Aptos網路的8項核心創新

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。本文將介紹推動Aptos網路發展的8項關鍵創新。

1. Move語言:更適合構建應用

Aptos採用Move語言,爲開發者提供了更好的開發環境,提高了開發效率。Move是一種表達能力強、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最初是爲Aptos的前身設計的,這種淵源使現有Move開發者可以無縫遷移到Aptos,新手也可以利用已有的文檔和示例快速上手。

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。這包括完善的安全架構、可配置的gas計量、代碼可升級性、大規模表和資源帳戶等。Move Prover作爲智能合約的正式驗證工具,爲合約不變量提供了額外保障,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。經過四年的驗證,Move已成爲一種成熟的生產級開發語言。

2. Block-STM:提供更多編程自由

Block-STM是一種新型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加快處理速度,同時不影響開發體驗。

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讓開發者可以不受限制地編碼,爲實際應用實現更高吞吐量和更低延遲。開發者可以輕鬆構建高度並行化的應用,支持比其他需要拆分操作的並行環境更豐富的原子性,從而降低延遲、提高成本效率,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,Aptos內置了鏈上治理機制,可實現無縫的網路和虛擬機配置更新。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"提高了網路可靠性。超過52%的代幣持有者投票支持這一提案,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。治理提案涉及多個方面,包括調整epoch持續時間、驗證者權益要求、修改標志、核心代碼升級,以及Aptos框架模塊的更新等。

4. AptosBFTv4:高效共識機制

AptosBFTv4是首個具有嚴格正確性證明的生產級區塊鏈BFT協議。它採用樂觀響應機制,實現低延遲和高吞吐量,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,在不犧牲通信效率的前提下降低了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審計,強制執行不分叉原則。同一軟體棧經過4次升級並在實際網路中測試,證明了其開發過程的周密性和穩健性。在第四次迭代中,AptosBFTv4成爲最快的生產就緒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,該系統將過去的可用性和性能作爲未來指標,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實現輪換。Aptos的帳戶與密鑰解耦方法使其能無縫添加新的數字籤名算法,支持不同類型的公私鑰。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,在用戶籤名前解釋交易結果。這種提前評估交易的機制可以減輕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三重保護來防範無限有效的攻擊。

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,提供更安全可靠的用戶體驗。網路歡迎任何人連接全節點直接訪問經驗證的數據,體現了Web3的"無需信任,直接驗證"理念。Aptos建立在高效的多播樹結構之上,爲參與者提供高吞吐量、低延遲的區塊鏈狀態傳播網路。參與者可以處理自創世以來的所有交易,也可以僅同步最新狀態。輕客戶端可以同步部分區塊鏈狀態,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,從一開始就以模塊化和靈活性爲設計理念。這使Aptos架構能夠支持頻繁升級,快速採用最新技術進步,爲新興用例提供支持。

Aptos的模塊化架構設計創造了客戶端靈活性,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、測試網和內部壓力測試中得到了充分展示。Aptos區塊鏈包含嵌入式鏈上變更管理協議,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

Aptos從基於投票的獎勵系統轉向了基於提案績效的獎勵機制,以促進更大程度的去中心化。在之前的模型中,一旦三分之二的選票到達提議者節點,共識就達成了,這意味着三分之一的後期投票未被包括,相關驗證者也未獲得獎勵。

這可能導致延遲競爭,靠近主節點集羣的驗證者往往獲得更多獎勵。爲改善這一狀況,Aptos實施了基於提案績效的獎勵系統。這種系統具有更高的超時時間,對跨區域延遲不太敏感,提高了偏遠地區節點的獎勵率,抑制了地理分布的影響。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樹的存儲引擎(如RocksDB)的寫入。JMT在CPU、I/O和存儲佔用之間達到了實用的平衡點,確保了令人滿意的性能,同時控制了磁盤上狀態數據的大小。

除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,專爲緩存和並行化而設計。它與Block-STM結合使用,促進高性能全局狀態更新。