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BeeLab研究簡報:深度解讀Aptos_TOS:APT

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Aptos最有意思的點,并不在于吹上天際的16萬TPS的交易并行模式BlockSTM,而在于它的每個區塊里沒有交易的原始數據。Aptos的出塊者僅在區塊頭上標記出,這個Block內應當包含哪些交易,接收到Block的節點需要自己去本地的交易池里查找這些交易,然后把這批交易上鏈

這樣做有什么好處?答案是:節約帶寬。Nervos公鏈研究員張韌曾說:實際上是區塊鏈吞吐量的最大限制,TPS就是的游戲。任何公鏈想要獲得更高的TPS,都要先解決帶寬消耗問題。決定一個公鏈網絡TPS的核心在于它每秒能對多少筆交易達成共識,這就要看網絡帶寬與數據傳播速度。

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以太坊等傳統公鏈的數據傳輸方式存在嚴重冗余,用戶交易先在P2P網絡里廣播,置入幾乎所有節點的,然后出塊者會從自己的交易池里把交易,再廣播。這樣下來,一筆交易數據會在網絡內廣播,造成了嚴重帶寬浪費。目前,以太坊每個區塊包含的數據不能太多

Solana為此做出了最極端的嘗試,直接把交易池取消不要了,所有的用戶交易先發給指定的出塊者Leader,再由Leader廣播給其他節點。這樣一來,每筆交易只需要在網絡內廣播。代價是沒了交易池,垃圾交易過濾能力大幅下降。

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專門給比特幣礦工同步區塊的FIBRE則使用了接近于Aptos的方案。出塊者只向其他礦池節點發布最新區塊的區塊頭,里面會標記,這個區塊里應該包含哪些交易數據。接收到這個區塊頭的礦池節點,會去自己的交易池查找相關交易,把它們上鏈。若找不到,就去向發布區塊頭的出塊者索取

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Aptos的做法實質與FIBRE接近。出塊者Leader發布的也是袖珍型區塊,里面會標記一批交易的ID號,指定執行順序和結果。收到袖珍區塊的Validator,去自己的交易池里找對應的交易數據,按Leader在袖珍區塊里標記好的順序執行,然后再把它們上鏈。

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這樣一來,真正限制Aptos吞吐量的,是節點們每秒能同步多少筆交易數據,而不在于出塊者發布區塊的速度、區塊的數據容量。

因為Leader可以在一個袖珍區塊里,把交易池剩余的交易全標記了,讓Validator一次把交易池里的交易全執行完。以現在的電腦硬件水平,節點每秒處理幾千筆交易是毫無壓力的。

一般而言,Aptos的共識節點時刻都會接收待處理的交易。每個共識節點Validator會把多筆待處理交易合并成一個批次Batch,廣播給其他共識節點。其他共識節點收到這個交易批次后,會把它放進交易池里,并反饋給發布者一個回執簽名。

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比如:某個共識節點V在2秒內收到了50筆待處理交易,它驗簽后,把這50筆交易打包成了一個批次Batch,發送給其他共識節點。接收到Batch的節點也這么做,一傳十十傳百,這個交易批次最終裝進了所有節點的交易池里。

每個接收者確認交易批次后,要給V發一個回執簽名。

假設網絡內有3f+1個共識節點,當V收到2f+1個回執后,就生成一個可用性證明PoAv。

每個批次Batch對應的PoAv,保證至少有2f+1個節點同步了這個交易批次。跟據拜占庭容錯,可以認為所有節點最終都會收到這個交易批次。

其實這就相當于,網絡節點對一個Batch完成了共識確認

Leader發布的袖珍區塊中,會標記出一些生成了PoAv的交易批次Batch,叫接收者去自己的交易池里,找出這些已被同步給共識節點的交易Batch。很顯然,在這種模式下,實質制約網絡吞吐量的,是網絡每秒能對多少筆交易達成同步共識,也就是每秒能為多少筆交易生成PoAv可用性證明。

這就有點像DAG公鏈一樣,很多共識節點都可以發布一個區塊,廣播到網絡中。但DAG的分叉選擇算法只會選擇一部分區塊上鏈,因為這些區塊可能包含沖突,比如包含某筆相同的交易。如果同時認可它們,就會造成雙花。

Aptos面對的問題也在于這,如果兩個交易Batch包含同一筆交易,那么有一個Batch必定被廢棄。

如果Aptos在這方面好好優化,相信可以解決此類問題。至于其一貫鼓吹的BlockSTM并行執行模式,無外乎就是允許節點同時執行多筆交易。以太坊是串行執行,同一時刻只能執行1筆交易。但按照@chenxingdotli李辰星博士的看法,CPU單個核心每秒最多可以串行執行約5萬筆基礎轉賬,換做SWAP大概可以跑5000筆

但每秒最高可以執行5000筆SWAP的以太坊節點,平均每秒只能對10幾筆交易達成共識。顯然,串行還是并行與否,不是限制Layer1公鏈效率的最大問題。況且,Aptos的BlockSTM在理想狀態下,也只是比以太坊提高了8-16倍的交易處理速度,這比Solana的Sealevel低了不知道多少。

值得注意的是,Aptos的節點帶寬要求和Solana一樣,都是1Gbit/s,換成網速就是125MB/s。這其實就說明了,它最后還是要以高配節點的方式,走縱向擴容之路。既然有了Solana作為前車之鑒,想必也不必對Aptos的效率抱以太大期望。

Aptos最大的亮點還是在于MOVE這門開發語言。如果MOVE可以展現出Solidity不具備的業務建模能力,那么Aptos還是會有很大的崛起可能。外加Multicoin和FTX、a16z等一眾資本巨頭入局,即便是在開盤就被Paradigm某工程師低級黑的情況下,還是會有很強的后勁。

畢竟市場本身就充滿了不確定性,沒人能預知未來。

在此感謝@Huobi_Research@jiangmengchu11@XResearchDAO的研報對我的啟發,并且感謝unipass開發人員@xcshuan及@NervosNetwork的資料素材。

?這里面第二段的表述有些問題,應該是在帶寬有限的情況下,改善了利用方式。Aptos的做法類似于Rollup,每個區塊只包含交易數據的摘要,而不是完整的交易數據。這樣一個區塊就可以映射幾千上萬筆交易,而不像以太那樣只有幾百筆。

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