深入解析交易生命週期:以太坊、Solana和Aptos的技術差異

對比不同公鏈的技術特點可能會因視角不同而顯得枯燥或片面。要全面理解Aptos與其他公鏈的區別,以交易的生命週期作爲切入點是個不錯的選擇。通過分析交易從創建到最終狀態更新的完整過程,包括創建與發起、廣播、排序、執行和狀態更新,我們能夠清晰地把握各公鏈的設計理念與技術取舍。

所有區塊鏈交易都圍繞這五個步驟展開。本文將以Aptos爲中心,剖析其獨特設計,並與以太坊和Solana進行對比。

Aptos:樂觀並行與高性能設計

Aptos是一條注重高性能的公鏈,其交易生命週期雖與以太坊相似,但通過獨特的樂觀並行執行和內存池優化實現了顯著的性能提升。

創建與發起

Aptos網路由輕節點、全節點和驗證者構成。用戶通過輕節點(如錢包或應用)發起交易,輕節點將交易轉發給附近的全節點,全節點再同步至驗證者。

廣播

Aptos保留了內存池,但在QuorumStore之後內存池之間不再共享。與以太坊不同,Aptos的內存池不僅是交易緩衝區。交易進入內存池後,系統會根據一定規則(如FIFO或Gas費用)進行預排序,確保後續並行執行時交易無衝突。這種設計避免了Solana那樣需提前聲明讀寫集合的高硬件需求。

排序

Aptos採用AptosBFT共識,提議者原則上無法自由排序交易,aip-68賦予提議者額外填充被延遲交易的權利。內存池預排序已提前完成衝突規避,區塊生成更依賴驗證者間的協作,而非提議者主導。

執行

Aptos使用Block-STM技術實現樂觀並行執行。交易被假設無衝突並同時處理,若執行後發現衝突,受影響的交易會被重新執行。這種方式充分利用多核處理器提升效率,TPS可達160,000。

狀態更新

驗證者同步狀態,最終性通過檢查點確認,類似於以太坊的Epoch機制,但效率更高。

Aptos的核心優勢在於樂觀並行與內存池預排序的結合,既降低了節點性能需求,又大幅提升了吞吐量。

以太坊:串行執行的基準

以太坊作爲智能合約的開創者,是公鏈技術的原點,其交易生命週期爲理解Aptos提供了基礎框架。

以太坊交易生命週期

• 創建與發起:用戶通過錢包經中繼網關或RPC接口發起交易。

• 廣播:交易進入公共內存池,等待打包。

• 排序:PoS升級後,區塊構建者按利潤最大化原則打包交易,中繼層競標後提交給提議者。

• 執行:EVM串行處理交易,單線程更新狀態。

• 狀態更新:區塊需通過兩個檢查點確認最終性。

以太坊的串行執行和內存池設計限制了性能,區塊時間爲12秒/插槽,TPS較低。相比之下,Aptos通過並行執行和內存池優化實現了質的飛躍。

Solana:確定性並行的極致優化

Solana以高性能著稱,其交易生命週期與Aptos差異顯著,尤其在內存池和執行方式上。

Solana交易生命週期

• 創建與發起:用戶通過錢包發起交易。

• 廣播:無公共內存池,交易直接發送給當前及下兩位提議者。

• 排序:提議者基於PoH(Proof of History)打包區塊,區塊時間僅400毫秒。

• 執行:Sealevel虛擬機採用確定性並行執行,需提前聲明讀寫集合以避免衝突。

• 狀態更新:BFT共識快速確認。

Solana不使用內存池是爲了避免性能瓶頸。由於沒有內存池,以及Solana獨特的PoH共識,節點能夠快速達成交易順序共識,避免了交易在內存池中排隊的需要,交易幾乎可以即時成交。然而,這也意味着在網路過載時,交易可能被丟棄而非等待,用戶需重新提交。

相比之下,Aptos的樂觀並行無需聲明讀寫集合,節點門檻更低,TPS卻更高。

並行執行的兩種路徑:Aptos vs Solana

交易執行代表區塊狀態的更新,是交易指令轉化爲最終狀態的過程。並行執行指多核處理器同時計算網路狀態。目前市場上並行執行分爲確定性並行執行和樂觀並行執行兩種方式,差異在於如何確保並行交易不發生衝突。

• 確定性並行(Solana):交易廣播前需聲明讀寫集合,Sealevel引擎根據聲明並行處理無衝突交易,衝突交易串行執行。優點是高效,缺點是硬件需求高。

• 樂觀並行(Aptos):假設交易無衝突,Block-STM並行執行後驗證,若有衝突則重試。內存池預排序降低衝突風險,節點負擔更輕。

舉例:帳戶A餘額100,交易1轉70給B,交易2轉50給C。Solana通過聲明提前確認衝突,按序處理;Aptos並行執行後若發現餘額不足,重新調整。Aptos的靈活性使其更具擴展性。

樂觀並行通過內存池來提前完成衝突確認

樂觀並行假設交易不會衝突,無需提前聲明。但爲避免大量衝突導致公鏈卡頓,Aptos在交易廣播階段進行預排序。

在Aptos上,交易進入公共內存池後,會根據規則(如FIFO和Gas費用)預排序,確保區塊內交易並行執行時不衝突。這意味着Aptos提議者實際不具備交易排序能力,網路中也不存在區塊構建者。這種預排序是Aptos實現樂觀並行的關鍵,無需Solana那樣的交易聲明,大幅降低節點性能要求。Aptos的內存池對TPS影響遠小於Solana引入交易聲明的代價,因此Aptos的TPS可達160,000,超過Solana一倍以上。

基於安全性的敘事是Aptos的發展方向

RWA

Aptos正積極推進現實資產代幣化和機構金融解決方案。其Block-STM能並行處理多筆資產轉移交易,避免網路擁堵導致的確權延遲。內存池預排序確保交易按序執行,維持資產記錄可靠性。Move語言的模塊化設計和安全性,有助於構建可靠的RWA應用。

2024年7月,Aptos引入Ondo Finance的USDY,並於主要DEX、借貸應用集成。2024年10月,富蘭克林鄧普頓在Aptos上推出BENJI代幣。Aptos還與Libre合作推進證券代幣化,將多家投資基金上鏈,增強機構投資者訪問。

穩定幣支付

Aptos的Move語言通過資源模型防止雙重支付,確保穩定幣轉帳準確性。低Gas費用使其在小額支付場景具競爭力。內存池預排序和Block-STM保證支付交易穩定性和低延遲。

AptosBFT的去中心化共識降低中心化風險,模塊化架構支持嵌入KYC/AML檢查。Aptos能在保證網路效率的同時,滿足金融機構的合規需求。

Aptos在PayFi和穩定幣支付領域的優勢在於"安全、高效、合規"的結合。未來可能推動穩定幣大規模採用,打造跨境支付網絡,或與支付巨頭合作開發鏈上結算系統。高TPS和低成本還能支持微支付場景,如內容創作者實時打賞。

總結:Aptos的技術差異與未來敘事

Aptos的設計在性能與安全之間取得平衡。內存池預排序結合Block-STM的樂觀並行,降低節點門檻,實現160,000 TPS的高吞吐量。保留預排序機制確保網路高負載下的穩定性。Move語言的資源模型提供更高安全性。

Aptos在RWA和PayFi敘事中展現潛力。高吞吐量支持大規模資產上鏈,已與多家金融機構合作。在支付領域,低成本、高效率和合規性支持微支付與跨境結算。

未來,Aptos可憑藉"安全驅動的價值網路"敘事,連接傳統金融與區塊鏈生態,在RWA和PayFi領域持續發力,構建兼具信任與擴展性的公鏈新格局。