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因觀察角度不同而顯得枯燥或片面。要快速準確地理解Aptos與其他公鏈的區別,選擇一個合適的切入點至關重要。

交易的生命週期是一個理想的分析視角。通過研究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,我們可以清晰把握各公鏈的設計思路與技術取舍。以此爲基準,向後可理解公鏈的核心敘事,向前則可探索如何在Aptos上開發吸引市場的應用。

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,並對比以太坊與Solana的關鍵差異。

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性能提升。以下是Aptos上交易生命週期的關鍵步驟:

創建與發起

Aptos網路由輕節點、全節點和驗證者組成。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之後內存池之間不共享。與以太坊不同的是,其內存池不僅是交易緩衝區。交易進入內存池後,系統會根據規則(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。Aptos的網路架構清晰支持這一設計。

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不使用內存池是因爲內存池可能成爲性能瓶頸。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

交易的執行代表區塊狀態的更新,是交易發起指令轉化爲具有最終性狀態的過程。節點假設交易成功,計算其對網路狀態的影響,這個計算過程就是執行。

區塊鏈中的並行執行指的是多核處理器同時計算網路狀態的過程。當前市場中,並行執行分爲確定性並行執行和樂觀並行執行兩種方式。這兩種開發方向的差異根源在於如何確保並行交易不發生衝突------即交易之間是否存在依賴關係。

在交易生命週期中,確定並行交易依賴項衝突的時機決定了確定性並行執行與樂觀並行執行兩種開發方向的分化,Aptos與Solana選擇了不同方向:

• 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

樂觀並行的核心思想是假設並行處理的交易不會衝突,因此在交易執行前,應用端無需提交交易聲明。若交易執行後驗證時發現衝突,Block-STM會重新執行受影響的交易以確保一致性。

然而實踐中,若不提前確認交易依賴項是否衝突,真實執行時可能出現大量報錯,導致公鏈運行卡頓。因此,樂觀並行並非單純假設交易無衝突,而是在某一階段提前規避了風險,這個階段就是交易廣播階段。

在Aptos上,交易進入公共內存池後,會根據一定規則(如FIFO和Gas費用高低)進行預排序,確保一個區塊內的交易在並行執行時不會衝突。由此可見,Aptos的提議者實際上不具備交易排序能力,網路中也不存在區塊構建者。這種交易預排序是Aptos實現樂觀並行的關鍵。與Solana需引入交易聲明不同,Aptos無需此機制,因此對節點性能的要求大幅降低。在確保交易不衝突的網路開銷上,Aptos加入內存池對TPS的影響遠小於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。交易預排序的影響是Aptos上捕獲MEV的難度加大,這對用戶而言利弊兼存。

基於安全性的敘事是Aptos的發展方向

RWA

Aptos正在積極推進現實資產代幣化和機構金融解決方案。相比以太坊,Aptos的Block-STM能並行處理多筆資產轉移交易,避免因網路擁堵導致的確權延遲。在某些公鏈上,盡管交易速度快,但無內存池設計可能在網路過載時丟棄交易,影響RWA的確權穩定性。Aptos的內存池預排序則確保交易按序進入執行,即使高峯期也能維持資產記錄的可靠性。

RWA需要復雜的智能合約支持,如資產分割、收益分配和合規性檢查。Move語言的模塊化設計和安全性,讓開發者能更輕鬆地構建可靠的RWA應用。相比之下,某些公鏈的智能合約語言復雜性和漏洞風險增加了開發成本,而另一些公鏈的編程語言雖高效,卻對開發者學習曲線要求較高。Aptos的生態友好性有望吸引更多RWA項目落地,形成正向循環。

Aptos在RWA領域的潛力在於安全性和性能的結合。未來,其可聚焦於與傳統金融機構合作,將債券、股票等高價值資產上鏈,借助Move語言打造合規性強的代幣化標準。這種"安全+高效"的敘事,能讓Aptos在RWA市場中脫穎而出。

2024年7月,Aptos官宣引入某金融機構的代幣USDY並於主要的DEX、借貸應用集成,截止3月10日,USDY在Aptos上的市值約爲1500萬美元,約佔USDY總市值的2.5%。2024年10月,Aptos宣布某資產管理公司已在Aptos Network上推出以BENJI代幣爲代表的鏈上美國政府貨幣基金。此外,Aptos與某公司合作推進證券代幣化,將多家投資公司的投資基金上鏈,增強機構投資者訪問。

穩定幣支付

穩定幣支付需要確保交易的最終性和資產安全。Aptos的Move語言通過資源模型防止雙重支付,確保每一筆穩定幣轉帳的準確性。例如,用戶使用Aptos上的USDC支付時,交易狀態更新受到嚴格保護,避免因合約漏洞導致資金丟失。此外,Aptos的低Gas費用(得益於高TPS分攤成本)使其在小額支付場景中極具競爭力。某些公鏈的高Gas費用限制了其支付應用,而另一些公鏈雖成本低,但網路過載時的交易丟棄風險可能影響用戶體驗。Aptos的內存池預排序和Block-STM則保證了支付交易的穩定性和低延遲。

PayFi和穩定幣支付需兼顧去中心化與監管合規。AptosBFT的去中心化共識降低了中心化風險,同時其模塊化架構支持開發者嵌入KYC/AML檢查。例如,一個穩定幣發行商可在Aptos上部署合規合約,確保交易符合本地法規,而不犧牲網路效率。這一點優於某些公鏈的中心化中繼模式,也彌補了其他公鏈提議者主導的潛在合規短板。Aptos的平衡設計使其更適合金融機構入場。

Aptos在PayFi和穩定幣支付領域的潛力在於"安全、高效、合規"的三位一體。未來,會持續推動穩定幣的大規模採用,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,如內容創作者的實時打賞。Aptos的敘事可聚焦於"下一代支付基礎設施",吸引企業和用戶雙向流量。

Aptos在安全性上的優勢------內存池預排序、Block-STM、AptosBFT和Move語言------不僅提升