一文讀懂 L2 強手Arbitrum 和 Optimism,同宗同源不同路

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原文:Deribit

作者:Benjamin Simon

首先表明一點。我最近參加了 Offchain LabsArbitrum開發公司) 的最新一輪融資,Mechanism Capital 也參與了。雖然假裝我們在本文的觀點是客觀是徒勞的,但我希望這篇文章能幫助讀者理解這兩個專案之間的一些關鍵差異,儘管我可能有偏見。

所有Rollup解決方案都遵循類似的基本架構和內部邏輯。儘管如此,正如我們在本系列的第一部分中看到的,Optimistic Rollup和ZK Rollup之間的單一區別——各自的“審查過程”如何工作——在安全性、可用性和 EVM 相容性方面產生了許多下游差異。

在每個Rollup類別中都有類似的情況。雖然 Arbitrum 和 Optimism這兩種領先的 Optimistic Rollups有很多共同點,但將兩者之間的差異不僅僅是陣營忠誠度。特別是,他們各自解決爭議的方法的差異產生了一些重要的效能權衡。鑑於這兩個平臺都旨在在未來幾個月內為以太坊提供完整的擴充套件功能,因此這些權衡值得討論。

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早期起源

首先,介紹一下每個專案的一些簡要歷史背景是有必要的。碰巧的是,Arbitrum 和 Optimism都有一些獨特的起源故事。

六年半前,普林斯頓一個寒冷的早晨,一群與 Ed Felten 教授一起工作的本科生就他們簽約建立的專案發表了演講:一種基於區塊鏈的仲裁系統。其目標是規避智慧合約平臺的一些預期擴充套件挑戰,該計劃是設計一個依賴於挑戰和爭議解決系統的區塊鏈,以減輕傳統礦工的計算工作量。這個系統被稱為“Arbitrum”,如果沒有兩位雄心勃勃的博士生 Steven GoldfederHarry Kalodner 幾年後與 Felten 接洽,該系統將與大多數其他有前途的學術電腦科學專案遭遇同樣的命運。基於初始概念構建強大的第 2 層解決方案。

此後不久,Felten、Goldfeder 和 Kalodner 共同創立了 Offchain Labs,並將 Arbitrum 從抽象的想法轉變為具體的現實。

Optimism也有早於其當前形式的歷史。2017 年年中,Vitalik Buterin 和 Joseph Poon 合寫了一篇論文,提出了 Plasma,這是一種以太坊的早期擴充套件解決方案。一群核心的以太坊研究人員接手了這個想法,併成立了一個非營利性研究小組來構建願景。隨著 Plasma 的一些關鍵設計限制變得明顯,開發在 2019 年末陷入停滯。Plasma 的三位首席研究人員——Karl Floersch、Jinglan Wang 和 Ben Jones 並沒有被嚇倒,決定轉向似乎是 Plasma 的自然繼任者 Optimistic Rollup。他們於 2020 年初成立了Optimism PBC團隊。

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爭議解決:一個非常簡短的(重新)介紹

回想一下,Optimistic Rollups 對交易有效性採取“除非被證明有罪,否則無罪”的方法。Optimistic Rollups 處理交易並將結果反饋給以太坊以最終包含在基礎鏈中。爭議期可確保任何監控Rollup狀態的人都可以在Rollup排序器(sequencer)處理無效交易時提交質詢。這一挑戰立即觸發爭議解決程式。Arbitrum 和 Optimism 之間的區別在於爭議解決過程的運作方式——包括花費多少以及需要多長時間。

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Arbitrum 與 Optimism 在爭議解決上的初步比較

描述差異的最簡單方法是,Optimism 的爭議解決比 Arbitrum 更依賴於以太坊虛擬機器 (EVM)。當有人提交關於 Optimism 的挑戰時,整個有問題的交易都透過 EVM 執行。相比之下,Arbitrum 使用鏈下爭議解決流程將爭議減少到一筆交易中的一個步驟。然後,協議將這個一步斷言(而不是整個交易)傳送到 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。

就 Arbitrum 而言,其爭議解決過程的鏈下元件使用遞迴二分演算法。這聽起來很複雜,但實際上,該演算法只是迫使“斷言者”(處理交易的一方)和“挑戰者”(提交挑戰的一方)來回縮小爭議點,在下圖所示的方式。有趣的是,這種透過遞迴二分法來回解決的過程是 2015 年最初的 Arbitrum 概念的一部分。

資料來源:OffChain Labs 開發中心

Optimism解決爭端的方法——即透過 EVM 執行整個交易——不僅在概念上更簡單:它還更快。沒有像 Arbitrum 的過程那樣來來回回經歷“多輪”處理。事實上,出於這個原因,Optimism Rollup通常被稱為“單輪(single round)”,而 Arbitrum Rollup是“多輪(multi round)”。

實際上,這意味著在有爭議的交易的情況下,在 Arbitrum 的案例中,以太坊的最終確認比在 Optimism 的案例中延遲的時間更長。正如我們在本系列的第一部分探討的那樣,爭議解決的速度很重要,因為它決定了使用者從Rollup中將代幣換回以太坊所需的時間。

而從另一方面,Arbitrum 爭議解決的優勢在於它在鏈上(即以太坊)交易成本方面更便宜。在來回爭議解決過程完成後,EVM 最終處理的一小段程式碼需要比重新處理整個鏈上交易所需的gas費用少得多(在大多數情況下)。

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重新構建比較

兩種爭議解決設計之間的基本權衡似乎只是在於速度與鏈上成本之間。但實際上,這有點太單純了,因為很少有人認為爭議的出現會因為以下兩個原因:

Arbitrum 和 Optimism 上的交易處理者在經濟上都沒有動力處理欺詐性交易。他們被迫事先投入質押品/債券,在欺詐交易的情況下質押品會被削減。

監控Rollup狀態的各方不願提交錯誤的欺詐證明——在Optimism中,因為挑戰者必須支付欺詐證明的鏈上 gas 費,而在 Arbitrum 中,因為挑戰者在糾紛失敗時必須提供它被沒收的保證金。

那麼,如果預計爭議很少而且相距甚遠,那麼為什麼爭議解決過程的結構很重要呢?

儘管爭議很少發生,但Rollup的設計必須能夠應對爭議隨時可能發生。因此,“有爭議”情況設計會影響“無爭議”情況的結構。

由於 Optimism 必須能夠在發生爭議時透過 EVM 執行每筆交易,因此它無法處理超過以太坊 gas 限制的交易,因為這些交易無法在鏈上正確驗證。相比之下,Arbitrum 可以執行任意大的交易,即使它們超過了以太坊的 gas 限制,因為交易永遠不會透過 EVM 批次執行,而是首先被分解為微小的“步驟斷言”。

目前尚不清楚 Optimism 的 gas 限制將對應用造成多大的實際限制。但是,爭議解決設計差異的另一個可能更重要的含義是,Arbitrum 可以透過降低鏈上檢查點(更新“狀態根”)的頻率來節省 gas。更具體地說,Arbitrum 可以為一次更新分配大量的鏈下計算,因為該狀態根更新理論上可以包括其中包含的所有交易的(微量)單步欺詐證明。另一方面,Optimism必須在每次交易後在鏈上檢查點,從而顯著增加其在鏈上的足跡。

總而言之,Arbitrum 應該比 Optimism 更省gas——因此對使用者來說更便宜——不僅在罕見的爭議情況下,而且在主要的“無爭議”情況下也是如此。

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爭議解決和潛在的攻擊媒介

關於這些不同的爭議解決流程的最後一點值得討論:即每種設計對潛在攻擊的抵抗力如何。上面,我們談到了阻止垃圾郵件攻擊的經濟激勵措施。更具體地說,Optimism 和 Arbitrum 的驗證者都不願意提交不必要的挑戰。

但是對於不介意承擔垃圾郵件Rollup的經濟成本的惡意攻擊者的情況呢?換句話說,如果一個人或實體如此致力於放慢 Optimistic Rollup 的進度,以至於他們願意這樣做,即使這意味著反覆為虛假挑戰付費,會發生什麼?

如上所述,Optimism 的爭議解決過程比 Arbitrum 更簡單、更快捷,因為它只是透過 EVM 提供有爭議的交易。這個速度在這裡是 Optimism 的優勢,因為爭議可以快速解決,並且不會妨礙 rollup 鏈的未來進展。

人們擔心的是“多輪”爭議解決程式,例如 Arbitrum 使用的一個程式。至少從理論上講,垃圾郵件傳送者可以透過發起一系列連續的挑戰來阻止Rollup的進展,每個挑戰都需要相當長的時間來解決。事實上,這是一個困擾 Arbitrum 之前迭代的問題。

然而,Arbitrum 更新的協議適用於這個問題,一種稱為“流水線(Pipelining)”的優雅解決方案。流水線允許網路驗證器繼續處理交易以獲得最終批准,即使先前處理的交易存在爭議。這建立的是最近處理但尚未完成的交易的“管道”,而不是阻止排序器處理交易和網路各方提交挑戰的瓶頸。

流水線是可能的,因為任何監控網路的人都可以在爭議解決過程完成之前立即知道爭議是有效還是無效。本質上,驗證者可以像有爭議的交易已經完成一樣執行,並繼續根據正確的結果或“分支”構建鏈(即處理交易)。這個過程,如下圖所示[2],削弱了任何可能的垃圾郵件攻擊的力量。

資料來源:OffChain Labs 開發中心

結論

除了爭議解決程式的設計,Arbitrum 和 Optimism 之間還有其他顯著差異,尤其是

他們的程式碼庫架構,以及

他們對礦工可提取價值 (MEV) 的方法

非常簡要地總結一下這些差異:Optimism 的程式碼庫相對簡約,而 Arbitrum 的程式碼庫更加複雜和雄心勃勃;Optimism過去曾表示它傾向於 MEV 拍賣方法,而 Arbitrum 計劃實施公平排序服務 (FSS)。自然地,這兩個比較點都值得單獨發表文章來詳細論述。特別是 MEV,是兩個專案之間存在哲學爭論的問題——儘管至少在啟動後的早期,為了簡單起見,預計兩者都將使用受信任的排序器(squencer)模型。

最終,從協議級別的細微差別(儘管它們很重要)退一步,區分這兩個重量級的還有“軟”的東西:引導策略、激勵設計和社羣精神,僅舉幾例。事實上,如果他們要從長遠來看取得成功,Optimistic Rollups 將不得不成為他們自己的世界,而不僅僅是以太坊的附屬物。因此,擴容與其說是一場軍備競賽,不如說是一場多線戰爭。它可能有一個贏家;它可能有多個。它可能會持續多年;它可能遲早會結束。這肯定會對加密貨幣的未來產生重大影響。

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