Why Aptos: Aptosを支える8つの革新的技術
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Aptos Networkは、世界が求めるアプリケーションを構築する開発者のためのホームです。
Aptosは、より優れた技術とUXを通じて、Web3にパラダイムシフトをもたらします。市場で最も低レイテンシーで、スルーアウトの高いブロックチェーンとして、開発者による効率的な最高のアプリケーションの構築に必要な全てを提供していきます。
Why Aptosの最大の答えは「皆さん」です。つまりAptosコミュニティ。
このネットワークは、ビルダーとクリエイターの献身的な努力によって繁栄しています。
コミュニティと並ぶ、Aptosのもう一つの強みが「強力なテクノロジー」です。この記事では、AptosがWeb3を再定義し、より有意義な利用を実現するための革新的な技術の概要を説明します。この技術革新は、開発者とユーザーにシームレスな体験を提供するために連動するものです。Move言語を使って簡単に開発するにしろ、技術に裏打ちされたユーザー保護機能を利用するにしろ、Aptosが提供する根本価値はスムーズな体験、そして利便性なのです。
1. Move言語によるより良い開発者体験
Aptos Moveは、スケーラブルで将来性のあるアプリケーションのために、より良い開発者体験を生み出します。Aptosフレームワークとともに、Moveは、開発者のアクセス性を制限しがちな複雑さを意図的に取り除くことで、開発効率を飛躍的に向上させます。
Moveは、セキュリティを重視し、安全な資産管理のために設計された、表現力豊かでアクセスしやすいプログラミング言語です。Moveは、Rustがインフラストラクチャ開発にもたらした相互作用をマッピングするための、安全、高速、表現力豊かな手法をWeb3にもたらします。
AptosブロックチェーンはMove言語をネイティブに統合しています。AptosとMoveは同じ設計原理を共有しており、Aptosを効率的で使いやすい開発のためのプラットホームとすることを可能にしています。Moveは当初、Aptosの前身であるブロックチェーン用に設計されました。この関係性によって、既存のMove開発者はAptos上でシームレスな構築が可能になり、新規のMove開発者は、Aptos以前の文書、ガイド、事例からの恩恵を受けることができます。
Aptosは、言語とフレームワークの両面で複数の機能を追加することによって、Moveエコシステムを大幅に改善しています。具体的には、洗練されたセキュリティアーキテクチャ、詳細設定可能なガスメータ、コードのアップグレード性、大規模テーブル、リソースアカウントなどが挙げられます。それ以上に、Moveスマートコントラクトのためのフォーマル・ベリファイアであるMove Proverは、コントラクトの不変量に対する更なる安全策を提供し、Aptosで積極的に拡張されています。
Move言語の初期からの研究者や開発者の多くが、Aptosエコシステム内で構築を続け、言語とMoveコミュニティを強化し続けています。Move言語は、4年以上にわたってテストされ、安全で生産可能であることが証明されています。
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2. Block-STMによる自由度の高いプログラミング体験
Block-STMは、Aptosのソフトウェア・トランザクション・メモリと楽観的並行性制御の原則に基づいて構築されたスマートコントラクトのための新しい並列実行エンジンです。この新しいアプローチによって、開発体験に複雑な影響を与えることなく、トランザクション処理を高速化することができます。
Block-STMは、読み書きの対象となるデータに関する知識を前もって必要とすることでトランザクションの原子性を壊す並列実行エンジンとは違い、開発者が制限なくコーディングし、実際のユースケースで高いスループットと低いレイテンシーを実現することを可能にします。
開発者は、Block-STMを使用して高度に並列化されたアプリケーションを容易に構築することが可能です。Block-STMは、その操作を複数のトランザクションに分割する（論理的な原子性を壊す）必要がある他の並列実行環境よりも豊かな原子性をサポートしています。これによって、低レイテンシーとコスト効率向上によるUXの向上が期待できます。
Block-STMの詳細はこちらをご覧ください。
3. オンチェーンガバナンスと非中央集権化
真に分散化されたパーミッションレスのL1をサポートするために、AptosはシームレスなネットワークとVMの設定変更を可能にするオンチェーンガバナンスを内蔵しています。Aptos Incentivized Testnet 3とMainnetで既に実証されています。
Mainnetでは、「投票力増加制限」を下げることによって、ネットワークの信頼性を向上させました。より積極的な閾値を設定することで、ネットワークの高速ブートストラップを可能にしたのです。52%以上のトークン所有者が、ネットワークの安全性を高めるために提案に投票しました。
立ち上げ当初から、AptosコミュニティはAptosブロックチェーンの動作に影響を与える提案を作成し、投票することが可能になっています。ガバナンス提案は、エポック期間、最小必要量と最大許容量のバリデータステークに関する変更、コアブロックチェーンコードのソフトウェアアップグレードに関わるフラグの変更、バグ修正やAptosの機能強化のためのMove開発者用のコアライブラリのセット、フレームワークモジュールに対するアップグレードなどが可能です。
4. AptosBFTv4コンセンサスによる効率化
AptosBFTv4は、厳密な正しさを証明した初の量産型ブロックチェーンBFTプロトコルです。このプロトコルは最適化された応答性によって、低レイテンシーと高スループットを実現し、基盤ネットワークを最大限に活用することを可能にします。Hotstuffを改良したAptosv4BFTは、コミットの待機時間を3ステップから2ステップに減らし、通信の複雑さを犠牲にすることなく時間的コストを33％削減しました（Jolteonで発表した結果）。
AptosBFTv4は、各ステップでリソースを最大限に活用できるように、プロセッサと同様にパイプライン化されています。その結果として、ブロックに含めるトランザクションの選択から、別のトランザクションセットの実行、ストレージへの別のセットの出力の書き込み、別のトランザクションセットの出力の認証まで、1つのノードがコンセンサスの多くの側面に関与することが可能となっています。スループットを、最も遅いステージによってのみ制限されるようにしています（全ステージを順次組み合わせるのではない）。
セキュリティの厳密性とアップグレード可能性を考慮して実装されたこの実装は、分離のための不変量と、ノーフォークメンタルティを強制する効果的な監査を分離しています。同じソフトウェアスタックが4回のアップグレードを経て、実際のネットワーク上でテストされていることで、その開発プロセスの堅牢性が実証されています。AptosBFTv4は、その4回目の反復によって、最速で生産可能なBFTコンセンサスプロトコルとなりました。
Aptosは、個人のダウンタイムがあっても、ネットワーク全体のアップタイムを保証することが可能で、これはオンチェーン評価システムによって維持されます。レピュテーションシステムは、過去の可用性とパフォーマンスを将来の指標として考慮し、応答しないバリデータやパフォーマンスの低いバリデータの悪影響を自動的に最小化する仕組みです。
5. ユーザーの信頼を獲得する強靭なセーフガード
Aptosアカウントは、キーローテーション、暗号アジリティ、ハイブリッドカストディモデルなどの機能を含む、柔軟なキー管理に対応しています。キーローテーションによる管理は、マルチパーティーアカウントでさえ危険にさらす可能性のある長距離攻撃を防ぐために重要なメカニズムです。他のブロックチェーンでは、ローテーションは全ての資産を新しいアカウントに移行することによってのみ可能です。Aptosでは、アカウントと鍵を切り離す方法によって、新しいデジタル署名アルゴリズムをシームレスに追加し、公開鍵と秘密鍵の種類をサポートすることができます。ハイブリッドカストディーモデルは、高度なリカバリーソリューションとアカウント管理を可能にし、Web2とWeb3の間のギャップを埋めるサポートをしています。
ウォレットは、トランザクションの事前実行を利用して、ユーザーが署名する前にトランザクションの結果をユーザーに開示することができます。署名前にトランザクションを評価することによって、Web3にはびこるフィッシング攻撃などのセキュリティリスクを軽減します。Aptosブロックチェーンは、UXをさらに強固にするために、シーケンス番号や有効期限、チェーンIDという3つの保護領域を通じて、全てのトランザクションの実行可能性を制約し、署名者を無制限の有効性から保護することで、ミスや攻撃を防止しています。
Aptosのコンセンサスプロトコルと認証済みストレージは、より安全で信頼できるUXを可能にするライトクライアントプロトコルのシームレスで実用的なサポートを可能にします。ネットワークは、認証データに直接アクセスするためのフルノードへの接続を誰でもオープンに可能にします。
これは、Web3のマントラである「信用せず、検証する」ことに則したものです。これを実現するために、Aptosは効率的なマルチキャストツリー構造に基づいて、ブロックチェーンの状態を参加者に明示するための高スループット、低レイテンシーのネットワークを提供しています。参加者は、ジェネシス以降の全てのトランザクションを処理するか、ブロックチェーンの履歴を完全にスキップして、ウェイポイントを使用して最新のブロックチェーンの状態のみを同期させることができます。ライトクライアントは、特定のアカウントやデータ値など、ブロックチェーンの部分的な状態を同期させて、BFTタイムスタンプによる検証済みアカウント残高の取得など、検証済み状態の読み取りを可能にします。
6. 将来のネットワークのためのモジュラーアーキテクチャ
Aptosのシステム内の各領域は、全てモジュール性と柔軟性を意識して設計されています。これによって、Aptosのアーキテクチャは頻繁なアップグレードに対応することができるため、ブロックチェーンは最新の技術の進歩を迅速に採用し、新たに登場したユースケースにファーストクラスのサポートを提供することができます。
Aptosのモジュラーアーキテクチャ設計は、クライアントの柔軟性を高め、ダウンタイムなしの頻繁なアップグレードに最適化しています。この機能は、これまでのメインネットの反復、テストネット、および多くの内部ストレステストで既に十分な実証がなされています。Aptosブロックチェーンには、新しい技術革新を迅速に展開し、新しいWeb3ユースケースをサポートするためのオンチェーン変更管理プロトコルが組み込まれています。
7. 提案型報奨制度
Aptos Incentivized Testnet 3では、ノードオペレータのための投票ベースの報酬システムを活用しました。このモデルでは、3分の2の投票が提案者ノードに到達すると、BFTの下でのコンセンサスが達成されます。つまり、それ以降の3分の1の票は含まれず、関連するバリデーターは報酬を得られない仕組みです。
これはレイテンシー競争につながる可能性があり、メインノードクラスターに近いバリデータがより多く報われる傾向を生じてしまいます。この状況では、ノードオペレータは自身のノードをメインクラスターに近づけて、レイテンシーを改善することによってステーク報酬を増やすことができます。これは、近接化を推奨することに繋がるため、分散化と地理的分散を阻害する要因となります。
そこで、より分散化を促進するために、ステーキング報酬システムとして提案のパフォーマンスに基づく報酬を導入しています。
提案ベースのシステムは投票よりもタイムアウトが長く、クロスリージョンのレイテンシに影響されにくいものとなります。これによって、より離れた地域のノードの報酬率が向上し、地理的分散の影響が弱まります。例えば、バリデータが最大のノードクラスタに物理的に配置されていない場合、より少ない報酬しか受け取ることができません。この報酬モデルは、優れた投票パフォーマンスが提案者の当選確率に影響を与えるため、投票行動を引き続き考慮に入れることが必要になります。
8. 高性能なマークルツリー
Aptosは、Jellyfish Merkle Tree（JMT）デザインを採用しています。これは単調増加するバージョンベースのキースキーマを活用して、RocksDBのようなLSMツリーベース（またはログ構造化マージツリー）のストレージエンジンでの書き込み増幅を最適化するものです。JMTは、CPU、I/O、ストレージのフットプリントのトレードオフによって実用的な最適設定を維持しており、ディスク上の状態データを処理しきれないサイズにすることなく、満足のいくパフォーマンスを保証することができます。
Aptosの状態の永続化フォーマットであるJMTに加えて、インメモリでロックフリーのスパースマークルツリーを実装しています。これはキャッシュと並列化に特化したもので、Block-STMと連携し、高性能なグローバル状態更新を実現します。
