Aptos网络的8项核心创新

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。本文将介绍推动Aptos网络发展的8项关键创新。

1. Move语言:更适合构建应用

Aptos采用Move语言,为开发者提供了更好的开发环境,提高了开发效率。Move是一种表达能力强、易于使用的编程语言,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最初是为Aptos的前身设计的,这种渊源使现有Move开发者可以无缝迁移到Aptos,新手也可以利用已有的文档和示例快速上手。

Aptos在语言和框架层面添加了多项功能,极大改进了Move生态系统。这包括完善的安全架构、可配置的gas计量、代码可升级性、大规模表和资源账户等。Move Prover作为智能合约的正式验证工具,为合约不变量提供了额外保障,在Aptos上得到积极扩展。

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已成为一种成熟的生产级开发语言。

2. Block-STM:提供更多编程自由

Block-STM是一种新型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则构建。这种创新的交易并行化方法可以加快处理速度,同时不影响开发体验。

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让开发者可以不受限制地编码,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,支持比其他需要拆分操作的并行环境更丰富的原子性,从而降低延迟、提高成本效率,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,Aptos内置了链上治理机制,可实现无缝的网络和虚拟机配置更新。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"提高了网络可靠性。超过52%的代币持有者投票支持这一提案,帮助保护网络安全。

自诞生以来,Aptos社区就能创建和投票决定影响区块链行为的提案。治理提案涉及多个方面,包括调整epoch持续时间、验证者权益要求、修改标志、核心代码升级,以及Aptos框架模块的更新等。

4. AptosBFTv4:高效共识机制

AptosBFTv4是首个具有严格正确性证明的生产级区块链BFT协议。它采用乐观响应机制,实现低延迟和高吞吐量,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,在不牺牲通信效率的前提下降低了33%的延迟。

该协议在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审计,强制执行不分叉原则。同一软件栈经过4次升级并在实际网络中测试,证明了其开发过程的周密性和稳健性。在第四次迭代中,AptosBFTv4成为最快的生产就绪拜占庭容错共识协议。

即使个别节点宕机,Aptos也能确保整个网络的正常运行。这得益于链上信誉系统,该系统将过去的可用性和性能作为未来指标,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。密钥轮换是良好的使用习惯,对防范远程攻击至关重要。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的账户与密钥解耦方法使其能无缝添加新的数字签名算法,支持不同类型的公私钥。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。这种提前评估交易的机制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可行性,并通过序列号、到期时间和链ID三重保护来防范无限有效的攻击。

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支持,提供更安全可靠的用户体验。网络欢迎任何人连接全节点直接访问经验证的数据,体现了Web3的"无需信任,直接验证"理念。Aptos建立在高效的多播树结构之上,为参与者提供高吞吐量、低延迟的区块链状态传播网络。参与者可以处理自创世以来的所有交易,也可以仅同步最新状态。轻客户端可以同步部分区块链状态,如特定账户或数据值,并启用经过验证的状态读取。

6. 面向未来的模块化架构

Aptos具有可升级性的历史,从一开始就以模块化和灵活性为设计理念。这使Aptos架构能够支持频繁升级,快速采用最新技术进步,为新兴用例提供支持。

Aptos的模块化架构设计创造了客户端灵活性,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、测试网和内部压力测试中得到了充分展示。Aptos区块链包含嵌入式链上变更管理协议,可快速部署新技术创新并支持新的Web3应用场景。

7. 基于提案的奖励机制

Aptos从基于投票的奖励系统转向了基于提案绩效的奖励机制,以促进更大程度的去中心化。在之前的模型中,一旦三分之二的选票到达提议者节点,共识就达成了,这意味着三分之一的后期投票未被包括,相关验证者也未获得奖励。

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。为改善这一状况,Aptos实施了基于提案绩效的奖励系统。这种系统具有更高的超时时间,对跨区域延迟不太敏感,提高了偏远地区节点的奖励率,抑制了地理分布的影响。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选举概率。

8. 高性能Sparse Merkle Tree

Aptos使用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树的存储引擎(如RocksDB)的写入。JMT在CPU、I/O和存储占用之间达到了实用的平衡点,确保了令人满意的性能,同时控制了磁盘上状态数据的大小。

除JMT作为Aptos状态的持久化格式外,还有一种内存中、无锁的稀疏Merkle树实现,专为缓存和并行化而设计。它与Block-STM结合使用,促进高性能全局状态更新。