擴容金牌種子選手Arbitrum優勢解析

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Rollup 終於來了！隨着 Arbitrum 於 5 月 29 日宣布其主要網絡測試版，以太坊社區終於要實現了期待已久的可擴展性。我們愿景是：將原始數據存放在以太坊Layer1上，而成本高昂的執行和存儲將移至Layer2。同時，Rollup的安全性由Layer1保證，所以比側鏈之類的其他解決方案更安全。不同Layer2解決方案的深度對比詳見下圖：

Arbitrum 的歷史可以追溯到 2014 年。當時這只是學生項目，Ed Felten 教授是導師。在 2015 年至 2017 年期間，Ed Felten 在白宮擔任顧問，這個項目也隨之中斷了一段時間。到了2017 年才重新开始運行，當時Ed Felten 教授回到普林斯頓大學，Steven Goldfeder 和 Harry Kalodner 說服他再次參與該項目。Arbitrum一直都是Rollup項目，只是當時還沒有這個術語。接下來，我們將仔細研究Arbitrum Layer2的爭議解決機制，這是所有架構的核心所在。

多輪爭議解決機制

Arbitrum 的目的一直是解決交互式爭議。因此 Arbitrum 命名指的是法律術語中的“仲裁員”，意為裁決爭議的人。如果有人在交易執行後對結果提出異議，驗證者就用這種裁決爭議的方法來就達成一致。在多輪交互rollup中，程序會反復將N條指令分成大小為N/K的K個部分，直到找到有爭議的具體執行步驟。以下是該過程的圖解：

來源: Tracer.Finance

在發生爭議的情況下，由L 1重新執行交易中最後產生爭議的步驟，以解決爭議並決定爭議的贏家。程序將交易分成多個步驟，並且在L 1只運行有爭議的步驟，減少了在L 1重新執行整個過程的成本。還有一個顯著的好處是，在Arbitrum 上運行智能合約/交易不受以太坊的執行能力/gas 限制，我們只需在 Layer1 上為整批交易發布一個狀態證明就足夠了，從而降低了整體的成本。

而對於Optimism等單輪爭議解決機制中，即使爭議解決立即發生且因為多輪機制不計入額外的時間（Arbitrum的額外時間是一周），L 1都必須執行整個交易來驗證。這意味着 Layer2 受到 Layer1 區塊 gas費的限制。此外，每次交易後還需要在發布鏈上狀態根，進一步增加了成本。

Layer2 最大的期望之一是低交易成本。Arbitrum 團隊也提到他們已經將簡單交易的 gas 成本降低到 2000 gwei。主要成本來自在 Layer1 上記錄交易數據。 Arbitrum 壓縮了頭部數據，且不需要在每次交易後將狀態根發布到 L 1，從而提高了 gas 效率。

多輪交互爭議解決程序有一個強加的時間限制，即為期一周的爭議額外時間。它類似於玩家輪流換手的國際象棋時鐘。驗證人必須在這一周內做出行動，否則他們會在爭議中失敗。這意味着，在實踐中解決爭議的過程會更短。

Arbitrum架構概述

Arbitrum Layer2與Ethereum Layer1之間有一套名為EthBridge的智能合約。EthBridge一方面裁判Layer2鏈上的糾紛，另一方面監督Layer2鏈的收件箱和發件箱。以太坊L 1上的 Arbitrum 收件箱合約是 Arbitrum 架構的重要組成部分。收件箱收集所有交易，並按照先到先得的原則進行排序。

Arbitrum虛擬機（AVM）讀取Layer1鏈上的收件箱合約，並以即定的方式執行計算。ArbOS（Arbitrum Layer2的操作系統）則在AVM上運行，並執行Arbitrum Layer2鏈上的智能合約。

除了上述的重要組成部分，驗證者是Arbitrum生態系統中的主要參與者。驗證者是節點，觀察Arbitrum Layer2上的活動並推進rollup鏈狀態。注意，不是所有的節點都是驗證者。驗證Arbitrum鏈是完全無權需許可的。如果要發布交易或提出異議，參與者只需要運行一個節點軟件並在區塊中進行質押。Arbitrum上有三種驗證者：

• 主動驗證者：持續關注Layer2鏈，並通過提出新的區塊來推進其狀態。

• 防御性驗證者：經常關注Layer2鏈，只有看到另一個驗證者提出的惡意區塊才採取行動。

• 觀望型驗證者：與防御性驗證者類似，監視Layer2鏈以發現不誠實的行為。與防御性驗證者不同的是，他們不會對惡意驗證者提出異議或驗證正確的區塊，而只是提醒系統中的其他驗證者。

Arbitrum的驗證者負責通過在新區塊的質押，來推進鏈的延申和rollup的狀態。驗證者需要質押一定數量的ETH，以便在rollup鏈生成區塊。一旦在一個區塊上質押代幣，驗證者就不能撤銷，直到該區塊被確認。如果另一個驗證者對某個區塊有爭議，他們應該提出他們認為正確的區塊版本，並對其進行抵押。根據爭議機制的結果，獲勝的驗證者將獲得不誠實驗證者的部分賭注，而其余的金額將被燒毀。

區塊上的質押金額是由協議本身動態調整的。Arbitrum設置了一個基本質押參數。這個基礎金額將乘以一個系數，如果由於攻擊而導致鏈的速度減慢，這個系數將以指數增長。

來源: Arbitrum Official Documentation

為了更好地理解 Arbitrum 機制，讓我們看一下 Arbitrum 交易的生命周期：

1）用戶將交易發送到以太坊 Layer1 上的 Arbitrum 收件箱智能合約。

1. 這些交易由AVM以先到先得的方式執行。

2. 輸入收件箱中的交易，進入Arbitrum Layer-2執行過程。

2) Arbitrum Layer-2 上的驗證者在收件箱中讀取這些交易，並以確定性的方式一起執行它們

1. 一旦交易進入收件箱，任何查看收件箱的人都會知道交易的結果。

2. 這意味着，用戶的交易一旦到達收件箱，在 Arbitrum 和以太坊 Layer1 上是都是最終的結果。

   - 終結點：每個人都知道交易結果的時間點。

   - 確認點：以太坊第 1 層驗證交易正確性的時間點。

3) 隨後，Arbitrum 上的驗證者將提出一個包含用戶交易執行的Rollup塊。

1. 此時，每個關注Arbitrum鏈的人都已經知道該區塊是否正確。

2. 一旦產生 rollup 塊，將會有一個為期一周的爭議挑战，直到交易在 Ethereum Layer-1 上得到確認。

4) 在 1 周的爭議窗口之後，如果沒有人對區塊內交易的正確性提出異議，則該區塊將由以太坊 Layer1 確認。

需要強調的一個重點是，從 Layer1 到 Layer2 的交易很快就會得到確認，類似於正常的以太坊 Layer1上的 交易。但是，對於從 Layer2 到 Layer1 的交易，在 Layer1 確認交易之前有 1 周的爭議期。盡管以太坊鏈僅在 1 周爭議期後才知道 rollup 塊的正確性，但由於 Arbitrum 虛擬機的確定性，一旦交易進入收件箱合約，每個觀察第 2 層的人都已經知道結果。

另一個需要注意的重點是 Arbitrum 目前沒有共識協議。權益證明中，佔大多數的驗證者可以強制確認正確的狀態。與之相反， Arbitrum 有正確性證明。即使只有一個誠實節點（N 個中的 1 個）也可以證明大多數惡意節點是錯誤的。歸根結底，是爭議解決算法決定誰對誰錯，而不管多數票。

 Arbitrum的進展

Arbitrum 自 2020 年 10 月 4 日起進入測試網階段，並於 5 月 29 日在以太坊主網上部署了 Abitrum 智能合約。自 10 月份首次發布測試網以來，他們已收到逾300個訪問开發者發布的團隊請求。

目前在Arbitrum One主網測試版上已經有超過700個账戶創建，500個合約部署。在Arbitrum One上已經有了大量且不斷增長的活動。

與該領域的其他Rollup不同，Arbitrum 沒有項目的候補名單，每個人都可以訪問，可以在此基礎上進行开發。Arbitrum 也成功吸引了頂級項目，其中一些宣布在 Arbitrum 上構建的項目包括 Uniswap、Sushiswap、MCDEX、DODO、Biconomy 等，還集成了領先的基礎設施提供商如 The Graph、 Etherscan 和 Chainlink。

結論

Rollup十分安全，並且可以集成 Layer1，是最有希望的以太坊擴容解決方案之一。Rollup還有了不同的方案，包括廣為討論的optimistic rollups和基於零知識的解決方案。我們相信，在不遠的未來，Rollup的競爭將繼續下去。這種公开和透明的競爭會使整個生態系統受益。

由於多輪交互的爭端解決機制，Arbitrum在gas限制和 Layer2 鏈的虛擬機設計方面具有極大的優勢。雖然陪審團還沒有定論，但已經可以看到其潛力，Arbitrum將獲得大量採用。然而最終無論誰是Rollup競爭的勝利者，以太坊生態系統都將從中獲益，這一點是無可爭議的。

我們相信Arbitrum會對以太坊最大的可擴展性提供巨大幫助。Arbitrum團隊在過去的幾年裏一直努力鑽研，目前看來他們將成功領先市場。從他們开放的开發方式和大量的合作關系來看，Arbitrum的推出是大獲成功的。

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