Aptos网络的8大创新推动力

作为一个延迟最低、吞吐量最高的区块链网络，Aptos为开发人员构建Web3应用程序带来了巨大变革。本文将介绍推动Aptos网络发展的8项核心创新。

1. Move语言：更适合应用开发

Aptos采用Move编程语言，为开发者提供了更优越的开发环境,显著提升了开发效率。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区块链与Move语言高度集成,共享许多核心设计理念,使Aptos成为高效愉快的Move开发平台。Move最初为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,新手也能从已有的文档和示例中受益。

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、详细可配置的gas计量、代码可升级性、资源账户等。Move Prover作为Move智能合约的形式化验证工具,为合约不变量提供额外保障,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,持续增强Move语言和社区。经过四年的测试和验证,Move语言已经成为一种成熟的生产级开发语言。

2. Block-STM:带来更大编程自由

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程序。Block-STM支持比其他并行环境更丰富的原子性操作,通常无需将操作拆分为多个交易,从而降低延迟、提高成本效率,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激励测试网和主网都证明了这一点。

在主网上,通过降低"投票权增加限制"提高了网络可靠性。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社区就能创建和投票决定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,修改标志,升级核心区块链代码,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,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,在不牺牲通信补偿的情况下降低了33%的延迟。

该实现考虑到安全严格性和可升级性,清晰分离不变量以便隔离和有效审计,强制执行不分叉理念。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到性和稳健性。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。

Aptos能确保即使个别节点宕机,整个网络仍保持正常运行。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,自动将反应迟钝和表现不佳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将账户与密钥解耦,能无缝添加新的数字签名算法以支持不同公私钥类型。混合托管模型支持高级恢复方案和账户管理,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可行性,通过序列号、到期时间和链ID三重保护,防止签名者受到无限期影响。

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,从而提供更安全可信的用户体验。网络欢迎任何人连接全节点直接访问经认证的数据,体现了Web3的"不信任,要验证"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,也可以跳过历史直接同步最新状态。轻客户端可以同步部分区块链状态,如特定账户或数据值,并启用经验证的状态读取,例如使用BFT时间戳获取经验证的账户余额。

6. 面向未来的模块化架构

Aptos具有可升级性的历史,从一开始就以模块化和灵活性为设计理念。这使得Aptos架构能支持频繁升级,快速采纳最新技术进步,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验证。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

在Aptos激励测试网3中,采用了基于投票的节点运营商奖励系统。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,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。节点运营者倾向于将节点移至更靠近主集群的位置以改善延迟,增加质押奖励,但这会损害去中心化和地理分布。为促进更大程度的去中心化,Aptos现已实施基于提案绩效的质押奖励系统。

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,如果验证者不在最大节点集群附近,他们获得的奖励不会减少太多。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,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Merkle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,促进高性能全局状态更新。