原文作者:OPLabs研發人員Norswap
原文編譯:DeFi之道
這是一篇有關?OptimismBedrock?以及?ArbitrumNitro之間設計差異的分析文章。
這一切都源于我對?Nitro白皮書的閱讀,以及我對Bedrock設計的感性認識。
這變得非常技術性,如果你想關注并感到困惑,我建議你參考一下Bedrock概述以及我關于?Cannon故障證明系統的演示文稿,當然還有Nitro白皮書。
準備好了之后,讓我們開始吧!
首先,Nitro白皮書很棒,讀起來令人愉快,我建議所有感興趣的人都去看看。
說到這里,我的印象是Bedrock和Nitro大致使用了相同的架構,但有一些較小的差異。
白皮書大體上證實了這一點。盡管如此,還是有很多的不同之處,包括一些我沒想到的。這就是這篇文章要講的東西。
固定與可變區塊時間
最有趣和最重要的事情之一是,Nitro將像當前版本的Optimism一樣工作,每筆交易一個區塊,并且區塊之間的時間可變。
我們放棄了這一點,因為它背離了以太坊的工作方式,也是開發人員的痛點。而Bedrock將有“真正”的區塊,并且固定時間為2秒。
不規則的區塊時間使很多常見的合約變得不穩定,因為它們是使用區塊而不是時間戳來表示時間。這尤其包括源自Sushiswap的分配LP獎勵的Masterchef合約。
我不確定為什么這些合約用區塊而不是時間戳來表示時間!以太坊礦工在操縱時間戳方面有一些回旋余地,但默認情況下,客戶端不會構建距離wallclock太遠的區塊,所以沒有問題。
無論如何,在Optimism上,這導致StargateFinance獎勵比其他鏈提前幾個月用完,因為他們沒有考慮到這種特殊性!
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“每筆交易一個區塊”模型還有其他的問題。首先,存儲鏈的開銷很大。其次,這意味著狀態根需要在每次交易后更新。
更新狀態根是一項非常昂貴的操作,其成本要在多筆tx中進行分攤。
(B)Geth作為庫或作為執行引擎
Nitro使用Geth“作為一個庫”,通過鉤子對其進行了最低限度的修改,以調用適當的功能。
在Bedrock中,一個經過最少修改的Geth作為“執行引擎”獨立運行,它從rollup節點接收指令,就像執行層從Eth2中的共識層接收指令一樣。我們甚至使用完全相同的API!
這有一些重要的影響。首先,我們能夠使用除Geth之外的其他客戶端,在它們之上應用類似的最小差異。這不僅僅是理論,我們已經準備好了?Erigon。
其次,這讓我們可以重用整個Geth堆棧,包括在網絡層,這可以實現對等發現和狀態同步等功能,而無需進行任何額外的開發工作。
(B)狀態存儲
Nitro將一些狀態保存在一個特殊帳戶中,使用特殊的內存布局將密鑰映射到存儲槽。
從這個意義上說,Bedrock并沒有太多的狀態,它只有很少的狀態存儲在普通EVM合約中。
在確定/執行下一個L2塊時,一個Bedrock副本會查看:
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L2鏈頭部的區塊頭;
從L1讀取的數據;
L2鏈上EVM合約中的一些數據,目前只有L1費用參數;
在Bedrock中,節點可能會崩潰并立即優雅地重啟。它們不需要維護額外的數據庫,因為所有必要的信息都可以在L1和L2區塊中找到。我認為Nitro的工作原理是一樣的。
但很明顯,Nitro比Bedrock做了更多的記賬工作。
(C)L1到L2的消息包含延遲
Nitro會延遲10分鐘處理L1到L2的消息。在Bedrock上,通常應具有幾個區塊的小確認深度。
我們也有一個稱為“排序器漂移”的參數,它允許L2區塊的時間戳在其L1原點之前漂移。
我們仍然需要確定最終的數值,但我們也傾向于10分鐘,這意味著最壞的情況是10分鐘。然而,此參數旨在確保在與L1的連接暫時丟失期間L2鏈的活性。
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據介紹,Cointree成立于2013年,是澳大利亞成立最早的加密貨幣交易所之一,上線了大約280種加密貨幣。(U.Today)[2023/1/17 11:16:20]
然而,通常在確認深度后會立即包含存款。
Nitro的白皮書中提到,這10分鐘的延遲是為了避免L1上的存款因重組而消失。這讓我對白皮書沒有談到的一個方面感到好奇,那就是:L2鏈如何處理L1的重組。我認為答案是它沒有處理。
這并非不合理:合并后,L1的最終性延遲大約是12分鐘。因此,如果存款延遲10/12分鐘是可接受的,那么這個設計就是可行的。
因為Bedrock更接近L1,我們需要在需要時通過重組L2來處理L1重組。確認深度應避免這種情況過于頻繁地發生。
另一個小的區別是,如果Nitro排序器在10分鐘后不包含存款,你可以通過L1合約調用“強制包含”它。
在Bedrock上,這不是必需的:擁有一個L2區塊而不包括其L1起源的存款是無效的。
并且由于L2只能比原點提前10分鐘,因此10分鐘后不納入存款的一條鏈是無效的,它將被驗證器拒絕,并受到故障證明機制的挑戰。
(D)L1-to-L2消息重試機制
Nitro為L1到L2的消息實施了“可重試票證”機制。假設你正在跨鏈,tx的L1部分可以工作,但L2部分可能會失敗。因此,你需要能夠重試L2部分,否則你已經丟失了代幣。
Nitro在節點的ArbOS部分實現了這一點。在Bedrock中,這一切都是在Solidity本身中完成的。
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如果你使用我們的L1跨域messenger合約向L2發送tx,該tx會到達我們的L2跨域messenger,后者將記錄其哈希值,使其可重試。Nitro的工作方式相同,只是在節點中實現。
我們還通過我們的L1OptimismPortal合約,公開了一種較低level的存款方式。
這并沒有為你提供L2跨域messenger重試機制的安全網,但另一方面,這意味著你可以在Solidity中實現自己的應用程序特定重試機制。這很酷!
(E)L2費用算法
在Bedrock以及Nitro這兩個系統上,費用都有L2部分以及L1部分。對于L2費用,Nitro使用了一個定制系統,而Bedrock重復使用了EIP-1559。Nitro必須這樣做,因為他們有上述提到的1tx/區塊系統。
我們仍然需要調整EIP-1559參數,以使其在2秒的出塊時間內正常工作。今天,Optimism只收取低且固定的L2費用,我認為我們可能也會出現價格飆升,但在實踐中從未發生過。
重用EIP-1559的一個優點是,它應該使錢包和其他工具計算費用稍微容易一些。
而Nitro的gas計量公式非常優雅,他們似乎已經對此進行了大量思考。
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(F)L1費用算法
那L1費用如何呢?這里的區別會更大一些。Bedrock使用向后查看的L1基礎費用數據。這些數據非常新鮮,因為它通過與存款相同的機制傳遞。
由于仍然存在L1費用飆升的風險,所以我們收取預期費用的一個小倍數。
有趣的事實:這個倍數是所有當前排序器收入的來源!使用EIP-4844后,這將縮小,收入將來自MEV提取。
Nitro做的事情要復雜得多。我并沒有聲稱了解它的所有復雜性,但基本要點是他們有一個控制系統,可以從L1實際支付的費用中獲得反饋。
這意味著使用此數據將交易從L1發送回L2。如果排序器支付不足,它可以開始向用戶收取更少的費用。如果它多付了錢,它可以開始向用戶收取更多費用。
順便說一句,你可能想知道為什么我們需要將費用數據從L1傳輸到L2。這是因為我們希望費用計劃成為協議的一部分,并接受故障證明的挑戰。否則,流氓排序器可通過設置任意高的費用來拒絕鏈!
最后,交易批次在兩個系統中都被壓縮。Nitro根據對交易壓縮程度的估計收取L1費用。Bedrock目前沒這樣做,但我們有這樣做的計劃。
原因在于,不這樣做,會加劇在L2存儲中緩存數據的不正當動機,從而導致有問題的狀態增長。
(G)故障證明指令集
故障/欺詐證明!Nitro的工作方式與Cannon的工作方式有相當多的差異。
Bedrock編譯為MIPS指令集架構(ISA),Nitro編譯為WASM。由于編譯為他們稱為WAVM的WASM子集,他們似乎對輸出進行了更多的轉換。
例如,他們通過庫調用替換浮點(FP)操作。我懷疑他們不想在鏈上解釋器中實現粗糙的FP操作。我們也這樣做,但Go編譯器會替我們處理!
另一個例子:與大多數只有跳轉的ISA不同,WASM具有適當的控制流。從WASM到WAVM的轉換消除了這一點以返回跳轉,這可能也是為了解釋器的簡單性。
他們還將Go、C和Rust混合編譯為WAVM,而我們只編譯Go。顯然WAVM允許“語言的內存管理不受干擾”,我將其解釋為每個WAVM模塊都有自己的堆。
我很好奇是:他們是如何處理并發和垃圾收集的。我們能夠在minigeth中相當容易地避免并發,所以這部分可能很簡單。
然而,我們對MIPS所做的唯一轉換之一是修補垃圾收集調用。這是因為垃圾收集在Go中使用了并發,而并發和故障證明不能很好地結合在一起。Nitro也是做了同樣的事嗎?
(H)二分博弈結構
Bedrock故障證明將用于驗證發布到L1的狀態根的有效性的minigeth運行。此類狀態根不經常發布,并且包括許多區塊/批次的驗證。
Cannon中的二分游戲是在這個運行的執行軌跡上進行的。
另一方面,在Nitro中,狀態根與發布到L1的每組批次(RBlock)一起發布。
Nitro中的二分游戲分為兩部分。首先找到挑戰者和防御者不同意的第一個狀態根。然后,在驗證器運行中找到他們不同意的第一個WAVM指令。
權衡之處是在Nitro執行期間進行更多的哈希運算部分),但在故障證明期間進行更少的哈希運算:在執行跟蹤的二分游戲中的每個步驟,都需要提交內存Merkle根。
像這樣的故障證明結構也減少了對驗證器內存膨脹的擔憂,其可能會超過當前運行MIPS的4G內存限制。
這不是一個很難解決的問題,但我們需要在Bedrock中小心,而驗證單筆交易可能永遠不會接近這個限制。
原像預言機
用于故障證明的驗證器軟件需要從L1和L2讀取數據。因為它最終將在L1上“運行”,所以需要通過L1訪問L2本身-通過發布到L1的狀態根和區塊哈希。
你如何從狀態或鏈中讀取?
Merkle根節點是其子節點的哈希,因此如果你可以請求原像,則可以遍歷整個狀態樹。同樣,你可以通過請求區塊頭的原像來向后遍歷整個鏈。
在鏈上執行時,這些原像可以預先提供給WAVM/MIPS解釋器。
這就是你在Nitro和Bedrock上閱讀L2的方式。
但是,你需要為L1做類似的事情。因為交易批次存儲在L1調用數據中,無法從L1智能合約訪問。
Nitro將其批次的哈希存儲在L1合約中。所以他們至少需要這樣做,我不知道為什么沒有提到。
在Bedrock中,我們甚至不存儲批次哈希。相反,我們使用L1區塊頭返回L1鏈,然后沿著交易Merkle根向下查找calldata中的批次。
第4.1節的結尾,提醒我們?Arbitrum發明了“哈希預言機技巧”。不安全不應該成為忘記Arbitrum團隊貢獻的理由!
(J)大原像
Nitro白皮書還告訴我們,L2原像(Preimage)的固定上限是110kb,但沒有引用L1的數字。
在Cannon中,我們有一個稱為“大原像問題”的問題,因為要反轉的潛在原像之一是收據原像,其中包含Solidity事件發出的所有數據。
在收據中,所有日志數據連接在一起。這意味著攻擊者可以發出大量日志,并創建一個非常大的原像。
我們需要讀取日志,因為我們使用它們來存儲存款。這并不是絕對必要的:Nitro通過存儲消息的哈希來避免這個問題。
我們不存儲哈希,因為計算和存儲它的成本很高,存儲要消耗大約20kgas,每計算32個字節要消耗6gas。平均一筆交易大約是500字節,因此一批200筆交易的哈希成本大約為20kgas。以2000美元的ETH和40gweibasefee計算,額外的哈希和存儲成本為3.2$。以5000美元的ETH和100gwei計算,成本即20美元。
我們目前解決大原像問題的計劃,是使用簡單的zk-proof來證明原像中某些字節的值。
(K)批次和狀態根
Nitro將批次和狀態根緊密相連。他們在包含狀態根的RBlock中發布一組批次。
另一方面,Bedrock將其批次與狀態根分開發布。關鍵優勢是再次降低了發布批次的成本。這讓我們可以更頻繁地發布批次,并減少狀態根的頻率。
另一個影響是,使用Nitro,如果RBlock受到挑戰,它包含的交易將不會在新鏈上重放。
在Bedrock中,我們目前正在討論在成功挑戰狀態根的情況下該怎么做:在新的狀態根上重放舊tx,還是完全回滾?
(L)其他雜項
影響較小的差異:
(i)Nitro允許排序器發布的單筆交易可以是“垃圾”。為了盡量減少對Geth的更改,我們總是丟棄包含任何垃圾交易的批次。
排序器總是能夠提前找到那些,所以揮之不去的垃圾交易要么是不當行為要么是bug。排序器運行與故障證明相同的代碼,因此它們對無效內容的定義應該相同。
(ii)Nitro引入了預編譯合約,尤其是用于L2到L1的消息傳遞。我們目前不使用任何預編譯,而是更喜歡它們“預部署”,即存在于創世區塊特殊地址的實際EVM合約。
事實證明,我們可以在EVM中做我們需要的事情,這使得節點邏輯稍微簡單一些。不過,我們并不堅決反對預編譯,也許我們會在某個時候需要用到預編譯。
(iii)Nitro故障證明使用了d向剖析。概念驗證Cannon實現使用了二分法,但我們也可能會轉向d向剖析。
Nitro白皮書中有一個非常好的公式,它解釋了基于固定成本和可變成本的d的最優值。然而,我希望他們在實踐中包括了如何估算這些成本的具體例子!
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