ARB:Layer2：Rollups詳細解讀-ODAILY_ROL

背景介紹

從比特幣創世開始，一直到以太坊網絡中CryptoKitties游戲的出現。主流公鏈項目最被人詬病的地方就是低下的TPS。以太坊15左右的TPS完全無法給大多數應用提供實時穩定的支持，這與當前互聯網行業動輒上萬TPS的業務形成了鮮明的對比。甚至有很多人因此覺得公鏈將長期處于“不可用”狀態。然而，公鏈愛好者不會因為困難而停下腳步。

主流方案對比

對于以太坊而言，過去幾年內關于以太坊擴容的方案如雨后春筍般涌出，形成了百家爭鳴的態勢。其主流的方案如下所示:

1.鏈上擴容：

分片技術：分片一詞本來源于數據庫的術語，表示將大型數據庫分割為很多更小的、更易管理的部分，從而能夠實現更加高效的交互。

區塊鏈分片是指對區塊鏈網絡進行分片，從而增加其擴展性。根據最新的以太坊2.0規范，以太坊區塊鏈會被分為1024個分片鏈，這也意味著以太坊的TPS將提高1000倍以上。但目前Sharding方案仍然在跨分片通信、欺詐識別、隨機分配與選舉安全性等方面存在不足。

以太坊Layer2上總鎖倉量為94.32億美元:金色財經報道，L2BEAT數據顯示，截至目前，以太坊Layer2上總鎖倉量為94.32億美元，近7日跌3.20%。其中鎖倉量最高的為擴容方案Arbitrum One，約56.72億美元，占比60.13%，其次是Optimism，鎖倉量21.25億美元，占比22.53%。[2023/7/8 22:25:49]

2.鏈下擴容：

狀態通道：指代用于執行交易和其他狀態更新的“鏈下”技術。

但是，一個狀態通道內發生的事務仍保持了很高的安全性和不可更改性。如果出現任何問題，我們仍然可以回溯到鏈上交易中確定的穩定版本。

側鏈技術：側鏈是平行于主鏈的一條鏈，由側鏈上的驗證者把一條鏈的最新狀態提交給主鏈上的智能合約，這樣持續推進的一類系統。側鏈通常使用PoA(Proof-of-Authority)、PoS(ProofofStake)等高效的共識算法。它的優勢在于代碼和數據與主鏈獨立，不會增加主鏈的負擔，缺陷在于它的安全性弱、不夠中心化，無法提供審查抗性、終局性和資金所有權保證。

LayerZero新增對Metis的支持:12月9日消息，以太坊Layer 2網絡Metis在推特上表示，跨鏈互操作性協議LayerZero已支持Metis。[2022/12/10 21:34:43]

Rollup技術：顧名思義，就是把一堆交易卷起來匯總成一個交易，所有接收到這個交易的節點只去驗證執行結果，而不會驗證邏輯。因此Rollup交易所需Gas費會遠小于交易Gas費總和，TPS也增加了。

主流的Rollup技術可以分為兩類：

ZkRollup：基于零知識證明的Layer2擴容方案，采用有效性驗證方法(VP)，默認所有交易都是不誠實的，只有通過有效性驗證才會被接受。ZkRollup在鏈下進行復雜的計算和證明的生成，鏈上進行證明的校驗并存儲部分數據保證數據可用性。

OptimisticRollup：樂觀的Rollup協議，采用欺詐證明方法，即對鏈上發布的所有Rollup區塊都保持樂觀態度并假設其有效，它僅在欺詐發生的情況下提供證據。

手游開發商Netmarble推出基于Kakao旗下公鏈Klaytn的游戲區塊鏈生態系統MarbleX:3月2日消息，韓國最大手游開發商 Netmarble 宣布推出基于韓國社交媒體巨頭 Kakao 旗下公鏈 Klaytn 的游戲區塊鏈生態系統 MarbleX（MBX），MBX 將作為 Netmarble 連接其游戲和技術的平臺，以將其內容擴展到 NFT 和元宇宙。據悉，Netmarble 正在開發的區塊鏈游戲包括「Second Country」、「Golden Bros」、「Champions: Ascension」、「How to Train Your Monster Arena」和「Everyone's Marble: Metaworld」。[2022/3/2 13:32:35]

樂觀Rollup的優勢在于能使得原生Layer1上的solidity合約可以無縫移植到Layer2，從而最大程度提升了技術人員的研發體驗，目前主流方案包括Optimism和Arbitrum。

Plasma方案：通過智能合約和Merkel樹建立子鏈，每個子鏈都是一個可定制的智能合約，子鏈共存并獨立運行，從而大幅降低主鏈的TPS壓力。

Layer2協議Loopring將上線NFT鑄造功能:2月23日消息，Layer2協議環圈在社交媒體上表示，Loopring將上線NFT鑄造功能，用戶可以通過環圈錢包在以太坊第2層網絡上以低于2美元的成本鑄造自己的NFT，并保證和以太坊主網同等的安全性。[2022/2/23 10:10:42]

我們對解決方案進行比較，結果如下：

Rollup機制目前被普遍認為是最有前景的擴容方式，在兩種主流的Rollup方案中，最核心的問題便是如何驗證Rollup交易中的真實性。

OptimisticRollups和ZKRollups運用了不同的思維邏輯，前者樂觀地相信交易的真實性，而后者悲觀地不相信，因此生成零知識證明來自證清白。

相比之下，兩者的優劣如下：

OptimisticRollup的優勢是能夠更好地支持EVM合約，劣勢在于驗證效率低，安全性較低；

Layer2匿名交易協議ZKCHAOS將在5月中旬進行雙重IDO:據官方消息，Layer2匿名交易協議ZKCHAOS將在5月中旬，在BSC Station和Bounce進行雙重IDO。IDO價格為0.25美元，硬頂為25萬美元，IDO代幣占到總量的1%。[2021/5/8 21:39:17]

ZkRollup的優勢在于高度去中心化，驗證效率高，劣勢在于生成零知識證明并打包的過程非常復雜，較難兼容EVM，也較難落地。

下面主要對OptimisticRollup的兩大方案Optimism和Arbitrum進行介紹。

Optimism和Arbitrum

首先我們來看看OptimisticRollup方案的流程：

Optimism和Arbitrum在基本流程上跟上述描述一樣，直截了當來說：Optimism的爭議解決方案比Arbitrum更依賴于以太坊虛擬機(EVM)。當有人提交關于Optimism的挑戰時，存在問題的交易都會通過EVM再運行一遍。

相比之下，Arbitrum使用鏈下爭議解決流程將爭議二分減少到一筆交易中的一個步驟。然后，協議將這個一步的斷言發送到EVM進行最終驗證。

因此，從概念上講，Optimism的爭議解決過程比Arbitrum簡單得多。但Arbitrum大大減少了鏈上的驗證壓力。

Arbitrum的整體架構如下所示：

由于Arbitrum是針對以太坊的擴容方案，因此Arbitrum架構自然部分存在于Layer1上，部分存在于Layer2上；

存在于Layer1上的Arbitrum組件為EthBridge，它是一組以太坊合約；

EthBridge負責仲裁ArbitrumRollup協議，以及維護鏈的inbox和outbox；

鏈的inbox和outbox允許用戶、Layer1合約和完整節點將他們的交易發送到鏈并觀察這些交易的結果；

Arbitrum虛擬機是Layer1和Layer2之間的網關，這也由EthBridge產生；

AVM能夠讀取輸入，并對這些輸入執行計算以產生輸出；

ArbOS運行在Arbitrum虛擬機之上，負責保證Arbitrum鏈上智能合約的執行；

ArbOS完全存在于Layer2上，并像在以太坊上運行一樣運行EVM合約。

Arbitrum的爭議解決過程主要依賴鏈下的遞歸二分算法。該算法通過不斷二分差異點來迫使”斷言者“和”挑戰者“縮小分歧，最終在Layer1上解決分歧。解決的具體方案如下所示：

而Optimism則直接讓EVM執行整個交易，因此它只需要一輪交互即可完成。出于這個原因，OptimismRollup通常被稱為“單輪”，而ArbitrumRollup是“多輪”。兩者最大的區別在于：Arbitrum解決爭議時間長，因此確認時間較長。Optimism需要執行整個交易，Gas費更高。

Eigen——Layer2Rollup的隱私計算方案

對于隱私計算而言，通常結果是樂觀主義的。在隱私計算領域，一筆交易極其復雜，在Layer1執行完這筆交易非常困難，因此，Arbitrum是隱私計算領域中較優的選擇，這也是Eigen基于Arbitrum進行開發的原因。

EigenRollup是一套EVM兼容、支持樂觀執行和可驗證性聲明的混合Rollup方案。

樂觀執行：類似于CPU的分支預測(BranchPrediction),交易會被預執行，驗證者驗證交易的合法性；通過挑戰協議對有爭議的交易進行裁決；

可驗證性聲明：采用TEE簽名和零知識證明技術對計算過程的正確性和結果完整性提供非交互式證明。

EigenRollup基于Arbitrum提供如下技術：

隱私可驗證性證明：EigenRollup在Arbitrum的交互式證明方案的基礎上，采用TEE進行關鍵隱私操作指令的執行，從而降低交互式證明消耗，提供交互式證明的隱私保護；

公平定序器：現有的定序器存在中心化程度太高，以及跟驗證節點聯合作惡的風險。EigenRollup采用一種公平算法來實現定序器，實現了低手續費的同時，也防止了MEV等攻擊的可能性。

分布式任務執行引擎：EGVM作為隱私合約的執行虛擬機，支持分布式任務管理。EGVM會將分布式任務調度到EigenCC計算集群進行并行計算,并且生成對應的可驗證證明。

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