扩容金牌种子选手Arbitrum优势解析
Rollup 终于来了！随着 Arbitrum 于 5 月 29 日宣布其主要网络测试版，以太坊社区终于要实现了期待已久的可扩展性。我们愿景是：将原始数据存放在以太坊Layer1上，而成本高昂的执行和存储将移至Layer2。同时，Rollup的安全性由Layer1保证，所以比侧链之类的其他解决方案更安全。不同Layer2解决方案的深度对比详见下图：
Arbitrum 的历史可以追溯到 2014 年。当时这只是学生项目，Ed Felten 教授是导师。在 2015 年至 2017 年期间，Ed Felten 在白宫担任顾问，这个项目也随之中断了一段时间。到了2017 年才重新开始运行，当时Ed Felten 教授回到普林斯顿大学，Steven Goldfeder 和 Harry Kalodner 说服他再次参与该项目。Arbitrum一直都是Rollup项目，只是当时还没有这个术语。接下来，我们将仔细研究Arbitrum Layer2的争议解决机制，这是所有架构的核心所在。
多轮争议解决机制
Vitalik Buterin 阐述加密货币美好愿景的扩展定义：包括改善扩容、隐私、UX 和加密社交等:12月31日消息，以太坊创始人 Vitalik Buterin 针对 Paradigm 联合创始人 Matt Huang 提问的“关于加密货币美好愿景的扩展定义是什么”回复称，改善扩容、改善隐私、改善 UX、对于普通用户而言更安全的用户账户（非中心化服务）、“支付 +SoV+DeFi”为更多的人提供价值、加密社交起飞、身份和 SIWE（Sign-In with Ethereum）成功、DAO 新组织范式得到更广泛的采用等。[2022/12/31 22:18:16]
Arbitrum 的目的一直是解决交互式争议。因此 Arbitrum 命名指的是法律术语中的“仲裁员”，意为裁决争议的人。如果有人在交易执行后对结果提出异议，验证者就用这种裁决争议的方法来就达成一致。在多轮交互rollup中，程序会反复将N条指令分成大小为N/K的K个部分，直到找到有争议的具体执行步骤。以下是该过程的图解：
来源: Tracer.Finance
在发生争议的情况下，由L 1重新执行交易中最后产生争议的步骤，以解决争议并决定争议的赢家。程序将交易分成多个步骤，并且在L 1只运行有争议的步骤，减少了在L 1重新执行整个过程的成本。还有一个显著的好处是，在Arbitrum 上运行智能合约/交易不受以太坊的执行能力/gas 限制，我们只需在 Layer1 上为整批交易发布一个状态证明就足够了，从而降低了整体的成本。
以太坊开发者：扩容解决方案EIP-4844的Devnet 3将于11月30日发布:11月25日消息，以太坊开发者、Arbitrum研发团队的terence.eth发推称：“今天，我们正在密切合作，在Capella 硬分叉之上重新构建EIP-4844，添加所有新的网络更改，并集成新的KZG库。我们很高兴为EIP-4844启动Devnet 3，计划于11月30日发布。Arbitrum完全支持EIP-4844并且相信以Rollup为中心的路线图。由于它将通过降低数据gas费用从4844中获益，因此会有很大的协同作用。”
据悉，EIP-4844由Coinbase、Prysm以及Worldcoin的开发人员联手测试、实施和发布，该提案建议用proto-danksharding代替扩容解决方案Danksharding。该提案致力于在尚未实际实施任何分片的情况下，部署构成完整Danksharding规范的大部分逻辑和交易格式及验证规则。Arbitrum开发商Offchain Labs于今年10月份收购了Prysm核心工程团队Priysmatic Labs。
此前今日早些时候消息，EIP-4844等8项EIP纳入时间未定的以太坊上海升级考虑范围，让EIP“考虑纳入”(CFI) 意味着开发人员将致力于制定这些提案，并将通过开发者网络(Devnet) 的测试运行它们。然而，不能保证所有这些提议最终都会被纳入上海升级。[2022/11/25 12:34:03]
而对于Optimism等单轮争议解决机制中，即使争议解决立即发生且因为多轮机制不计入额外的时间（Arbitrum的额外时间是一周），L 1都必须执行整个交易来验证。这意味着 Layer2 受到 Layer1 区块 gas费的限制。此外，每次交易后还需要在发布链上状态根，进一步增加了成本。
以太坊二层扩容方案Optimistic宣布与L2至L1跨链桥Across Protocol集成:12月10日消息，官方消息，以太坊二层扩容方案Optimistic宣布与L2至L1跨链桥Across Protocol集成。Optimistic Ethereum 用户现在可以使用Across将资金从Optimism桥接到L1以太坊。跨链桥Across Protocol目前支持ETH、USDC和UMA，未来还会有更多资产。[2021/12/10 7:30:08]
Layer2 最大的期望之一是低交易成本。Arbitrum 团队也提到他们已经将简单交易的 gas 成本降低到 2000 gwei。主要成本来自在 Layer1 上记录交易数据。 Arbitrum 压缩了头部数据，且不需要在每次交易后将状态根发布到 L 1，从而提高了 gas 效率。
多轮交互争议解决程序有一个强加的时间限制，即为期一周的争议额外时间。它类似于玩家轮流换手的国际象棋时钟。验证人必须在这一周内做出行动，否则他们会在争议中失败。这意味着，在实践中解决争议的过程会更短。
Arbitrum架构概述
Arbitrum Layer2与Ethereum Layer1之间有一套名为EthBridge的智能合约。EthBridge一方面裁判Layer2链上的纠纷，另一方面监督Layer2链的收件箱和发件箱。以太坊L 1上的 Arbitrum 收件箱合约是 Arbitrum 架构的重要组成部分。收件箱收集所有交易，并按照先到先得的原则进行排序。
1inch集成至以太坊二层扩容方案Optimistic主网:DEX聚合器1inch集成至以太坊二层扩容方案Optimistic主网。据悉，这是Optimistic上集成的继Uniswap之后的第二个项目。在快速提币功能推出之前，尽管资产从以太坊主网转移到Optimistic主网是即时的，但是从Optimistic到以太坊将经历7天的挑战期。
今年5月份，1inch也集成至了另一个扩容网络Polygon，为用户提供基于Polygon的多个流动性来源，包括Aave V2、Cometh、Curve、SushiSwap、QuickSwap等。1inch的发言人表示，该协议还在考虑其他区块链，包括Solana、Avalanche、Tron、Near，以及Arbitrum、zkSync这样的Layer2方案。（Coindesk）[2021/8/18 22:20:53]
Arbitrum虚拟机（AVM）读取Layer1链上的收件箱合约，并以即定的方式执行计算。ArbOS（Arbitrum Layer2的操作系统）则在AVM上运行，并执行Arbitrum Layer2链上的智能合约。
除了上述的重要组成部分，验证者是Arbitrum生态系统中的主要参与者。验证者是节点，观察Arbitrum Layer2上的活动并推进rollup链状态。注意，不是所有的节点都是验证者。验证Arbitrum链是完全无权需许可的。如果要发布交易或提出异议，参与者只需要运行一个节点软件并在区块中进行质押。Arbitrum上有三种验证者：
声音 | 比特币协会创始主席：BSV会通过扩容和增加交易量来实现比特币愿景:12月7日下午，在BSV中国大会上，比特币协会创始主席Jimmy Nguyen发表主题演讲。他表示，当前比特币7笔/秒的交易性能完全没有实现比特币白皮书中所提及的愿景。BSV要做的就是通过提升区块大小上限来实现扩容，同时通过增加交易量来改善比特币的经济模型。为使矿工保持盈利，“挖矿奖励”的损失要通过增加交易量也就是交易手续费来弥补。BSV是未来唯一能让矿工持续盈利的区块链。今年7月，我们在压力测试中连续产出12个2GB区块，包含的交易量在270-400万笔之间，交易处理能力理论值超过9000 笔/秒。在扩容测试网启动后的26天内，交易量突破14亿笔，是BTC链上10年交易量总和的3倍。[2019/12/7]
主动验证者：持续关注Layer2链，并通过提出新的区块来推进其状态。
防御性验证者：经常关注Layer2链，只有看到另一个验证者提出的恶意区块才采取行动。
观望型验证者：与防御性验证者类似，监视Layer2链以发现不诚实的行为。与防御性验证者不同的是，他们不会对恶意验证者提出异议或验证正确的区块，而只是提醒系统中的其他验证者。
Arbitrum的验证者负责通过在新区块的质押，来推进链的延申和rollup的状态。验证者需要质押一定数量的ETH，以便在rollup链生成区块。一旦在一个区块上质押代币，验证者就不能撤销，直到该区块被确认。如果另一个验证者对某个区块有争议，他们应该提出他们认为正确的区块版本，并对其进行抵押。根据争议机制的结果，获胜的验证者将获得不诚实验证者的部分注，而其余的金额将被烧毁。
区块上的质押金额是由协议本身动态调整的。Arbitrum设置了一个基本质押参数。这个基础金额将乘以一个系数，如果由于攻击而导致链的速度减慢，这个系数将以指数增长。
来源: Arbitrum Official Documentation
为了更好地理解 Arbitrum 机制，让我们看一下 Arbitrum 交易的生命周期：
1）用户将交易发送到以太坊 Layer1 上的 Arbitrum 收件箱智能合约。
这些交易由AVM以先到先得的方式执行。
输入收件箱中的交易，进入Arbitrum Layer-2执行过程。
2) Arbitrum Layer-2 上的验证者在收件箱中读取这些交易，并以确定性的方式一起执行它们
一旦交易进入收件箱，任何查看收件箱的人都会知道交易的结果。
这意味着，用户的交易一旦到达收件箱，在 Arbitrum 和以太坊 Layer1 上是都是最终的结果。
- 终结点：每个人都知道交易结果的时间点。
- 确认点：以太坊第 1 层验证交易正确性的时间点。
3) 随后，Arbitrum 上的验证者将提出一个包含用户交易执行的Rollup块。
此时，每个关注Arbitrum链的人都已经知道该区块是否正确。
一旦产生 rollup 块，将会有一个为期一周的争议挑战，直到交易在 Ethereum Layer-1 上得到确认。
4) 在 1 周的争议窗口之后，如果没有人对区块内交易的正确性提出异议，则该区块将由以太坊 Layer1 确认。
需要强调的一个重点是，从 Layer1 到 Layer2 的交易很快就会得到确认，类似于正常的以太坊 Layer1上的 交易。但是，对于从 Layer2 到 Layer1 的交易，在 Layer1 确认交易之前有 1 周的争议期。尽管以太坊链仅在 1 周争议期后才知道 rollup 块的正确性，但由于 Arbitrum 虚拟机的确定性，一旦交易进入收件箱合约，每个观察第 2 层的人都已经知道结果。
另一个需要注意的重点是 Arbitrum 目前没有共识协议。权益证明中，占大多数的验证者可以强制确认正确的状态。与之相反， Arbitrum 有正确性证明。即使只有一个诚实节点（N 个中的 1 个）也可以证明大多数恶意节点是错误的。归根结底，是争议解决算法决定谁对谁错，而不管多数票。
Arbitrum的进展
Arbitrum 自 2020 年 10 月 4 日起进入测试网阶段，并于 5 月 29 日在以太坊主网上部署了 Abitrum 智能合约。自 10 月份首次发布测试网以来，他们已收到逾300个访问开发者发布的团队请求。
目前在Arbitrum One主网测试版上已经有超过700个账户创建，500个合约部署。在Arbitrum One上已经有了大量且不断增长的活动。
与该领域的其他Rollup不同，Arbitrum 没有项目的候补名单，每个人都可以访问，可以在此基础上进行开发。Arbitrum 也成功吸引了顶级项目，其中一些宣布在 Arbitrum 上构建的项目包括 Uniswap、Sushiswap、MCDEX、DODO、Biconomy 等，还集成了领先的基础设施提供商如 The Graph、 Etherscan 和 Chainlink。
结论
Rollup十分安全，并且可以集成 Layer1，是最有希望的以太坊扩容解决方案之一。Rollup还有了不同的方案，包括广为讨论的optimistic rollups和基于零知识的解决方案。我们相信，在不远的未来，Rollup的竞争将继续下去。这种公开和透明的竞争会使整个生态系统受益。
由于多轮交互的争端解决机制，Arbitrum在gas限制和 Layer2 链的虚拟机设计方面具有极大的优势。虽然陪审团还没有定论，但已经可以看到其潜力，Arbitrum将获得大量采用。然而最终无论谁是Rollup竞争的胜利者，以太坊生态系统都将从中获益，这一点是无可争议的。
我们相信Arbitrum会对以太坊最大的可扩展性提供巨大帮助。Arbitrum团队在过去的几年里一直努力钻研，目前看来他们将成功领先市场。从他们开放的开发方式和大量的合作关系来看，Arbitrum的推出是大获成功的。
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