Rollup 工作原理

一文读懂以太坊扩容方案 ─ Rollup 工作原理

Arbitrum Rollup是一个链外协议，由链上Ethereum合约管理。一个dapp开发者有一组用Solidity编写的合约，开发者将这些合约编译成Arbitrum虚拟机（VM），在Arbitrum Rollup上运行。你希望它们能快速运行。Rollup的基础知识让我们从基础知识开始。你的虚拟机的状态被组织成一个Merkle树，所以可以计算出虚拟机状态的加密哈希。在协议中的**一点，虚拟机的某个状态都是**确认的和**的。它的哈希值存储在链上。协议的参与者可以做出一个可争论的断言（DA），该断言声称，从某个状态哈希开始，在一些技术前提条件下，虚拟机可以执行指定数量的计算步骤，从而得到指定的新状态哈希，并且在计算过程中虚拟机进行指定的支付和发出指定的日志事件。DA可能是有效的（即真实的）或无效的。做出DA的一方将被要求对DA的有效性进行押金。(更多关于赌注和它们如何工作的内容将在下面介绍。)

如上图所示，一个可争议的断言创建了一个逻辑决策点，协议**要解决这个问题。如果DA有效，系统将进入右上角的新状态，有一个新的状态哈希，并有DA中指定的副作用（支付和日志）。或者在另一个分支上，DA无效，它被拒绝，状态不变。旧的Arbitrum协议最初的Arbitrum协议每次处理一个可争论的断言。某个当事方会提出一个DA，然后会有一个质疑期，在此期间**人都可以对DA提出质疑。如果没有人提出质疑，则确认DA；否则将运行争议协议，取消DA（为安全起见，以防提出者和质疑者合谋 "烹制 "争议结果）。这很简单，但有两个缺点。首先，由于一次只能有一个诉讼请求，虚拟机的进展速度将受到限制。本质上，在每个挑战期内都必须停止进展。第二，恶意方可以通过故意挑战为该虚拟机制作的所有DA来冻结该虚拟机。这将使攻击者付出一系列的赌注，但如果他们愿意付出这个代价，他们可以至少在某些情况下长时间地保持进度。新的和改进的我在这篇文章中介绍的新的Arbitrum Rollup协议解决了上述两个缺点。多个DA可以被 "管道化"，这样一个虚拟机的进度就像验证节点可以模拟虚拟机的计算一样快。其次，正如我们在下面会看到的那样，一个恶意行为者不能减慢进度，他们只能暂时延迟链上对结果的认可，而这些结果对诚实的各方来说已经是 "不可信的**结果"。那是怎么做到的呢？让我们来挖掘一下新协议......每个状态最多可以有一个DA跟随它。如果一个DA没有跟随状态，那么**人都可以创建一个跟随它的DA，创建一个新的分支点。结果将是一棵可能的未来树。

stake

协议的另一个重要部分是staking。**人都可以放一个stake在树上的一个方格上。通过在一个方格上staking，你是在断言这个方格**会被协议所确认。换句话说，你是在断言你已经在从当前状态到你所staking的方格的路径上的每一个DA采取了正确的分支。如果你错了，你可以预期失去你的stake资产。staking的行动不能被撤销。你可以将你的stake向右移动--在每个分支点选择向上或向下--但你不能向左移动，因为这相当于撤销你之前做出的stake承诺。做出可争论断言的一方需要在该DA的 "DA有效 "继承人上staking。通常情况下，他们可以通过将现有的赌注移动到右边，将其放在所需的继承方格上来满足这一要求。在极少数情况下，如果他们不能做到这一点，他们可以在所需的方格上放置一个额外的stake。但要注意的是，他们就会在两条不一致的道路上staking，这样他们**至少要失去两个stakes中的一个--自相矛盾可不是明智之举）。)关于赌注还有一个细节：如果你所赌的方块被确认并成为公认的历史，你可以选择收回你的赌注。这意味着，如果你是正确的，你可以将你的赌注保留在原地，等待系统 "赶上 "你，然后你就可以收回你的赌注。

在这一点上，你可能会担心，可能性的树状图会变得非常大，而且‘枝繁叶茂’。这在实践中是不可能发生的，因为这需要多方对相互不一致的结果进行押注。他们中只有一个人可以是正确的，而其他人都会失去他们的利益。更有可能的是，这棵 "树 "实际上是一个有效的DA链，一个接一个，而且所有的赌注都在同一个结果上。staking期限我们需要系统在时间过长之前，对每个可争议断言做出决定。所以，当一个DA被添加到链上，创建一个分支点时，会有一个deadline与该DA相关联。这个deadline在未来足够远，如果大家选择这样做的话，就有时间检查这个DA是否有效，并在链上得到一个交易来押注这个DA的结果。如果有人想承诺支持或反对该DA的有效性的赌注，他们必须在截止日期之前这样做。(在截止日期后，仍然可以引入利害关系，但他们不参与决定支持或反对该DA。) 一旦到了**期限，所有与决定该诉讼请求有关的利害关系都将被告知。争议如果Alice和Bob分别位于不同的位置，那么有两种情况之一是真的。要么是有一条从其中一个到另一个的向右移动的路径--这意味着他们的主张是一致的--要么就没有这样的路径。如果没有一条向右移动的路径连接Alice和Bob的方块，那么他们**是在某些事情上有分歧。他们之间总会有一个独特的争议点--一个独特的DA，对于这个DA，他们中的一个人以这个DA有效为赌注，而另一个人则以它无效为赌注。

每当双方发生争议时，系统可以启动双方之间的交互式争议解决协议。我没有篇幅在这里描述争议解决协议--我只想说，这是一个类似于我们在其他Arbitrum文件中描述的二段式互动协议。争议解决协议的结果是，有一方将被认定为不正确。该方将丧失其利益。赌注将被从其所在的链上抹去。其中一部分将交给争端中的另一方，其余的将被销毁。多个纠纷可以同时进行，但每个赌注者一次最多只能参与一个纠纷。因为输家的赌注会被抹去，所以每次纠纷都会减少系统中的分歧量。输掉赌注的当事人如果愿意可以重新赌注，但新的赌注将无法影响赌注期限已经过去的DA。这样做的效果是，在一个DA的赌注期限过后，争端将逐步**关于如何处理该DA的**分歧。确认结果当一个DA的下注截止日期过后，所有剩余的及时（下注截止日期前）下注都在该DA的同一分支上，系统可以确认该DA的结果。该DA被接受或拒绝，当前状态移动到该DA右侧的相应方格。如果DA被确认为有效，例如如支付，就会在链上生效。虚拟机的状态就是这样向前移动的。在一般情况下，当事人会诚实地行事，因为他们不想因为押注在虚假的索赔上而失去自己的赌注。只有有效的DA才会被断言，在一个单一的链条上，没有人会在**DA的无效分支上押注。在这种情况下，每一个DA都可以在其押注期限到期后立即得到确认。为什么它是去信任的Arbitrum Rollup的一个重要属性是它是去信任的--一个诚实的一方可以迫使虚拟机表现正确并取得进步。要知道为什么，想象一下，Alice总是在每个DA上押在真实的分支上，如果树曾经空了，她就会断言DA。因为Alice是在真实的树状图上staking，所以她会赢得她所陷入的每一场纠纷。如果其他人不同意Alice的观点，他们要么（a）在与第三方的无关纠纷中失去自己的股权，要么（b）**与Alice发生纠纷，并将股权输给她。无论哪种情况，所有与Alice意见相左的人**都会失去自己的股权。只有与Alice意见一致的stake才会存活，所以Alice在树上的路径**将是**一条有及时stake的路径--而Alice的路径将被确认。

因为这种方式的系统是不可信的，如果Alice被押在一个方块上，并且她知道通往那个方块的路径是真实的，那么Alice就可以确定自己所在的方块**会被确认。对于Alice来说，那条路径就如同**的一样。即使你没有被押在一条路上，如果你看到有好几个人被押在这条路上，而且你相信这些人中至少有一个人是诚实的，那么你可以肯定那条路**会被确认--就你而言，那条路就是**的路。去信任**性的好处为什么说结果的去信任性是有价值的？经典的例子来自于之前对其他rollup协议的讨论。假设一个虚拟机要向Alice进行支付。支付事件是在诚实的路径上，但要在链上确认支付发生的方块，还需要一段时间。去信任性的结果就是给Alice提供了一个马上拿到钱的方法。如果Bob有立即支付的钱，他可以马上把钱给Alice，作为交换，Alice把未来尚未确认的付款转让给Bob（加上支付给Bob的**费用）。Bob只有在他能确定付款会真正发生的情况下才会想这么做。Bob可以通过押注诚实的结果来确定这一点--那么他就会对付款**会发生充满信任的信心。不仅仅是Bob能做到这一点，**有资金的人都可以借给他。**有资金的人都可以用同样的方式把资金借给Alice和其他像她一样的人。这些人可以通过提供更低的费用来相互竞争，促使Alice马上获得资金的成本**。关键的一点是，这种市场机制的可行性取决于去信任的结果。如果 "每个人 "都已经知道这件事**会被确认，那么一件事在链上确认的延迟就不会有那么多不便。不仅对于支付是如此，对于虚拟机做的其他事情也是如此。如果虚拟机要发出一个日志项，宣布某件事情已经发生，那么去信任的结果意味着**人都可以肯定地行动，该日志项将在链上得到确认。延迟攻击因为这个系统是有去信任性的，所以坏人不能强行制造错误的结果。他们可以尝试做的是减缓进展。这样做需要他们牺牲利害关系，如果利害关系的金额很大，那么代价就会很高。让我们想象一下，有人有动机发动延迟攻击，而且他们愿意牺牲利害关系。他们能造成的最坏的损失是什么？首先要注意的是，坏人无法阻止诚实的当事人继续建立出诚实的路径。而且他们也无法阻止诚实方在**确认诚实分支的过程中获得去信任的信心。攻击者能做的就是在假分支上staking，以延迟诚实路径的链上确认。他们每放一个stake，就会对诚实方多产生一次纠纷，在这种情况下，诚实方就会拿走攻击者的一大块stake。一旦攻击者的所有stake都被拿下，链上进度将继续进行。如果攻击者将多个赌注放在虚假的结果上呢？那么这些赌注就必须在纠纷中逐一拿下。如果有多人押注在诚实的结果上，这些人都可以对攻击者进入纠纷，同时努力拿下攻击者的赌注。而且注意，大家都会很清楚发生了什么事，很多人都会想参与进来，押注在真实的结果上，这样他们就可以加入到利用纠纷抢夺攻击者股权的喂养狂潮中。如果有K人在诚实的一方下注，那么攻击者将花费K个赌注来购买一个争端期的延迟。如果攻击者下更多的赌注，那很可能会吸引更多的老实人赌注。这对攻击者来说是个不好的动态。优化可以进行各种优化，以减少操作协议所需的链上记账量，**链上气体成本，并使针对延迟攻击者的有益喂养狂潮更容易上演。我不会在这里钻研这些优化，这篇文章已经够长了。前进的道路我们正在Offchain实验室构建这个协议。预计这个Arbitrum Rollup协议将很快被推送到我们的开源代码库中