TRO:详析Optimism Bedrock和Arbitrum Nitro的设计差异

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时间：1900/1/1 0:00:00

原文作者：OPLabs研发人员Norswap

原文编译：DeFi之道

这是一篇有关?OptimismBedrock?以及?ArbitrumNitro之间设计差异的分析文章。

这一切都源于我对?Nitro白皮书的阅读，以及我对Bedrock设计的感性认识。

这变得非常技术性，如果你想关注并感到困惑，我建议你参考一下Bedrock概述以及我关于?Cannon故障证明系统的演示文稿，当然还有Nitro白皮书。

准备好了之后，让我们开始吧！

首先，Nitro白皮书很棒，读起来令人愉快，我建议所有感兴趣的人都去看看。

说到这里，我的印象是Bedrock和Nitro大致使用了相同的架构，但有一些较小的差异。

白皮书大体上证实了这一点。尽管如此，还是有很多的不同之处，包括一些我没想到的。这就是这篇文章要讲的东西。

固定与可变区块时间

最有趣和最重要的事情之一是，Nitro将像当前版本的Optimism一样工作，每笔交易一个区块，并且区块之间的时间可变。

我们放弃了这一点，因为它背离了以太坊的工作方式，也是开发人员的痛点。而Bedrock将有“真正”的区块，并且固定时间为2秒。

不规则的区块时间使很多常见的合约变得不稳定，因为它们是使用区块而不是时间戳来表示时间。这尤其包括源自Sushiswap的分配LP奖励的Masterchef合约。

我不确定为什么这些合约用区块而不是时间戳来表示时间！以太坊矿工在操纵时间戳方面有一些回旋余地，但默认情况下，客户端不会构建距离wallclock太远的区块，所以没有问题。

无论如何，在Optimism上，这导致StargateFinance奖励比其他链提前几个月用完，因为他们没有考虑到这种特殊性！

汇丰香港行政总裁：通过KYC和AML审查后可开户:8月8日消息，汇丰香港区行政总裁林慧虹针对特区政府希望在港拓展虚拟资产行业和构建良好的生态系统，但有反映称科技企业在银行开户口时面对困难回应称，不排除营运商和银行方面在沟通上出现误会，而金管局和证监会已订下清晰框架，达到特定条件就可取得牌照，并且能够通过汇丰认识你的客户（KYC）和反洗黑钱（AML）审查，自然可以在该行开户，至于市场上有投诉（noise），应该都要向营运商查询是否符合监管框架。[2023/8/8 21:31:57]

“每笔交易一个区块”模型还有其他的问题。首先，存储链的开销很大。其次，这意味着状态根需要在每次交易后更新。

更新状态根是一项非常昂贵的操作，其成本要在多笔tx中进行分摊。

(B)Geth作为库或作为执行引擎

Nitro使用Geth“作为一个库”，通过钩子对其进行了最低限度的修改，以调用适当的功能。

在Bedrock中，一个经过最少修改的Geth作为“执行引擎”独立运行，它从rollup节点接收指令，就像执行层从Eth2中的共识层接收指令一样。我们甚至使用完全相同的API！

这有一些重要的影响。首先，我们能够使用除Geth之外的其他客户端，在它们之上应用类似的最小差异。这不仅仅是理论，我们已经准备好了?Erigon。

其次，这让我们可以重用整个Geth堆栈，包括在网络层，这可以实现对等发现和状态同步等功能，而无需进行任何额外的开发工作。

(B)状态存储

Nitro将一些状态保存在一个特殊帐户中，使用特殊的内存布局将密钥映射到存储槽。

从这个意义上说，Bedrock并没有太多的状态，它只有很少的状态存储在普通EVM合约中。

在确定/执行下一个L2块时，一个Bedrock副本会查看：

去中心化投资基金Hydra Ventures完成1000万美元募资:金色财经报道，去中心化投资基金Hydra Ventures完成1000万美元募资，用于投资其他以投资为重点的DAO，1kx、ConsenSys、Collab+Currency、Wicklow Capital 和 Seed Club 等参投。[2023/3/29 13:33:31]

L2链头部的区块头；

从L1读取的数据；

L2链上EVM合约中的一些数据，目前只有L1费用参数；

在Bedrock中，节点可能会崩溃并立即优雅地重启。它们不需要维护额外的数据库，因为所有必要的信息都可以在L1和L2区块中找到。我认为Nitro的工作原理是一样的。

但很明显，Nitro比Bedrock做了更多的记账工作。

(C)L1到L2的消息包含延迟

Nitro会延迟10分钟处理L1到L2的消息。在Bedrock上，通常应具有几个区块的小确认深度。

我们也有一个称为“排序器漂移”的参数，它允许L2区块的时间戳在其L1原点之前漂移。

我们仍然需要确定最终的数值，但我们也倾向于10分钟，这意味着最坏的情况是10分钟。然而，此参数旨在确保在与L1的连接暂时丢失期间L2链的活性。

然而，通常在确认深度后会立即包含存款。

Nitro的白皮书中提到，这10分钟的延迟是为了避免L1上的存款因重组而消失。这让我对白皮书没有谈到的一个方面感到好奇，那就是：L2链如何处理L1的重组。我认为答案是它没有处理。

这并非不合理：合并后，L1的最终性延迟大约是12分钟。因此，如果存款延迟10/12分钟是可接受的，那么这个设计就是可行的。

因为Bedrock更接近L1，我们需要在需要时通过重组L2来处理L1重组。确认深度应避免这种情况过于频繁地发生。

Celsius债权人称与Nova Wulf的拟议交易是“最佳”选择:3月2日消息，根据一份新的法庭文件，Celsius破产案中的无担保债权人官方委员会表示，拟议出售给数字资产投资公司NovaWulf是“最佳”选择。该文件称：“虽然委员会将考虑所有选项，直到计划得到确认并生效，但委员会还认为，与NovaWulf进行交易是目前最好的、可行的替代方案。”法庭文件称，Celsius收到了9份收购要约和40份意向书。

根据拟议的交易，较小的债权人将收回70%的资金，而较大的债权人将获得由NovaWulf管理的新实体的代币化股份。新所有者计划向该业务注资4500万至5500万美元，并增加私人财富和贸易融资等新部门。

此前2月消息，Celsius债务人发布出售计划，拟选择NovaWulf作为该计划发起人。（The Block）[2023/3/2 12:37:39]

另一个小的区别是，如果Nitro排序器在10分钟后不包含存款，你可以通过L1合约调用“强制包含”它。

在Bedrock上，这不是必需的：拥有一个L2区块而不包括其L1起源的存款是无效的。

并且由于L2只能比原点提前10分钟，因此10分钟后不纳入存款的一条链是无效的，它将被验证器拒绝，并受到故障证明机制的挑战。

(D)L1-to-L2消息重试机制

Nitro为L1到L2的消息实施了“可重试票证”机制。假设你正在跨链，tx的L1部分可以工作，但L2部分可能会失败。因此，你需要能够重试L2部分，否则你已经丢失了代币。

Nitro在节点的ArbOS部分实现了这一点。在Bedrock中，这一切都是在Solidity本身中完成的。

如果你使用我们的L1跨域messenger合约向L2发送tx，该tx会到达我们的L2跨域messenger，后者将记录其哈希值，使其可重试。Nitro的工作方式相同，只是在节点中实现。

以太坊符合OFAC合规要求的区块占比下降至65%:金色财经报道，EthHub联合创始人Anthony Sassano(sassal.eth)发推称，以太坊符合美国财政部海外资产控制办公室(OFAC)合规要求的区块占比达到80%的最高点后呈下降趋势，目前已降至65%。这是由于Flashbots 开放了他们的中继/构建器基础设施，并且有更多的非审查中继器即将上线。[2022/12/9 21:33:38]

我们还通过我们的L1OptimismPortal合约，公开了一种较低level的存款方式。

这并没有为你提供L2跨域messenger重试机制的安全网，但另一方面，这意味着你可以在Solidity中实现自己的应用程序特定重试机制。这很酷！

(E)L2费用算法

在Bedrock以及Nitro这两个系统上，费用都有L2部分以及L1部分。对于L2费用，Nitro使用了一个定制系统，而Bedrock重复使用了EIP-1559。Nitro必须这样做，因为他们有上述提到的1tx/区块系统。

我们仍然需要调整EIP-1559参数，以使其在2秒的出块时间内正常工作。今天，Optimism只收取低且固定的L2费用，我认为我们可能也会出现价格飙升，但在实践中从未发生过。

重用EIP-1559的一个优点是，它应该使钱包和其他工具计算费用稍微容易一些。

而Nitro的gas计量公式非常优雅，他们似乎已经对此进行了大量思考。

(F)L1费用算法

那L1费用如何呢？这里的区别会更大一些。Bedrock使用向后查看的L1基础费用数据。这些数据非常新鲜，因为它通过与存款相同的机制传递。

由于仍然存在L1费用飙升的风险，所以我们收取预期费用的一个小倍数。

有趣的事实：这个倍数是所有当前排序器收入的来源！使用EIP-4844后，这将缩小，收入将来自MEV提取。

华企中联携手数藏中国推出“冠军人生”系列第一期数字藏品:金色财经报道，由华企中联推出的“冠军人生”系列第一期数字藏品，将于8月14日在数藏中国数字藏品平台发行。

本系列全新数字藏品共有6款，分别为：泳冠--庞佳颖R、万生--钱震华R、万生—钱震华R、彩渡—庞佳颖SR、狂歌—钱震华SR、超越—钱震华SSR、长啸—庞佳颖SSR，以盲盒的形式发行。同时，该系列还结合了可进阶卡牌的玩法，每一种稀有度的藏品均拥有不同的赋能权益。[2022/8/14 12:23:49]

Nitro做的事情要复杂得多。我并没有声称了解它的所有复杂性，但基本要点是他们有一个控制系统，可以从L1实际支付的费用中获得反馈。

这意味着使用此数据将交易从L1发送回L2。如果排序器支付不足，它可以开始向用户收取更少的费用。如果它多付了钱，它可以开始向用户收取更多费用。

顺便说一句，你可能想知道为什么我们需要将费用数据从L1传输到L2。这是因为我们希望费用计划成为协议的一部分，并接受故障证明的挑战。否则，流氓排序器可通过设置任意高的费用来拒绝链！

最后，交易批次在两个系统中都被压缩。Nitro根据对交易压缩程度的估计收取L1费用。Bedrock目前没这样做，但我们有这样做的计划。

原因在于，不这样做，会加剧在L2存储中缓存数据的不正当动机，从而导致有问题的状态增长。

(G)故障证明指令集

故障/欺诈证明！Nitro的工作方式与Cannon的工作方式有相当多的差异。

Bedrock编译为MIPS指令集架构(ISA)，Nitro编译为WASM。由于编译为他们称为WAVM的WASM子集，他们似乎对输出进行了更多的转换。

例如，他们通过库调用替换浮点(FP)操作。我怀疑他们不想在链上解释器中实现粗糙的FP操作。我们也这样做，但Go编译器会替我们处理！

另一个例子：与大多数只有跳转的ISA不同，WASM具有适当的控制流。从WASM到WAVM的转换消除了这一点以返回跳转，这可能也是为了解释器的简单性。

他们还将Go、C和Rust混合编译为WAVM，而我们只编译Go。显然WAVM允许“语言的内存管理不受干扰”，我将其解释为每个WAVM模块都有自己的堆。

我很好奇是：他们是如何处理并发和垃圾收集的。我们能够在minigeth中相当容易地避免并发，所以这部分可能很简单。

然而，我们对MIPS所做的唯一转换之一是修补垃圾收集调用。这是因为垃圾收集在Go中使用了并发，而并发和故障证明不能很好地结合在一起。Nitro也是做了同样的事吗？

(H)二分博弈结构

Bedrock故障证明将用于验证发布到L1的状态根的有效性的minigeth运行。此类状态根不经常发布，并且包括许多区块/批次的验证。

Cannon中的二分游戏是在这个运行的执行轨迹上进行的。

另一方面，在Nitro中，状态根与发布到L1的每组批次(RBlock)一起发布。

Nitro中的二分游戏分为两部分。首先找到挑战者和防御者不同意的第一个状态根。然后，在验证器运行中找到他们不同意的第一个WAVM指令。

权衡之处是在Nitro执行期间进行更多的哈希运算部分），但在故障证明期间进行更少的哈希运算：在执行跟踪的二分游戏中的每个步骤，都需要提交内存Merkle根。

像这样的故障证明结构也减少了对验证器内存膨胀的担忧，其可能会超过当前运行MIPS的4G内存限制。

这不是一个很难解决的问题，但我们需要在Bedrock中小心，而验证单笔交易可能永远不会接近这个限制。

原像预言机

用于故障证明的验证器软件需要从L1和L2读取数据。因为它最终将在L1上“运行”，所以需要通过L1访问L2本身-通过发布到L1的状态根和区块哈希。

你如何从状态或链中读取？

Merkle根节点是其子节点的哈希，因此如果你可以请求原像，则可以遍历整个状态树。同样，你可以通过请求区块头的原像来向后遍历整个链。

在链上执行时，这些原像可以预先提供给WAVM/MIPS解释器。

这就是你在Nitro和Bedrock上阅读L2的方式。

但是，你需要为L1做类似的事情。因为交易批次存储在L1调用数据中，无法从L1智能合约访问。

Nitro将其批次的哈希存储在L1合约中。所以他们至少需要这样做，我不知道为什么没有提到。

在Bedrock中，我们甚至不存储批次哈希。相反，我们使用L1区块头返回L1链，然后沿着交易Merkle根向下查找calldata中的批次。

第4.1节的结尾，提醒我们?Arbitrum发明了“哈希预言机技巧”。不安全不应该成为忘记Arbitrum团队贡献的理由！

(J)大原像

Nitro白皮书还告诉我们，L2原像(Preimage)的固定上限是110kb，但没有引用L1的数字。

在Cannon中，我们有一个称为“大原像问题”的问题，因为要反转的潜在原像之一是收据原像，其中包含Solidity事件发出的所有数据。

在收据中，所有日志数据连接在一起。这意味着攻击者可以发出大量日志，并创建一个非常大的原像。

我们需要读取日志，因为我们使用它们来存储存款。这并不是绝对必要的：Nitro通过存储消息的哈希来避免这个问题。

我们不存储哈希，因为计算和存储它的成本很高，存储要消耗大约20kgas，每计算32个字节要消耗6gas。平均一笔交易大约是500字节，因此一批200笔交易的哈希成本大约为20kgas。以2000美元的ETH和40gweibasefee计算，额外的哈希和存储成本为3.2$。以5000美元的ETH和100gwei计算，成本即20美元。

我们目前解决大原像问题的计划，是使用简单的zk-proof来证明原像中某些字节的值。

(K)批次和状态根

Nitro将批次和状态根紧密相连。他们在包含状态根的RBlock中发布一组批次。

另一方面，Bedrock将其批次与状态根分开发布。关键优势是再次降低了发布批次的成本。这让我们可以更频繁地发布批次，并减少状态根的频率。

另一个影响是，使用Nitro，如果RBlock受到挑战，它包含的交易将不会在新链上重放。

在Bedrock中，我们目前正在讨论在成功挑战状态根的情况下该怎么做：在新的状态根上重放旧tx，还是完全回滚？

(L)其他杂项

影响较小的差异：

(i)Nitro允许排序器发布的单笔交易可以是“垃圾”。为了尽量减少对Geth的更改，我们总是丢弃包含任何垃圾交易的批次。

排序器总是能够提前找到那些，所以挥之不去的垃圾交易要么是不当行为要么是bug。排序器运行与故障证明相同的代码，因此它们对无效内容的定义应该相同。

(ii)Nitro引入了预编译合约，尤其是用于L2到L1的消息传递。我们目前不使用任何预编译，而是更喜欢它们“预部署”，即存在于创世区块特殊地址的实际EVM合约。

事实证明，我们可以在EVM中做我们需要的事情，这使得节点逻辑稍微简单一些。不过，我们并不坚决反对预编译，也许我们会在某个时候需要用到预编译。