Aptos網路的8大技術創新

Aptos作爲延遲最低、吞吐量最高的區塊鏈之一，爲開發人員構建Web3應用帶來了重大變革。本文將介紹推動Aptos網路發展的8項核心技術創新。

1. Move語言：更適合構建應用

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

Aptos區塊鏈與Move深度集成,共享許多核心設計理念,使Aptos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開發者可以無縫遷移到Aptos,新手也能從豐富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,極大改進了Move生態系統。這些改進包括完善的安全架構、細致可配置的gas計量、代碼可升級性、大規模表、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上得到了積極擴展。

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已成爲一種成熟可靠的生產級開發語言。

2. Block-STM:更自由的編程體驗

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則構建。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。相比其他常常需要將操作拆分爲多個交易的並行執行環境,Block-STM支持更豐富的原子性,通過降低延遲和提高成本效率來優化用戶體驗。

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,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。超過52%的代幣持有者投票支持了這一提案,有助於保護網路安全。

自創建以來,Aptos社區就能夠提出並投票決定影響區塊鏈行爲的提案。這些治理提案包括:修改epoch持續時間,調整驗證者最低和最高權益要求,更新系統參數,進行核心區塊鏈代碼的軟件升級,以及升級Aptos框架模塊(一組核心的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,實現了低延遲和高吞吐量,充分利用了底層網路性能。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。

實施過程注重安全嚴格性和可升級性,明確分離了不變量以便隔離和有效審計,貫徹了不分叉的設計理念。相同的軟件堆棧已經過4次升級並在線上網路測試,證明了其開發過程的周密性和穩健性。作爲第四代迭代,AptosBFTv4是目前最快的生產級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持續運行。這得益於由鏈上信譽系統維護的機制,該系統將過去的可用性和性能作爲未來的指標,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。密鑰輪換是一項良好習慣,對於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機制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期,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有效交易的影響,有效防範錯誤和攻擊。

Aptos的共識協議和經過認證的存儲實現了對輕客戶端協議的無縫實用支持,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認證的數據,體現了Web3的"不信任,要驗證"理念。爲此,Aptos建立在高效的多播樹結構之上,爲參與者提供高吞吐量、低延遲的網路來傳播區塊鏈狀態。參與者可以選擇處理自創世以來的所有交易,也可以跳過歷史直接同步最新的區塊鏈狀態。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,例如使用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具有可升級性的歷史傳統,從一開始就以模塊化和靈活性爲設計初衷。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、測試網和多次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未被包括在內,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獲得更多獎勵。在這種情況下,節點運營者傾向於將節點移至更靠近主集羣的位置以改善延遲,從而增加質押獎勵。這不利於去中心化和地理分布,因爲它鼓勵了節點集中。

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,如果驗證者不在最大節點集羣的物理位置附近,他們獲得的獎勵就不會減少。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的選舉概率。

8. 高性能稀疏默克爾樹

Aptos使用水母默克爾樹(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使用、I/O操作和存儲空間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配合使用,以實現高性能的全局狀態更新。