Aptos网络的8大创新力量

Aptos作为一个低延迟、高吞吐量的区块链网络,为开发者构建Web3应用带来了革命性的变化。本文将深入探讨推动Aptos网络发展的8大创新要素。

1. Move语言优化应用开发

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

Aptos区块链与Move语言深度集成,共享多项核心设计理念,使Aptos成为高效愉快的Move开发平台。Move最初是为Aptos的前身而设计,这种渊源确保了现有Move开发者可以无缝迁移到Aptos上进行开发,新手也能从已有的文档和示例中受益。

Aptos通过在语言和框架层面添加多项功能,极大地改进了Move生态系统。这些功能包括完善的安全架构、细粒度的可配置燃气计量、代码可升级性、大规模表、资源账户等。此外,Move验证器作为Move智能合约的形式化验证工具,为合约不变量提供了额外保障,并在Aptos中得到了积极扩展。

许多Move语言的早期研究人员和开发者仍活跃在Aptos生态系统中,不断增强Move语言和社区。经过四年的实践检验,Move语言已经证明是一种成熟可靠的生产级开发语言。

2. Block-STM带来编程自由

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

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让开发者能够自由编码,为实际应用场景实现更高吞吐量和更低延迟。开发者可以利用Block-STM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执行环境更强的原子性,通过降低延迟和提高成本效率来增强用户体验。

3. 链上治理与去中心化

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新。这一点在Aptos激励测试网3和主网上得到了充分验证。

在主网上,通过降低"投票权增加限制"提高了网络的可靠性。该提案设置了更激进的阈值以加快网络启动,获得了超过52%代币持有者的支持,有效保护了网络安全。

自诞生以来,Aptos社区就能够创建并投票决定影响Aptos区块链行为的提案。这些治理提案包括:调整epoch持续时间,修改验证者最低和最高权益要求,更改系统参数,升级核心区块链代码,以及更新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基础上进行改进,AptosBFTv4将提交延迟从3步减少到2步,在不牺牲通信效率的情况下减少了33%的延迟。

AptosBFTv4的实现充分考虑了安全严格性和可升级性。该实现清晰地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,并在实际网络中进行了测试,证明了其开发过程的周密性和稳健性。在第四次迭代中,AptosBFTv4成为了最快的生产就绪拜占庭容错共识协议。

即使个别节点发生故障,Aptos也能确保整个网络的持续运行。这得益于链上声誉系统的维护,该系统将过去的可用性和性能作为未来的参考指标,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机制

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。密钥轮换是良好的安全习惯,对防范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实现轮换。Aptos采用账户与密钥解耦的方法,使其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,在用户签名前向其解释交易结果。这种在签名前评估交易的方法可以减轻网络钓鱼等安全风险,这类风险在Web3领域日益普遍。为进一步优化用户体验,Aptos区块链限制了每笔交易的有效性,并通过序列号、到期时间和链ID三重保护机制来防止签名者受到无限期有效交易的影响。

Aptos的共识协议和经过身份验证的存储实现了对轻客户端协议的无缝和实用支持,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身份验证的数据,这体现了Web3的"不信任,要验证"理念。为此,Aptos建立了一个高效的多播树结构,为参与者提供高吞吐量、低延迟的网络来传播区块链状态。参与者可以处理自创世以来的所有交易,也可以完全跳过区块链历史,仅同步最新的状态。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具有可升级性的基因,从设计之初就以模块化和灵活性为目标。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的技术进步,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、测试网和众多内部压力测试中得到了充分展示。Aptos区块链包含了嵌入式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,引入了基于投票的奖励系统。在这种模式下,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计入,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会获得更多奖励。在这种情况下,节点运营者倾向于将节点迁移到更靠近主集群的位置,以改善延迟并增加质押奖励,但这会损害去中心化和地理分布,因为它鼓励了节点集中化。为促进更大程度的去中心化,Aptos现已实施基于提案绩效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,抑制了地理分布的影响。例如,即使验证者不在物理上位于最大的节点集群中,他们也不会因此获得明显更少的奖励。该奖励模式仍然考虑投票行为,因为良好的投票绩效会影响提议者选举概率。

8. 高性能稀疏默克尔树

Aptos采用水母默克尔树(Jellyfish Merkle Tree, 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利用、I/O效率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,同时控制了磁盘上状态数据的膨胀。

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结合使用,以促进高性能的全局状态更新。