩存和並行化而設計,與Block-STM結合使用,以促進高性能的全局狀態更新。