Дослідження 8 основних технічних інновацій мережі Aptos

Aptos, як високопродуктивна блокчейн-мережа, виділяється на крипторинку завдяки своїй низькій затримці та високій пропускній спроможності. Вона надає розробникам ідеальну платформу для створення якісних Web3 додатків, одночасно забезпечуючи користувачам плавний досвід. У цій статті ми детально розглянемо 8 основних технологічних інновацій, які стоять за мережею Aptos, які сприяли її бурхливому розвитку.

1. Move мова: спеціально розроблена для розробки додатків

Move є потужною та простою у використанні мовою програмування, спеціально розробленою для безпечного управління активами. Блокчейн Aptos глибоко інтегрований з Move, спільно використовуючи кілька основних концепцій дизайну, що робить його ідеальним середовищем для розробки на Move.

Aptos значно посилив Move екосистему, додавши кілька функцій на рівні мови та фреймворку. До цих покращень відносяться вдосконалена архітектура безпеки, точно налаштоване вимірювання пального, можливість оновлення коду, підтримка масштабних таблиць та облікові записи ресурсів тощо. Крім того, Move валідатор ( інструменти формальної верифікації Move смарт-контрактів ) забезпечують додаткову гарантію для інваріантів контракту і активно розширюються в Aptos.

Багато оригінальних дослідників та розробників мови Move все ще активно працюють в екосистемі Aptos, постійно покращуючи мову Move та її спільноту. Після чотирьох років тестування та валідації Move довела, що вона є зрілою мовою розробки, придатною для виробничого середовища.

2. Block-STM: Визволення від обмежень програмування

Block-STM є інноваційним двигуном паралельного виконання смарт-контрактів, побудованим на основі моделі пам'яті транзакцій Aptos та принципів оптимістичного керування конкурентністю. Цей новаторський підхід до паралелізації транзакцій дозволяє прискорити обробку транзакцій, не впливаючи на досвід розробників.

На відміну від паралельних виконавчих механізмів, які потребують читання/запису наборів для порушення атомарності транзакцій, Block-STM дозволяє розробникам вільно кодувати, досягаючи вищої пропускної здатності та нижчої затримки для реальних сценаріїв використання. Розробники можуть легко створювати високо паралельні програми за допомогою Block-STM. На відміну від інших паралельних виконавчих середовищ, які зазвичай вимагають розподілу операцій на кілька транзакцій (порушуючи логічну атомарність), Block-STM підтримує більш багатий рівень атомарності, що покращує досвід користувачів шляхом зменшення затримки та підвищення економічної ефективності.

3. Управління в ланцюгу та децентралізація

Щоб підтримати справжню децентралізацію та бездозвільну Layer 1 мережу, Aptos вбудував механізм управління на базі блокчейн, що забезпечує безшовні зміни конфігурації мережі та віртуальної машини. Цей факт був повністю перевірений у тестовій мережі Aptos Incentive Testnet 3 та основній мережі.

У основній мережі надійність мережі була підвищена шляхом зменшення обмежень "збільшення прав голосу". Встановлення більш агресивного порогу дозволяє швидко запустити мережу, понад 52% власників токенів проголосували за цю пропозицію, щоб зміцнити безпеку мережі.

З моменту свого створення спільнота Aptos змогла створювати та голосувати за пропозиції, які впливають на поведінку блокчейну. Ці пропозиції з управління включають: зміну тривалості між епохами, коригування мінімального та максимального стейків, зміну параметрів, програмне оновлення основного коду блокчейну, а також оновлення модуля Aptos Framework (набір основних бібліотек Move для виправлення помилок або покращення функціональності).

4. AptosBFTv4: ефективний протокол консенсусу

AptosBFTv4 є першим виробничим BFT-протоколом блокчейну з суворим доказом правильності. Цей протокол використовує механізм оптимістичного реагування, забезпечуючи низьку затримку та високу пропускну здатність, повністю використовуючи ресурси підпорядкованої мережі. На основі Hotstuff, AptosBFTv4 зменшує затримку підтвердження з 3 кроків до 2, знижуючи затримку на 33% без шкоди для складності комунікації.

Впровадження цієї угоди враховує суворість безпеки та можливість масштабування, чітко розділяючи незмінні змінні для ізоляції та ефективного аудиту, а також примусово дотримуючись принципу відсутності розгалужень. Така ж програмна платформа пройшла 4 оновлення та була протестована в реальних мережах, що підтверджує ретельність і надійність її розробки. У четвертій ітерації AptosBFTv4 став найшвидшим, готовим до виробництва байєсівським толерантним до відмов консенсусним протоколом.

Навіть якщо окремі вузли виходять з ладу, Aptos може забезпечити нормальну роботу всієї мережі. Це стало можливим завдяки підтримці системи репутації в ланцюгу, яка використовує минулу доступність і продуктивність як показники для майбутнього, автоматично мінімізуючи негативний вплив повільних та погано працюючих валідаторів.

5. Заходи безпеки для підвищення довіри користувачів

Облікові записи Aptos підтримують гнучке управління ключами, включаючи ротацію ключів, криптоагільність та змішану модель управління. Ротація ключів є гарною практикою безпеки і вкрай важлива для запобігання віддаленим атакам, які можуть загрожувати багатостороннім обліковим записам. На інших блокчейнах ротація ключів зазвичай вимагає перенесення всіх активів на новий обліковий запис. Метод роз'єднання облікових записів і ключів Aptos дозволяє безшовно додавати нові алгоритми цифрового підпису, підтримуючи різні типи публічних і приватних ключів. Змішана модель управління підтримує розширені рішення для відновлення та управління обліковими записами, що допомагає скоротити розрив між Web2 та Web3.

Гаманець може використовувати функцію попереднього виконання транзакцій, щоб пояснити результати транзакції перед підписанням користувачем. Цей метод попередньої оцінки транзакцій може зменшити ризики безпеки, такі як фішинг-атаки. Для подальшого покращення користувацького досвіду блокчейн Aptos обмежує доцільність кожної транзакції та запобігає впливу безкінечної дійсності на підписувачів за допомогою трьох рівнів захисту: номера послідовності, терміну дії та ідентифікатора ланцюга.

Консенсусний протокол Aptos та автентифіковане зберігання забезпечують безшовну та практичну підтримку легкого клієнтського протоколу, що надає більш безпечний та надійний досвід користувачів. Мережа Aptos запрошує будь-кого підключитися до повних вузлів для прямого доступу до автентифікованих даних, що втілює концепцію Web3 "не довіряй, а перевіряй". Для цього Aptos побудував ефективну структуру багатокасту, яка забезпечує учасникам високу пропускну здатність і низьку затримку в мережі для поширення стану блокчейну. Учасники можуть обробляти всі транзакції з моменту створення світу або при бажанні повністю пропустити історію блокчейну, синхронізуючи лише останній стан. Легкі клієнти можуть синхронізувати частину стану блокчейну, наприклад, певні рахунки або значення даних, та активувати перевірені читання стану, такі як отримання перевіреного балансу рахунку за допомогою BFT-мітки часу.

6. Модульна архітектура, орієнтована на майбутнє

Aptos має генетичну схему масштабованості, з самого початку проєктуючи кожну частину системи модульною і гнучкою. Це дозволяє архітектурі Aptos підтримувати часті оновлення, що означає, що блокчейн може швидко впроваджувати останні технологічні досягнення та надавати технічну підтримку новим випадкам використання.

Модульна архітектура Aptos забезпечує гнучкість клієнта та оптимізована для частих оновлень без часу простою. Ці особливості були повністю продемонстровані під час попередніх ітерацій основної мережі, тестової мережі та численних внутрішніх стрес-тестів. Блокчейн Aptos також включає вбудований протокол управління змінами в ланцюзі, що дозволяє швидко впроваджувати нові технологічні інновації та підтримувати нові сценарії Web3.

7. Система винагород на основі пропозицій

Головна мережа Aptos використовує систему винагород на основі продуктивності пропозицій як систему винагород за ставку, щоб сприяти більшій децентралізації. Цей механізм має суттєві переваги в порівнянні з попередньою системою винагород на основі голосування.

Система, що базується на пропозиціях, має вищий час очікування та менш чутлива до затримок між регіонами. Це підвищує рівень винагороди для вузлів, що знаходяться на великій відстані, та стримує вплив географічного розподілу. Наприклад, навіть якщо валідатори не знаходяться поблизу фізичного місця найбільшої групи вузлів, вони все ще можуть отримувати розумну винагороду. Ця модель винагороди також враховує поведінку голосування, оскільки хороша голосувальна поведінка вплине на ймовірність обрання пропонувальника.

8. Високопродуктивне розріджене дерево Меркла

Aptos використовує Jellyfish Merkle Tree (JMT), оптимізуючи продуктивність запису базового сховища на основі LSM-дерев (таких як RocksDB) за допомогою монотонно зростаючої версійної ключової моделі. JMT досягає практичного оптимального балансу між використанням ЦП, ефективністю введення/виведення та зайнятістю простору для зберігання, забезпечуючи задовільну продуктивність при збереженні розумного розміру даних стану на диску.

Окрім JMT як постійного формату стану Aptos, також існує реалізація розрідженого Меркле-дерева в пам'яті без блокувань. Ця реалізація спеціально розроблена для кешування та паралелізації, використовується разом з Block-STM для сприяння високопродуктивному глобальному оновленню стану.