Глубокий анализ жизненного цикла транзакций: технические различия между Ethereum, Solana и Aptos

Сравнение различий в технологии блокчейн может показаться скучным из-за разных углов анализа. Чтобы быстро и точно понять различия между различными публичными цепочками, важно выбрать подходящую точку входа. В этой статье мы будем использовать жизненный цикл транзакции в качестве основы и проанализируем полный процесс от создания до окончательного обновления состояния транзакции, включая создание и инициирование, распространение, сортировку, выполнение и обновление состояния, чтобы понять концепцию проектирования и технологические компромиссы каждой публичной цепочки.

Все транзакции в блокчейне вращаются вокруг этих пяти шагов. В этой статье будет рассмотрен Aptos, его уникальный дизайн, а также проведено сравнение ключевых различий между Ethereum и Solana.

Aptos: Оптимистичное параллельное выполнение и высокопроизводительный дизайн

Aptos — это высокопроизводительная публичная блокчейн-сеть, чей жизненный цикл транзакций аналогичен Ethereum, но благодаря уникальному оптимистичному параллельному выполнению и оптимизации пула памяти достигнуты значительные улучшения. Вот ключевые этапы жизненного цикла транзакций в Aptos:

Создание и инициирование

Сеть Aptos состоит из легких узлов, полных узлов и валидаторов. Пользователи инициируют транзакции через легкие узлы (, такие как кошельки или приложения ), легкие узлы передают транзакции ближайшим полным узлам, которые затем синхронизируются с валидаторами.

транслировать

Aptos сохранил пул памяти, однако после QuorumStore пулы памяти не являются общими. В отличие от Ethereum, его пул памяти не просто буфер для транзакций. После того как транзакция попадает в пул памяти, система выполняет предварительную сортировку по правилам (, таким как FIFO или Gas-расходы ), что обеспечивает отсутствие конфликтов при последующем параллельном выполнении транзакций. Этот дизайн избегает высоких требований к аппаратному обеспечению, необходимых для предварительного объявления наборов чтения/записи в Solana.

сортировка

Aptos использует консенсус AptosBFT, при котором предложение не может свободно сортировать транзакции. aip-68 предоставляет предложителям дополнительные права на заполнение задержанных транзакций. Предварительная сортировка в памяти уже завершила избежание конфликтов, создание блока больше зависит от сотрудничества между валидаторами, а не от доминирования предложителя.

выполнить

Aptos использует технологию Block-STM для реализации оптимистичного параллельного исполнения. Транзакции предполагаются без конфликтов и обрабатываются одновременно; если после выполнения обнаруживается конфликт, затронутые транзакции будут повторно выполнены. Этот подход использует многоядерные процессоры для повышения эффективности, TPS может достигать 160 000.

Обновление статуса

Состояние синхронизации валидаторов, окончательность подтверждается контрольной точкой, аналогично механизму Epoch в Эфире, но с большей эффективностью.

Основное преимущество Aptos заключается в сочетании оптимистичного параллелизма и предварительной сортировки в пуле памяти, что снижает требования к производительности узлов и значительно увеличивает пропускную способность.

Ethereum: Бенчмарк последовательного выполнения

Ethereum как пионер смарт-контрактов является исходной точкой технологии публичных цепочек, а жизненный цикл его транзакций предоставляет основную структуру для понимания Aptos.

Жизненный цикл транзакций Ethereum

• Создание и инициирование: пользователи инициируют транзакции через кошелек через ретрансляционный шлюз или RPC интерфейс.

• Трансляция: Сделка вошла в публичный память пула, ожидая упаковки.

• Сортировка: После обновления PoS строители блоков упаковывают транзакции по принципу максимизации прибыли, затем после аукциона на промежуточном уровне передают их предложителю.

• Выполнение: последовательная обработка транзакций EVM, обновление состояния в одном потоке.

• Обновление статуса: блок должен пройти два контрольных пункта для подтверждения окончательности.

Серийное выполнение и дизайн пула памяти Ethereum ограничивают производительность, время блока составляет 12 секунд/слот, TPS низкий. В отличие от этого, Aptos достиг качественного скачка благодаря параллельному выполнению и оптимизации пула памяти.

Solana: предельная оптимизация с определенной параллельностью

Solana известен своей высокой производительностью, его жизненный цикл транзакций значительно отличается от Aptos, особенно в части пула памяти и способов выполнения.

Жизненный цикл сделки Solana

• Создание и инициирование: пользователи инициируют транзакцию через кошелек.

• Трансляция: отсутствует общий пул памяти, сделки отправляются напрямую текущему и двум следующим предложителям.

• Сортировка: Предложитель на основе PoH(Proof of History) упаковывает блоки, время блока составляет всего 400 миллисекунд.

• Выполнение: Виртуальная машина Sealevel использует детерминированное параллельное выполнение, необходимо заранее объявить наборы чтения и записи, чтобы избежать конфликтов.

• Обновление статуса: Быстрое подтверждение BFT-консенсуса.

Причина, по которой Solana не использует пул памяти, заключается в том, что пул памяти может стать узким местом в производительности. Поскольку нет пула памяти и благодаря уникальному консенсусу PoH в Solana, узлы могут быстро достигать консенсуса по порядку транзакций, избегая необходимости ожидания транзакций в пуле памяти, и транзакции могут почти мгновенно завершаться. Однако это также означает, что в случае перегрузки сети транзакции могут быть отброшены, а не ждать, и пользователям необходимо повторно отправить их.

В сравнении с этим, оптимистичное параллельное выполнение Aptos не требует объявления наборов чтения и записи, порог для узлов ниже, а TPS выше.

Два пути параллельного выполнения: Aptos против Solana

Выполнение транзакции представляет собой обновление состояния блока, это процесс преобразования команды инициации транзакции в конечное состояние. Как понять это изменение? Узлы предполагают, что транзакция успешна, рассчитывают её влияние на состояние сети, этот процесс расчета и есть выполнение.

Таким образом, параллельное выполнение в блокчейне относится к процессу одновременного вычисления состояния сети многопроцессорными системами. На текущем рынке параллельное выполнение делится на два типа: детерминированное параллельное выполнение и оптимистичное параллельное выполнение. Различия между этими двумя направлениями разработки коренятся в том, как обеспечить отсутствие конфликтов между параллельными транзакциями — то есть, существует ли зависимость между транзакциями.

Таким образом, можно увидеть, что момент определения конфликтов зависимостей параллельных транзакций в жизненном цикле транзакций — это то, что определяет разделение двух направлений разработки: детерминированное параллельное выполнение и оптимистичное параллельное выполнение. Aptos и Solana выбрали разные направления:

• Детерминированное параллельное ( Solana ): перед трансакцией необходимо объявить наборы для чтения и записи, движок Sealevel обрабатывает параллельные транзакции без конфликтов на основе заявлений, конфликтующие транзакции выполняются последовательно. Преимущества: высокая эффективность, недостатки: высокие требования к аппаратному обеспечению.

• Оптимистичное параллельное выполнение ( Aptos ): Предполагается, что транзакции не конфликтуют, верификация после параллельного выполнения Block-STM, если есть конфликт, то повторная попытка. Предварительная сортировка в памяти снижает риск конфликтов, нагрузка на узлы становится легче.

Пример: Баланс счета A 100, транзакция 1 переводит 70 B, транзакция 2 переводит 50 C. Solana предварительно подтверждает конфликты через декларацию и обрабатывает их в порядке очереди; Aptos выполняет параллельно, и если обнаруживает недостаток средств, корректирует заново. Гибкость Aptos делает его более масштабируемым.

Оптимистичное параллельное завершение подтверждения конфликтов через пул памяти

Основная идея оптимистичного параллелизма заключается в предположении, что параллельно обрабатываемые транзакции не будут конфликтовать, поэтому на стороне приложения перед выполнением транзакции не требуется отправлять заявление о транзакции. Если при проверке после выполнения транзакции обнаруживаются конфликты, Block-STM повторно выполняет затронутые транзакции для обеспечения согласованности.

Однако на практике, если заранее не подтвердить, есть ли конфликты в зависимостях транзакций, то в процессе реального выполнения может возникнуть множество ошибок, что приведет к замедлению работы публичной цепи. Поэтому оптимистичное параллельное выполнение не является простым предположением о том, что транзакции не конфликтуют, а на определенном этапе заранее устраняет риски, этот этап называется этапом трансляции транзакций.

На Aptos, после того как транзакции попадают в общую память, они предварительно сортируются в соответствии с определенными правилами (, такими как FIFO и уровни Gas ), чтобы гарантировать, что транзакции в одном блоке не будут конфликтовать при параллельном исполнении. Таким образом, можно увидеть, что предложители Aptos на самом деле не обладают способностью сортировки транзакций, и в сети нет строителей блоков. Эта предварительная сортировка транзакций является ключевым моментом для реализации оптимистичного параллелизма в Aptos. В отличие от Solana, которая требует введения деклараций транзакций, Aptos не нуждается в этом механизме, что значительно снижает требования к производительности узлов. В отношении сетевых затрат, гарантирующих отсутствие конфликтов транзакций, влияние добавления памяти на TPS в Aptos гораздо меньше, чем затраты, связанные с введением деклараций транзакций в Solana. Таким образом, TPS Aptos может достигать 160 000, что более чем в два раза превышает Solana.

Наратив, основанный на безопасности, является направлением развития Aptos

RWA

Aptos активно продвигает токенизацию реальных активов и решения для институциональных финансов. По сравнению с Ethereum, Block-STM Aptos может параллельно обрабатывать несколько переводов активов, избегая задержек в праве собственности из-за загруженности сети. На некоторых публичных блокчейнах, несмотря на высокую скорость транзакций, отсутствие проектирования мемпула может привести к отклонению транзакций в условиях перегрузки сети, что влияет на стабильность прав собственности RWA. Предварительная сортировка мемпула Aptos гарантирует, что транзакции выполняются в порядке, даже в пиковые часы, что позволяет поддерживать надежность учета активов. RWA требуют сложной поддержки смарт-контрактов, таких как разделение активов, распределение доходов и проверка соответствия. Модульный дизайн и безопасность языка Move позволяют разработчикам легче создавать надежные приложения RWA. В отличие от этого, сложность языков программирования других публичных блокчейнов и риски уязвимостей увеличивают затраты на разработку и требуют высокой кривой обучения для разработчиков. Экологичность Aptos обещает привлечь больше проектов RWA, создавая положительный цикл. Потенциал Aptos в области RWA заключается в сочетании безопасности и производительности. В будущем он может сосредоточиться на сотрудничестве с традиционными финансовыми учреждениями для токенизации высокоценных активов, таких как облигации и акции, используя язык Move для создания стандартов токенизации с высокой степенью соответствия. Эта "безопасность + эффективность" нарратив позволит Aptos выделиться на рынке RWA.

В июле 2024 года Aptos официально объявил о внедрении USDY от Ondo Finance в свою экосистему, а также о интеграции с основными DEX и приложениями для кредитования. По состоянию на 10 марта рыночная капитализация USDY на Aptos составляет около 15 миллионов долларов, что примерно равно 2,5% от общей рыночной капитализации USDY. В октябре 2024 года Aptos объявил, что Franklin Templeton запустил на Aptos Network фонд денежного рынка правительства США, представленный токеном BENJI, (FOBXX). Кроме того, Aptos сотрудничает с Libre для продвижения токенизации ценных бумаг, переводя инвестиционные фонды Brevan Howard, BlackRock и Hamilton Lane на блокчейн, что улучшает доступ институциональных инвесторов.

платежи с использованием стабильной валюты

Платежи в стейблкоинах должны обеспечивать окончательность транзакций и безопасность активов. Язык Move от Aptos через ресурсную модель предотвращает двойные расходы, гарантируя точность каждой транзакции со стейблкоином. Например, когда пользователи платят USDC на Aptos, обновление статуса транзакции строго защищено, чтобы избежать потери средств из-за уязвимостей в контрактах. Кроме того, низкие комиссии за газ Aptos (, благодаря высокой пропускной способности TPS, распределяют затраты ), что делает его очень конкурентоспособным в сценариях мелких платежей. Высокие комиссии за газ Ethereum ограничивают его платежные приложения, в то время как некоторые публичные блокчейны, хотя и имеют низкие затраты, могут столкнуться с риском потери транзакций при перегрузке сети, что может повлиять на пользовательский опыт. Предварительная сортировка в пуле памяти Aptos и Block-STM обеспечивают стабильность платежных транзакций и низкую задержку.

PayFi и стабильные монеты должны учитывать как децентрализацию, так и соблюдение нормативных требований. Децентрализованный консенсус AptosBFT снижает риски централизации, в то время как его модульная архитектура поддерживает разработчиков в встраивании проверок KYC/AML. Например, эмитент стабильной монеты может развернуть в Aptos контракт соблюдения, чтобы гарантировать, что сделки соответствуют местным законам, не жертвуя эффективностью сети. Это лучше, чем централизационная релейная модель некоторых публичных блокчейнов, и компенсирует потенциальные недостатки соблюдения, доминирующие у других предложителей публичных блокчейнов. Сбалансированный дизайн Aptos делает его более подходящим для входа финансовых учреждений.

Потенциал Aptos в области PayFi и платежей со стабильными монетами заключается в триаде "безопасность, эффективность, соответствие". В будущем будет продолжено продвижение массового внедрения стабильных монет, создание сети трансакций между странами или сотрудничество с платежными гигантами для разработки системы расчётов на блокчейне. Высокая пропускная способность и низкие затраты также могут поддерживать сценарии микроплатежей, такие как мгновенные вознаграждения для создателей контента. Нарратив Aptos может сосредоточиться на "инфраструктуре следующего поколения для платежей", привлекая двусторонний трафик как от бизнеса, так и от пользователей.

Преимущества Aptos в области безопасности — предварительная сортировка памяти, Block-STM, AptosBFT и язык Move — не только повышают устойчивость к атакам, но и закладывают прочную основу для нарративов RWA и PayFi. В области RWA его высокая безопасность и пропускная способность поддерживают токенизацию активов и масштабные транзакции; в PayFi и платежах с использованием стабильных монет низкие затраты и высокая эффективность способствуют внедрению реальных приложений. По сравнению с другими публичными цепочками, Aptos демонстрирует устойчивость.