以太坊转账广播 入门二层扩容方案Optimistic Rollup运行原理

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本文介绍了一个有趣的场景。 一所高中面临着学生每隔几天就爱打架的问题。 Optimistic Rollup 是如何解决的？

原标题：《【他山之石】Optimistic Rollup 自底向上全解读》

作者：阿里·阿蒂亚

本文已获得作者授权，链闻和币安中国区块链研究院获得中文区翻译出版权。

理解一件事的最好方法就是再做一遍。

他是乐观的以太坊转账广播，有信心他能到达另一端，否则，问题会很严重，但密码经济学保证下面会有一个安全气囊等着他。

摄影师：Alex Radelich

本文通过一个简单的示例提供了关于 Optimistic Roll-Up (ORU) 的完整自下而上的概述。 为了理解一个简单的 ORU 链，我们查看了规范并“触摸和感受”了它的全部内容。

ORU 是第 2 层扩展的关键设计模式，其作用是让您实现并利用可扩展性。 它们之所以令人兴奋，是因为它们的近亲 ZK-Rollups 克服了多年来困扰侧链、Plasma 和状态通道的基本限制。

问题

一所高中有一个问题：每隔一天，两个恋爱中的学生就吵架，因为其中一个发现另一个在作弊。

典型场景：

爱丽丝看到男友鲍勃亲吻凯茜，非常生气。 鲍勃会说，“我保证，你误解了我，”或者“我和她分手了！” 但是爱丽丝不相信，拿起走廊里的一把椅子，朝鲍勃扔了过去，波及了整个学校。

解放计划v1

学校里最聪明的书呆子贾马尔想出了一个解决这个恼人问题的方法：每天晚上，每个学生都编写以下消息之一：

“我现在单身，不想谈恋爱”

“我现在单身，想约会”

“我在和 X 约会，我很明确”

“我和很多人约会，我并不具体”

这些签名没有什么特别之处，它们都是相同类型的签名，有助于将加密货币从一个地址转移到另一个地址。

在学校的走廊上，公布了一张“学生-公钥”映射表，每个人都可以验证学生的签名是否有效。

Jamal 让学生的爱情生活更轻松。 在他开发的手机APP上，每个学生只需要输入上面四种信息中的一种，然后点击“签名发送”即可。 在后台，签名消息被广播到以太坊 P2P 网络。 实际上，这些消息是到 Jamal 的家庭服务器上去的，因为他为学生们充当了中继的角色，让学生们不用担心气，甚至什么都不知道。 Jamal 利用一个神奇的智能合约（CREATE2 EVM 操作码），允许他代表他的学生支付汽油费。 每个月，学校都会报销这笔钱。

学校有 1000 名学生，每个学生每天发送 1 条消息，每条消息的平均 gas 成本为 0.1 美元，那么学校每月的成本为：

1000 名学生 x 1 条消息/天/学生 x $0.1 汽油费/消息 x 30 天/月

= $3000 燃料/月。

苦恼。

解决方案 v2

资金短缺的学校每月负担不起 3,000 美元。

这时候就需要 Optimistic Rollups (ORU) 来拯救了。 Jamal 说以太坊转账广播，通过 ORU，学校可以通过以下方式将燃料成本降低约 99%：

当学生单击“签名并发送”时，签名的消息将像以前一样发送到 Jamal 的主服务器。 但随后，他会将所有这些签名添加到一大串数据中。 我们称此数据为 WiSWho（“谁在和谁约会”）：

WiSWho="[alice 的 ID, alice 的消息 msg, alice 的签名], [bob 的 id, bob 的消息, bob 的签名]...

当然还有其他更高效的方法来封装这些 WiSWho 数据，但暂时忽略这个。

Jamal 然后广播用他的私钥签名的交易。 交易消息显示：

“我，Jamal，证明此交易 (WiSWho) 附带的数据 (WiSWho) 代表了 XX 学生在 X 日/X 月/X 年的关系状态，我拉钩并发誓它包含所有事实，并且仅事实。”

用行话来说，贾马尔是第二层的“操作员”。

如果您曾经在以太坊上进行过交易，您就会知道这些额外数据的去向，即 Etherscan 浏览器中的“输入数据”字段。 如下图所示，在进行简单的以太坊转账时，该字段在大多数情况下不会被填写。 在调用函数时，例如 Uniswap 的 swap 函数，会附加函数名称和函数输入。 而且，正是在这里，WiSWho 与 Jamal 的交易相关联。 Jamal 的交易是对一级 ORU 合约中函数的调用。

左图：没有数据附加到简单的以太币转账交易。 右图：追加 Uniswap 的函数名称和输入（例如：min_tokens 是要接收的数量）作为数据。

只有 Jamal 的签名才能在以太坊上验证这个 ORU 合约。 就第一层而言，WiSWho 中的学生签名只是“冷”二进制数据块。

这就是可扩展性进步的地方：第一层的全节点不验证 WiSWho 内部的签名，而只验证 ORU 运营商的签名，并存储额外的数据。

接下来，我们看看为什么这个数据必须永远只由全节点保存。

悬念

你可能已经注意到上面 Jamal 的签名消息中有两个强调的词：

所有的事实只是事实

缺点 (1) - 审查制度。 也就是说，在 Bob 的贿赂下，Jamal 恶意审查了 Alice 的消息。 鲍勃和爱丽丝吵了一架，想要毁了爱丽丝的浪漫生活。

缺点 (2) - 欺诈。 也就是说，Jamal 添加了一条或多条无效消息。 例如，Jamal 在 Alice 的消息中添加了这样的信息：“我同时与 10 个男孩和 10 个女孩约会”，而实际上，Alice 根本没有在这样的消息上签名。 在 WiSWho 中，Jamal 加入的 Alice 签名无效，是伪造的签名。 他这样做可能是因为鲍勃收买了他并想伤害爱丽丝，或者贾马尔本人讨厌爱丽丝并想让她难堪。 正如我们所说，ORU 智能合约不会检查 WiSWho 内部内容的有效性，因为这样做会违背 ORU 的初衷：增加 gas 成本（签名验证不便宜），本质上成为上述不可能的持续解决方案v1.

如果贾马尔是个好人，请保证永远不会审查或作弊。 但是，为了保险起见，我们最好不要依赖“不可能作恶”或“不会作恶”。

总是检查贾马尔

学校通过硬政策和软政策激励贾马尔不要审查或作弊：

软政策：为 Jamal 提供的服务支付有吸引力的费用。 每次 Jamal 提交每日 WiSWho 交易时，智能合约都会向他的学校钱包发送一笔可提取的费用，比如 5 美元。 但是，Jamal 不能立即提取这 5 美元，必须在月底提取。 结果，贾马尔会发现数量一天天增加，高到他开始流口水。

对抗审查的软措施：如果 Jamal 忽略了 Alice 的签名，那么 Alice 必须直接将她自己的签名发布到当晚的智能合约中（当然还有 gas 费）。 然后，第二天早上，爱丽丝将审查制度通知了校长。 她还不如告诉所有的学生。 贾马尔的名声会受到打击。

学校可以很容易地找到 Jamal 的替代者：合约已经在 Layer 1 上启动并运行，而 Jamal 的替代者只需要启动一个 AWS lambda 函数来监听学生的消息、批量签名并转换单笔交易 (tx)广播给 ORU 合约。 有什么大不了的！

事实上，任何愿意在合约上锁定保证金的人都可以成为运营商。 只是他们需要向学生推销自己等等。

硬性反欺诈措施：任何人都可以通过简单的欺诈证明来检测 Jamal 的欺诈发布并调用第一层合约。 此外，Jamal 还需要在合约中锁定保证金（任何想成为运营商的人都必须在合约承认他们为运营商之前缴纳保证金）。

举报人可以用这样的反欺诈证明报告 Jamal：“嘿 ORU 合约，这是 Alice 在公开数据中的签名，Jamal 证明签名是由 Alice 签署的，但我——举报人——声称签名无效“。

合约会从历史数据中提取 Alice 的签名，并根据 Alice 的公钥（在 ORU 合约签订时存储在合约中）进行签名验证。 如果签名确实是伪造的，则合同：

深化硬措施

这个hard measure是ORU最有趣也最典型的方面。 事实上，这就是第 2 层解决方案可以是 ORU 的原因！

这项措施的不同之处在于：任何人都可以使用它，而不仅仅是学校或学生。 WiSWho 数据已经上链并长期可用。 举报人只需要这些来检测 Jamal 提交的无效消息，向 ORU 智能合约证明存在这样的问题，并获得奖励。

如何设计和实施硬措施是不同 ORU 实施之间最重要的区别因素。

教育部来电

“什么时候才能实现主流采用？” 是加密社区中的常见问题。 如果主流最终大规模采用“区块链”，ORU 可以帮助避免突然涌现。

假设教育部希望委托 Jamal 开始处理全国所有学校的签名。 我们会问：tier 1 可以处理多少所学校，而不是多少学生。

你可能会问，“为什么不更进一步，为整个国家达成一笔交易，而不是为每所学校达成一笔交易？”

这个问题触及了 ORU 可扩展性的天花板：区块 gas 限制。 从燃料的角度来看，贾马尔公布的数据虽然便宜，但总是很耗油。 最终，全国所有学校所有数据的gas总量可能会超过区块gas limit的上限。 在这种情况下，Jamal 需要分批提交。

因此，可以从 ORU 中挤出的可扩展性优势存在上限。 如果想无限扩张，应该用侧链或者Plasma等，但是资金不安全。

收入，收入

好处来自这样一个事实，即理想情况下，第 1 层完整节点不需要执行隐藏在 ORU 运营商附加数据中的交易：

第 1 层完整节点产生较低的开销成本，因为存储数据的成本远低于在其中运行任何逻辑的成本。

每笔交易的 gas 成本较低，因为存储数据的 gas 成本低于执行交易的 gas 成本。

ORU 与侧链/Plasma/状态通道有何不同？

与自 2014 年成立以来没有获得任何前进动力的侧链不同，ORU 链由第一层保护。

如果在 ORU 链上进行交易，例如打扑克或交易代币，资产的安全性相当于在第一层本身（例如以太坊主网）上进行交易。 当欺诈发生时，第一层仍然可以保证资金安全，尽管可能会有一些不便，比如等待一两周才能释放资金。

相反，如果在侧链上进行交易，则侧链上的矿工（PoW）或验证者（PoS）有能力窃取资金，因为无论第二层发生什么，他们都可以随意欺骗第一层。 而下面的情况第一层是没有办法知道的。

与 Plasma 和 State Channel 不同，ORU 的反欺诈证明机制非常简单，任何人都可以提交。 举报人拥有第一层所有可用数据，可以向 ORU 智能合约举报欺诈行为，并因此获得奖励。 通常，在 Plasma 和状态通道中，用户有责任保证他们的资金安全，并且必须“观察”第一层发生的事情，以防运营商或其他用户试图欺诈性取款。

执行摘要

Optimistic Rollup 链实际上只是 (1) 第 1 层链上的智能合约，例如以太坊主网，以及 (2) 在专用 P2P 网络上侦听交易并将其分批处理的区块生产者。 然后在链上发布大量数据以及证明其有效性的签名。

如果运营商正在审核，合约可以直接接受用户的交易。 这样，在发生欺诈或无响应的运营商时，用户可以安全地用他们的资金退出 ORU。 更重要的是，如果确实存在欺诈，合约可以验证欺诈索赔并扣除运营商的保证金。

当然，举报人只需要附加到 ORU 交易的全部数据来发现和报告欺诈活动。 第 1 层完整节点永远不会执行附加数据中的内容（除非有人报告欺诈），这是可扩展性收益的来源。 对于第一层来说，这些数据只不过是需要永久保存的二进制块。

在下一篇文章中，我将介绍一些以太坊“杀手”，DeFi 追求治理和预言机风险最小化，自我调整的稳定币，或者更大胆的完全不受约束的，没有预言机的，以及一些项目的比较。

感谢 Takahiro Kido 为本文配乐。 感谢 Harry Kalodner 的反馈。