Arbitrum 基础架构与概念入门

本文为Arbitrum、GoPocket和Rebase社区联合举办的?『Arbitrum基础架构讲解：快速入门』?讲座的文字整理版。

Arbitrum是什么？

Arbitrum是以太坊的乐观式Rollup?扩容方案，有以下特性：

无需信任的安全性：安全扎根于以太坊，任何人都可以确保正确的L2结果。若L2链完全宕机，仅凭以太坊上的信息就可以重建整条L2链。

以太坊兼容性：所有EVM标准的合约和转账都可以在Arbitrum上执行。

可扩展性：将以太坊的计算和存储转移至链下，吞吐量更高。

最低成本：为最小化以太坊L1燃气成本而生，降低每笔交易的成本。

瞬时最终性：开启序列器模式的Arbitrum链会有最终瞬时性这一杀手级特性，瞬时最终性也即交易确认几乎不需要等待。Arbitrum团队上线的官方旗舰链ArbitrumOne开启了序列器模式。

dApp开发者关心的内容

代码需要修改吗？代码无需修改。完整的EVM兼容性对开发者是相当友好的。

支持什么语言？Solidity/Vyper，没有编译器、版本限制。

开发环境一致吗？各种工具如Truffle、HardHat以及IDE均可以在Arbitrum上使用，开发环境完全一致。

没有Gaslimit！Arbitrum上没有gaslimit，合约开发者有新的玩法。

总结来说，合约开发者从以太坊迁移到Arbitrum其体验是相同的，几乎等同于从Rinkeby迁移到主网。当然，会有一小部分特性因为L2的原因而有所不同，请见?官方文档：与以太坊的不同点。

整体架构

Arbitrum整体架构可以简要分为L1上的EthBridge与L2上的AVM。

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Rollup协议记录了一条rollup区块的链条，它们与以太坊区块并不是同一个概念。你可以认为rollup链是一条概念上的单独的链，是由Arbitrumrollup协议管理并监控的。Rollup链只可能有一条路径是正确的，其余的分支最终会被挑战证伪，一般情况下无人作恶则不会有错误的分支。

每个rollup区块包含：

rollup区块编号

父rollup区块编号：本rollup区块之前一个正确的rollup区块的编号

火币全球站与以太坊扩容解决方案Arbitrum达成技术合作:火币全球站（HuobiGlobal）宣布与以太坊扩容解决方案Arbitrum达成技术合作。Arbitrum是行业领先的OptimisticRollups解决方案，由OffchainLabs开发，旨在让用户体验新一代二层技术带来的更方便、更快捷、更安全的服务。（Cointelegraph）[2021/8/20 22:26:29]

本链历史上所发生的运算量

本链历史上所接收的收件箱信息数量

对本链历史输出的哈希

链状态的哈希

验证者可以提出rollup区块。新的rollup区块一开始是待决状态。最终每个rollup区块都会被解决，要么被确认，要么被拒绝。已确认的区块构成了整条链的历史。

质押

在任何时间，都会有一部分验证者成为质押者。质押者通过EthBridge充值资金，如果输掉挑战则会被没收。目前所有链接受以太币为质押物。

单笔质押可覆盖一系列rollup区块。每个质押者都质押在最新确认区块上；如果你质押了一个区块，你还可以继续向其子区块质押。所以你是可以质押在一串连续正确的区块上的。

创建新的rollup区块必须成为质押者，且已在你所创建的区块的父区块上质押了资金。如此便确保了作恶则惩罚机制能够执行。

挑战

当一名验证者不同意另一名验证者时，会进入挑战。?每一个DA都有一个挑战期，在挑战期结束之前才能进行挑战。在ArbitrumOne上为7天。关于如何合理地设置挑战期请参考EdFelten的文章?Optimizingchallengeperiodsinrollup|byEdFelten|OffchainLabs|Medium。

挑战者发起挑战后，应战者将被挑战的断言分为分割协议规定的若干份；挑战者继续指出其中有问题的一段，应战者再继续分割；经过多轮互动后，问题聚焦在一条最小的不可分的指令上，应战者再向EthBridge提供单步证明。EthBridge验证后整个挑战结束。

挑战结束后，一半资金会奖励给赢家。另一半资金会被销毁。?通过低成本解决争议，对输家进行高额惩罚的密码经济学方式，Arbitrum有力地震慑了作恶行为，即使是发生争议的情况下，也不会带来明显的链上冲击。在正常情况下，验证者会观点一致并推进链的状态。

Layers之间的互通性

代币桥接

自由代币桥接：原则上来说，L1到L2代币桥接是自由、免许可的，任何人都可以将任何币种跨到L2，甚至还可以制作自己的自定义桥。如果某币种尚未跨到L2上，只需要调用跨链功能即可，该操作普通用户就可以完成，无需代币项目方许可或者任何特殊权限或专业知识。但目前项目刚上线，为防止不可测的问题，官方还没有开启自由桥接，而使用了白名单机制。日后会放开限制。

特殊代币走桥：Rebase型，持币生息型，特殊功能代币，这种需要实现特殊的桥，使用特殊桥进行迁移，否则会出现不可预知的问题。

地址映射关系：L1上的代币跨到L2后，其地址是确定的。L1地址到L2地址的关系为单射，且可逆推。通过权威地址映射oracle确保，同一个L1代币不论走过哪些自定义桥，在L2上最终只会有一个合约地址。

反向桥：L2上的原生代币跨到L1上的桥，目前还不存在。在L2上原生发币又想回到L1的项目需要注意。

L1到L2：充值

充值最重要的概念是RetryableTickets，该机制解决了充值的原子性和多余燃气处理问题。在L1充值到L2时，如果不使用Retryable，一旦出现L1成功了但L2上失败的情况，用户的钱将永久被锁定在L1合约里。所以当前的Arbitrum版本已经禁止非Retryable的普通方法。

使用Retryable如果失败后，可以在一个挑战期内重试领取。

L2到L1：提现

普通提现

普通提现在L1上有一个等待期，结束后需要手动领取，该过程也需要花费L1上的Gas。

快速提现

快速提现依赖快速提现服务商，以及流动性提供者或交易对手。而快速提现能够实现而不用等待7天挑战期，则基于对Arbitrum最终性的理解，文末会详述。

主要实现方式包括可交易提款和原子锁交换。目前有cBridge，renBridge，Connext等方案为Arbitrum提供快速提现或跨链服务。

另外，单独的NFT、L2向L1的外流信息等非同质化的token和message，并不适用于基于流动性的快速提现/传播，因为没人能够提供等价物。

自定义官方桥

若想使用?官方桥?但自己实现另一套UI用于自己的产品中，请参考?arbitrum/packages/arb-tsatmaster·OffchainLabs/arbitrum·GitHub?中的内容。

ArbGas

ArbGas是Arbitrum用来管理链上执行成本的。与以太坊gas的理念一致，每个AVM指令都会有一定数量的ArbGas消耗，而一次运算的总成本是该运算包含的指令的ArbGas的加总。

我们需要关注几个点：

丰饶度和数量级：ArbGas的值远大于L1的gas。ArbGas并不能直接与以太坊gas相比。开发者和用户应该把ArbGas理解为是比以太坊gas更加且便宜的。

无gaslimit：Arbitrum并没有硬性的ArbGaslimit，正常情况下Arbitrum链每秒可以消耗任意数量的ArbGas，而在以太坊中则有gaslimit。

ComputationalGas：用来描述AVM计算成本，一般情况下接触不到，在Arbiscan中每条交易的AdvancedInfo中可以查到。该数值与用户交易时的gas不应混淆。

二价竞拍：在以太坊上，一笔交易的燃气价格等于其声明的gasbid(price×limit)。在Arbitrum则不同，gasbid会视作该交易所愿支付的最高价格。所以，在Arbitrum中，提交交易时钱包上显示的gas使用量和实际使用量是不同的，实际使用量可能会比显示的少50%。

Arbitrum网络费用的收费机制：Arbitrum的网络费用主要用于补偿验证者、聚合器、序列器等工作角色在L1上的gas费用，具体经济模型由ArbOS管理。

对Arbitrum交易成本的预期：

ArbitrumL2的固定成本主要来源于L1上的rollup信息提交行为，其中的固定成本可以摊薄，对固定成本而言_使用人数越多则越便宜。另外，L1上的gas水平因此也影响到L2上的gas水平。综合这两方面考虑可以说，在一定数量级内，L1上的用户涌入到Arbitrum上的越多，则Arbitrum使用起来越便宜。

最终性

Arbitrum上的最终性有四种层级。不同的用户或开发者，需要根据自身的需求来确定使用不同的最终性标准。对于普通用户或普通项目的开发者而言，信任序列器即可，这也是大部分钱包、应用默认的选择，用户什么也不需要做。特殊项目的开发者，如跨链协议等，可能需要考虑更加坚实的最终性以应对极端情况。

以太坊确认

一个挑战期过后DA被确认，最强的最终性，完全无法更改。由于时间太久，除了官方桥提现等动作需要依照此最终性以外，在实践中不太可能使用，显然你不可能在SushiSwap上做了一笔交易后，7天后才能说这笔交易确认了。

信任的验证者质押

如果你信任某个验证者，或者你自己就是验证者，你可以选择相信别人或你自己。根据一诚则成原则，只要这些验证者是诚实的，他们背书的DA最终会得到确认。

验证者或聚合器在不质押的情况下为交易背书

不质押的验证者，或者普通的聚合器，由于缺乏质押，其可信性比上一种要小一些。但如果你信任的话，也可以采用这种标准。

信任序列器

信任序列器的最终性是最快的，几乎是瞬时的。只要序列器不作恶，那返回的结果都是正确可信的。大部分用户和dApp都会采用这种方式。

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