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区块链技术Layer2 剖析:Arbitrum 如何改进 Optimistic?

第17383篇区块链技术文章区块链技术Layer2 剖析:Arbitrum 如何改进 Optimistic?

引言

最近,基于以太坊的第二层产品层出不穷,市场表现异常火爆。我不知道您是否注意到,每一款产品推出后,都会推出类似的促销声明,比如“它的产品基于主流的第二层解决方案,它有什么优势,在某个方面可以给产品和用户带来更好的体验”。感兴趣的读者可能会思考这些计划是什么?基本原则是什么?有什么缺点吗?今天,zkswap团队将带领您全面了解layer2的整体情况,基于技术对整个产品市场进行细分,并深入分析其背后的技术原理。我相信前面很多文章都介绍过,根据数据存储和事务有效性证明的不同方式,第二层方案可以分为四类,如下图所示:

Layer2 概览

Layer2 剖析:Arbitrum 如何改进 Optimistic?第二层方案划分

数据存在于链上,即,链上有数据可用性的方案有:ZK rollup,最优rollup;
链下有数据存在的方案,即链上没有数据可用性的方案有:Valium,plasma;
利用零知识证明主动保证有效交易的方案有:ZK rollup,Valium
用户需要提交欺诈证明来主动验证交易有效性的方案有:最优方案、等离子方案;

随着layer2技术的不断发展,等离子方案和安定方案逐渐失去了市场话语权。大部分产品都是基于另外两种解决方案,因为这两种解决方案的优缺点是显而易见的,所以项目方会根据不同的考虑选择不同的解决方案。下一步,我们将通过一个表格来展示整个第二层的情况:
Layer2 剖析:Arbitrum 如何改进 Optimistic?第二层产品部门

第二层从表格中可以看出,有两个标记的方案:

由offchain labs开发的Aru扩展方案被归类为类似oru方案的最优上卷方案,但oru与oru的主要区别在于欺诈证明的交互过程,这将在随后的技术分析中进行分析;

本文主要对oru和Aru进行分析,以更好地呈现两者的主要区别。

首先,简要介绍了oru协议中的两个概念:

Optimistic Rollup(ORU) — Fraud Proof 欺诈证明

CTC(规范事务链):存储所有事务信息以确保数据可用性(详细描述请参见链接优化细节)。

STC(state commitment chain,状态承诺链):存储一系列状态根,与CTC中的交易订单一一对应(详情请参见链接优化详情)。两者之间的关系如下图所示:

Layer2 剖析:Arbitrum 如何改进 Optimistic?

S0是初始状态根,图中的绿线表示:事务TX1执行后,状态根为S0=>S1。这些操作是由定序器执行的,定序器在oru协议中起着重要的作用,主要负责三件事:

1。接受用户的交易;
2。滚动这些事务并将它们添加到CTC;
3。计算每个事务的状态根并将其添加到STC;

如果sequencer犯了错误并提交了错误的状态根(后续的状态根自然无效),如下图所示。验证程序如何验证序列器是否犯了错误?验证者的质询过程主要分为三个步骤:

1。声明要质询的事务,并在事务执行之前提供状态根;
2。将L2上与事务相关的所有状态上载到L1(因为质询的思想是在L1上重新执行L2)3。在L1中重新执行被质询事务,计算新的状态根,判断定序器是否作恶;
如果定序器作恶,押金将被没收,部分押金将被授予验证者。最优的缺点如下:

1。由于不主动保证事务的有效性,sequencer每次提交状态更新都要设置质询期,约一周,时间过长;
2。用户质询的代价非常高,包括:(1)将质询事务的所有相关数据发送给L1;(2)L1中的EVM执行事务并更新状态根;

优点:EVM兼容。

Aru的设计与oru相似,主要区别在于挑战机制。在oru协议中,定序器和验证器之间只有一种交互,即定序器提交状态转换,验证器完成后续的质询。因为sequencer声明“初始状态是Si,在事务TXI执行之后,状态根变为Si+1”。因此,我们必须在L1上完全执行整个事务。

Aru协议优化了上述过程。实际上,在L1上执行事务的过程实际上就是在虚拟机上执行某些指令的过程。Aru协议认为,在整个事务执行过程中,状态更新的失败必然是某些指令的失败。因此,我们只需要在执行指令时发生异常时证明定序器,就可以证明定序器做了坏事。具体流程如下图所示:

Layer2 剖析:Arbitrum 如何改进 Optimistic?

注:在Aru协议中,评估者对应于oru协议中的序列器,挑战者对应于oru协议中的验证者。我们知道,

1。评价者与挑战者之间存在着大量的交互作用,交互作用的数量与N成对数关系。
2。将验证整个事务的执行过程简化为一条简单的验证指令,大大节省了验证成本。
三。EVM与同一流程兼容。

Arbitrum Rollup(ARU) — Fraud Proof

当然,协议中还有许多细节没有在本文中解释。本文不打算过多介绍。内容已经很长了。如果读者想了解更多关于Aru的信息,请访问offshainlabs的官方网站。

虽然基于最优汇总(oru)路径的第二层扩展方案逐渐被市场上更多的产品所接受,但未来第二层扩展的最终方案仍然是zkrollup(zru)兼容EVM。在目前的第二层产品市场中,EVM的兼容性比安全性和效率更受关注。当然,完美的解决方案是与EVM兼容的ZK汇总。在此之前,layer2扩展解决方案应该在一段时间内平衡兼容性和安全性。这有利于第二层扩展技术的发展,并为链外实验室树立了良好的榜样。当然,zkswap团队将继续研究和探索。根据zkswap的路线图,今年将发布与EVM兼容的ZK rollup版本,以实现更好的可组合性和安全性,而不是牺牲一定的安全性来实现与EVM兼容的集成。你知道吗

Layer2 剖析:Arbitrum 如何改进 Optimistic?

注:在 ARU 协议里,Asserter 对应 ORU 协议里的 sequencer,Challenger 对应 ORU 协议里的 verifier。

据上所知:

1. Asserter 和 Challenger 间进行了多次的交互,交互次数和 n 成对数关系;
2. 把验证整个交易的执行过程,简化成了单纯的验证一条指令,大大的节省了验证成本;
3. 同样兼容 EVM;

当然,ARU 协议仍然有很多细节还未在本篇文章里说明,本篇不打算过多介绍,内容已经很长,如果读者想了解 ARU 更多细节,请参考 offchainlabs 的官网。

写在最后

虽然以 Optimistic Rollup(ORU) 路线为主的 Layer2 扩容方案逐渐的被市场上更多的产品所接受,但是未来的 Layer2 扩容终极方案仍然是兼容 EVM 的 zkRollup(ZRU)。目前的 Layer2 的产品市场上,对于 EVM 的兼容性比安全性和效率更受关注,当然完美的方案是兼容 EVM 的 zk rollup;在此之前,Layer2 扩容方案应该会在一段时间内在兼容性和安全性之间权衡选择。这有利于 Layer2 扩容技术的发展,Offchain Labs 做了很好的榜样;当然,ZKSwap 团队也会持续研究探索,按照 ZKSwap 的路线图,将在今年发布兼容 EVM 的 ZK Rollup 版本,取得更好的可组合性和安全性,而不用像 optimistic 的解决方案,通过牺牲一定的安全性来实现与 EVM 的兼容。

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