詳析Optimism Bedrock和Arbitrum Nitro的設計差異_TRO

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！

債權人指控Genesis在與FTX的1.75億美元交易中偽造選票:金色財經報道，Genesis Global Capital (GGC)債權人對FTX擬議的1.75億美元交易進行了抨擊，指責GGC購買選票以“操縱”破產程序。

兩家破產公司在8月中旬提交了一份法律協議，讓FTX的Alameda Research對Genesis的遺產索賠1.75億美元，這比FTX最初要求的40億美元大幅下降，但其他債權人也不滿意。

Gemini在周四晚間提交的一份文件中表示，該提案“不能從表面上接受”。Genesis欠Gemini約7.66億美元。由于破產計劃必須由債權人按照債權比例進行投票，債權人實際上是在指責Genesis操縱選票。[2023/9/1 13:12:07]

“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。

鏈游Fusionist完成660萬美元種子輪融資，Binance Labs領投:金色財經報道，據官方消息，Binance Labs 于 2022 年 5 月與 Web2 游戲巨頭 FunPlus 共同牽頭對 Web3 游戲 DApp Fusionist 進行了 660 萬美元的戰略投資，以推動 Web3 游戲的創新和采用。該輪融資將用于繼續加快游戲的開發，并建立 2023 年 1 月推出的 Endurance 主網生態系統。

此外，Fusionist 還計劃加強用戶增長，并招募頂級的游戲和 Web3 專業人士，以進一步加強其團隊的能力。[2023/6/1 11:51:45]

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：

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。

然而，通常在確認深度后會立即包含存款。

比特幣全網未確認交易數量為331253筆:金色財經報道，數據顯示，目前比特幣全網未確認交易數量為331253筆，全網算力為338.35 EH/s，24小時交易速率為7.12交易/s，目前全網難度為48.01 T，預測下次難度下調0.59%至47.72 T，距離調整還剩9天6小時。[2023/5/10 14:53:21]

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。

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。

美國財務會計準則委員會發布關于加密資產會計和披露的擬議會計準則更新:4月3日消息，美國財務會計準則委員會（FASB）關于加密資產會計和披露的擬議會計準則更新，提議更像對待傳統資產那樣對待加密資產，并將提高估值的準確性。

目前，公認會計原則（GAAP）要求公司在資產負債表上將持有的加密貨幣視為“無限期無形資產”。根據現行公認會計原則，加密資產每年都會進行減值測試。[2023/4/4 13:42:48]

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。

(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。

以太坊基金會發布官方《主網合并公告》并推出100萬美元漏洞賞金激勵措施:8月25日消息，以太坊基金會官方網站發布協議支持團隊最新的《主網合并公告》，除了確定世界標準時間2022年9月6日上午11:34:47升級Bellatrix、TerminalTotal Difficulty觸發預計在2022年9月10日至20日之間之外，以太坊基金會還宣布將原漏洞賞金激勵計劃擴大四倍升至100萬美元，旨在鼓勵社區在9月8日之前發現The Merge中存在的潛在問題和Bug。

此外，以太坊基金會提醒節點運營商必須同時運行執行層和共識層客戶端，才能在TheMerge期間和之后在網絡上正常運行。[2022/8/25 12:46:42]

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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