Aptos网络的8大创新驱动力

Aptos作为一个延迟极低、吞吐量极高的区块链网络,为开发者构建Web3应用带来了革命性的变化。本文将介绍推动Aptos网络发展的8项核心创新。

1. Move语言:更适合构建应用

Aptos采用Move编程语言,为开发者提供了更好的开发环境,提高了开发效率。Move是一种富有表现力且易于使用的语言,专为安全的资产管理而设计。

Aptos与Move共享许多核心设计理念,使其成为高效愉快的Move开发平台。Move最初就是为Aptos的前身设计的,这种渊源确保了现有Move开发者可以无缝地在Aptos上构建应用,新手也能从现有的文档和示例中受益。

Aptos通过在语言和框架层面增加多项功能,大大改进了Move生态系统。这些改进包括完善的安全架构、详细可配置的燃料计量、代码可升级性、大规模表格、资源账户等。此外,Move验证器为智能合约提供了额外的不变量保障,并在Aptos中得到积极扩展。

许多Move语言的早期研究者和开发者仍活跃在Aptos生态中,不断增强Move语言和社区。经过四年的验证,Move已被证明是一种可用于生产环境的成熟开发语言。

2. Block-STM:带来更多编程自由

Block-STM是一种新型智能合约并行执行引擎,围绕Aptos的交易内存和乐观并发控制原则构建。这种创新的交易并行化方法可以在不影响开发体验的前提下加快交易处理速度。

与需要读/写数据来破坏交易原子性的并行执行引擎不同,Block-STM使开发者能够自由编码,为实际应用实现更高吞吐量和更低延迟。开发者可以轻松构建高度并行化的应用程序。Block-STM支持比其他需要将操作拆分为多个交易的并行环境更丰富的原子性,通过降低延迟和提高成本效率来增强用户体验。

3. 链上治理和去中心化

为支持真正去中心化和无需许可的Layer 1网络,Aptos内置了链上治理机制,可实现网络和虚拟机配置的无缝更改。Aptos测试网和主网都体现了这一点。

在主网上,通过降低"投票权增加限制",网络的可靠性得到了提高。设置更激进的阈值允许快速引导网络,超过52%的代币持有者投票支持这一提案,以帮助保护网络。

自诞生以来,Aptos社区就能够创建和投票表决影响区块链行为的提案。治理提案包括:修改epoch持续时间,调整验证者最小/最大权益,修改系统参数,部署核心代码软件升级,以及升级Aptos框架模块(一组核心Move开发库)以修复bug或增强功能。

4. AptosBFTv4:高效共识

AptosBFTv4是首个具有严格正确性证明的生产级区块链BFT协议。该协议采用乐观响应机制,能够提供低延迟和高吞吐量,充分利用底层网络性能。在Hotstuff基础上改进,AptosBFTv4将提交延迟从3步减少到2步,在不牺牲通信补偿的情况下减少了33%的延迟。

实施时考虑到了安全严格性和可升级性,清晰分离了不变量以便隔离和有效审计,强制执行不分叉原则。相同的软件栈已经过4次升级并在实时网络上测试,证明了其开发过程的周密性和稳健性。在第四次迭代中,AptosBFTv4成为最快的、可用于生产的拜占庭容错共识协议。

即使个别节点停机,Aptos也能确保整个网络的正常运行。这得益于链上信誉系统的维护,该系统将过去的可用性和性能作为未来的指标,自动将反应迟缓和表现不佳的验证者的负面影响降至最低。

5. 增强用户信心的安全措施

Aptos账户支持灵活的密钥管理,包括密钥轮换、加密敏捷性和混合托管模型等功能。密钥轮换是良好的使用习惯,对防止可能危及多方账户的远程攻击至关重要。在其他区块链上,只能通过将所有资产迁移到新账户来进行轮换。Aptos采用账户与密钥解耦的方法,能够无缝添加新的数字签名算法以支持不同类型的公钥和私钥。混合托管模型支持高级恢复解决方案和账户管理,有助于弥合Web2和Web3之间的差距。

钱包可以使用交易预执行功能,在用户签名前解释交易结果。提前评估交易可以减轻网络钓鱼等安全风险。为进一步优化用户体验,Aptos区块链限制了每笔交易的有效期,并通过序列号、到期时间和链ID三重保护来防止无限期有效的签名被滥用。

Aptos的共识协议和经过认证的存储实现了对轻客户端协议的无缝实用支持,从而提供更安全可靠的用户体验。Aptos网络欢迎任何人连接全节点以直接访问经过认证的数据,体现了Web3的"不信任,要验证"理念。为此,Aptos建立在高效的多播树结构之上,为参与者提供高吞吐量、低延迟的网络来传播区块链状态。参与者可以处理从创世块开始的所有交易,也可以跳过区块链历史仅同步最新状态。轻客户端可以同步部分区块链状态,例如特定账户或数据值,并启用经过验证的状态读取,如使用BFT时间戳获取经过验证的账户余额。

6. 面向未来的模块化架构

Aptos具有可升级的历史传统,从一开始系统的每个部分就以模块化和灵活性为设计原则。这使得Aptos架构能够支持频繁升级,意味着区块链可以快速采用最新技术进步,并为新兴用例提供技术支持。

Aptos的模块化架构设计带来了客户端灵活性,并针对零停机时间的频繁升级进行了优化。这些特性在之前的主网迭代、测试网和多次内部压力测试中得到了充分展示。Aptos区块链包含内置的链上变更管理协议,可快速部署新的技术创新并支持新的Web3应用场景。

7. 基于提案的奖励机制

在Aptos激励测试网3中,采用了基于投票的奖励系统。在这个模型中,一旦三分之二的选票到达提议者节点,BFT共识就达成了。这意味着三分之一的后期投票未被包括在内,相关验证者也没有获得奖励。

这可能导致延迟竞争,靠近主节点集群的验证者往往获得更多奖励。在这种情况下,节点运营者会将节点移至更靠近主集群的位置以改善延迟,从而增加质押奖励。这不利于去中心化和地理分布,因为它鼓励了节点集中。为促进更大程度的去中心化,Aptos现已实施基于提案表现的奖励作为质押奖励系统。

基于提案的系统比投票具有更高的超时时间,对跨区域延迟不太敏感。这提高了偏远地区节点的奖励率,抑制了地理位置的影响。例如,即使验证者不在最大节点集群的物理位置,也不会获得显著更少的奖励。奖励模式仍然考虑投票行为,因为良好的投票表现会影响提议者的选举概率。

8. 高性能稀疏默克尔树

Aptos使用水母默克尔树(JMT)设计,利用单调递增的基于版本的密钥模式来优化基于LSM树的底层存储引擎(如RocksDB)的写入性能。JMT在CPU、I/O和存储占用之间达到了实用的最佳平衡点,确保了令人满意的性能,同时保持可管理的磁盘状态数据规模。

除了JMT作为Aptos状态的持久化格式外,还有另一种内存中、无锁的稀疏默克尔树实现。这种实现专为缓存和并行化而设计,与Block-STM配合使用以实现高性能的全局状态更新。