理解Rollup:对于Arbitrum与Optimism争论的解决方案

理解Rollup:对于Arbitrum与Optimism争论的解决方案

所有Rollup都遵循类似的基本架构和内部逻辑。然而,正如我们在这个小系列的第一部分中所看到的,optimal和ZK rollup之间的差异——即“审查过程”在各个方面的工作方式——在安全性、可用性和EVM兼容性方面产生了许多下游差异。

每种类型的Rollup都存在类似的情况。尽管领先的最优Rollup中的“仲裁者”和“乐观主义者”有很多共同点,但将他们分开的不仅仅是部落忠诚。特别是,它们各自的争议解决方法的差异导致了一些重要的性能权衡。考虑到这两个平台的设计都是为了在未来几个月内为以太坊提供全面的扩展能力,这些权衡值得讨论。

早期的开始

首先,对每一个项目的简要历史背景进行了梳理。碰巧的是,两者都有一些不同的起源。

六年半前,在普林斯顿一个寒冷的早晨,一群与埃德·费尔滕教授合作的本科生介绍了他们签署的项目:基于区块链的对齐系统。目标是避免智能合约平台的一些预期扩展挑战。计划是设计一个依赖挑战和解决系统纠纷的区块链,以减少传统矿工的计算工作量。如果没有两个雄心勃勃的博士生,史蒂文·戈德费德和哈里·卡洛德纳,他们的想法在几年后接近费尔滕的想法,这个系统将面临与大多数其他有前途的学术计算机科学项目一样的命运。基于最初的概念构建一个强大的第二层解决方案。不久之后,费尔滕、戈德费德和卡洛德纳共同创立了链外实验室,将arbitrum从抽象的想法引导到具体的现实。

乐观主义的历史也早于它现在的形式。2017年年中,vitalik buterin和Joseph PON联合撰写了一篇关于plasma的论文,plasma是以太坊的早期扩展解决方案。以太坊的一个核心研究小组接管了这项任务,并成立了一个非盈利研究小组来构建这一愿景。随着plasma的一些关键设计限制变得明显,开发在2019年底陷入僵局。plasma的三位顶尖研究人员Karl floersch、Jinglan Wang和Ben Jones并未受到威胁。他们决定转向等离子的自然继承者,最优的卷曲。他们在2020年初成立了人民银行。

争议解决:介绍

回想一下,最优Rollup使用“在证明有罪之前无罪”的方法来处理有效性。最佳Rollup处理事务并将结果反馈给以太坊,以便最终包含在底层链中。争议期确保任何监视Rollup状态的人都可以在Rollup序列器处理无效事务时提交质询。这一挑战立即引发了争端解决进程。矛盾和优化的区别在于争议解决过程是如何工作的——包括需要多少时间和需要多长时间。

Arbitrum 与 Optimism 在争议解决上的初步比较

描述这些差异的最简单方法是乐观主义者的争端解决更多地依赖于以太坊虚拟机(EVM)而不是arbitrum。当有人对乐观主义提出质疑时,整个有问题的交易都会通过EVM进行。与此相反,仲裁庭使用链外争议解决流程将争议减少到交易的一个步骤。然后协议将单步断言(而不是整个事务)发送给EVM进行最终验证。因此,从概念上讲,乐观主义的争端解决过程要比仲裁者简单得多。

就仲裁庭而言,其争议解决过程的离线部分使用递归二分法算法。这听起来很复杂,但事实上,该算法只是强迫“断言方”(处理交易的一方)和“挑战者”(提交质疑的一方)以下图所示的方式来回缩小争议。有趣的是,这个通过递归二分法来回求解的过程是2015年Arbitrim最初概念的一部分

乐观主义解决争端的方法——通过EVM运行整个交易——不仅在概念上更简单:而且更快。没有“多轮”来回像在仲量联行的过程。实际上,由于这个原因,优化的Rollup通常被称为“单轮”,而arbitrum的Rollup则是“多轮”。事实上,这意味着,在不确定的情况下,以太坊的最终确认比在有争议的交易中乐观的情况下延迟更长。正如我们在本系列的第一部分中所讨论的,争议解决的速度非常重要,因为它决定了用户将令牌从rollup撤回到以太坊所需的时间。

另一方面,仲裁解决争端的优势在于,它在链上(即以太坊)的交易成本方面更便宜。在往返争议解决过程完成后,EVM需要处理一小段代码,这比在整个链上重新处理事务要省油得多(在大多数情况下)。

重构的比较

这两种争端解决方案之间的根本权衡似乎只是链条中的速度和成本。但事实上,这种框架有点幼稚,因为很少有人认为它会引起争议,原因有两个:

1.基于仲裁和乐观主义的交易处理者没有处理欺诈交易的经济动机。他们被迫提前放入代币,然后在欺诈交易的情况下切割代币。

2.监控Rollup状态的当事人不愿意提交虚假的欺诈证明——乐观地说,是因为挑战者必须为欺诈证明支付汽油费;而在仲裁中,是因为挑战者必须提供其没收的保证金,所以败诉。

那么,如果争议预计会很少,而且相距很远,那么为什么争议解决过程的结构很重要呢?

尽管争议很少,但必须设计Rollup,以便争议可以随时发生。因此,“有争议”案件的设计将影响流行的“快乐”(即无争议)案件的结构。

在发生争议的情况下,乐观主义必须能够通过EVM运行每一笔交易,因此它不能处理超出以太坊气体限制的交易,因为这些交易无法在链上正确验证。相反,仲裁可以执行任何大型事务,即使它们超过了以太坊的气体限制,因为事务从不通过EVM批量运行,而是首先分解为微小的“步骤断言”。

目前还不清楚乐观主义者的天然气限制会给应用程序带来多大的实际限制。然而,争端解决中的设计差异的另一个可能更重要的含义是,仲裁可以通过减少链上检查点的频率(更新“状态根”)来节省气体。更具体地说,arbitrum可以为更新分配大量离线计算,因为状态根更新理论上可以包括(跟踪)其中包含的所有事务的一步欺诈证明。另一方面,乐观主义者必须在每次交易后检查交易链上的点,以显著增加其在交易链上的足迹。

总而言之,arbitrum应该比乐观主义更省油,所以它对用户来说更便宜——不仅在极少数有争议的情况下,在重大的“快乐”情况下也是如此。

争议解决和潜在的攻击媒介

关于这些不同的争端解决过程的最后一点值得讨论:每个设计对潜在攻击的抵抗力如何。上面,我们讨论了阻止垃圾邮件攻击的经济动机。更具体地说,无论是乐观主义者还是仲裁者的核查者都不愿意提出不必要的挑战。

但是那些不介意承担垃圾邮件Rollup的经济成本的恶意攻击者呢?换言之,如果一个人或实体如此致力于阻止最优Rollup的进程,以至于他们愿意这样做,即使这意味着重复支付错误的挑战,会发生什么?

如上所述,乐观主义的争端解决过程比仲裁机制更简单、更快,因为它只通过EVM提供有争议的交易。这种速度是乐观主义在这里的优势,因为争议可以很快解决,不会阻碍Rollup链的未来发展。

人们担心的是“多轮”争端解决程序,如仲裁庭使用的程序。至少从理论上讲,垃圾邮件发送者可以通过发起一系列连续的挑战来防止Rollup,每个挑战都需要相当长的时间才能解决。事实上,这是一个困扰之前的arbitrum迭代的问题。

然而,arbitrum的更新协议适合这个问题,一个称为“管道”的优雅解决方案。管道允许网络验证器继续处理事务以获得最终批准,即使先前处理的事务存在争议。这将创建一个最近处理但尚未完成的事务的“管道”,而不是一个阻止分类器处理事务并向网络中的所有方提交挑战的瓶颈。

流水线是可能的,因为任何监视网络的人都可以在争端解决过程完成之前立即知道争端是有效的还是无效的。本质上,验证者可以像有争议的交易已经完成一样运行,并继续在正确的结果或“分支”上构建链(即处理交易)。此过程如下图所示,它削弱了任何可能的垃圾邮件攻击的威力。
理解Rollup:对于Arbitrum与Optimism争论的解决方案
来源:链外实验室开发中心

结论

除了争端解决程序的设计之外,仲裁和乐观主义之间还有其他显著的区别,尤其是

1.他们的代码库架构
2.他们的MeV方法

对这些差异的一个非常简短的总结:乐观主义的代码库相对简单,而arbitrum的代码库则更为复杂和雄心勃勃;乐观主义者过去曾表示支持MeV拍卖方法,而arbitrum计划实施公平分拣服务(FSS)。当然,这两个比较点值得单独发表。特别是MeV,这是两个项目之间的一个哲学问题——尽管至少在项目启动后的早期,预计两者都将使用可信的sequencer模型以简化。

最后,从协议层面的细微差别(尽管它们很重要)退一步来看,还有一些“软”因素区分了这两个重量级人物:指导策略、激励设计和社区精神,它们只是其中的一小部分。事实上,如果他们要在长期内取得成功,最佳的Rollup将成为他们自己的世界,而不仅仅是以太坊的附属物。因此,与其说是军备竞赛,不如说是多线战争。它可能有一个赢家;可能有多个。它可能持续数年;它迟早会结束的。这必将对加密货币的未来产生重大影响。

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