前言：

Arbitrum提供了各种资产以推动以太坊通过部署智能合约，成为更安全高效的去中心化方案。Arbitrum上的交易价格更低廉，同时还保持着高程度的无需信任，还能快速实现与以太坊的兼容。这意味着以太坊现有用户和用例能够成功转移到Arbitrum上。既降低成本，又保留以太坊各类出色的特性。2021年12月18号，在IOSG第八届老友记的活动中，我们邀请到了老友记Cohost之一Arbitrum联合创始人的Harry Kalodner以《无需妥协的扩容解决方案》为主题，从Arbitrum的底层逻辑出发，描述其如何扩容以太坊，如何应用欺诈证明进行判断链的正确状态，以及Arbitrum Rollups的迭代情况。更多精彩，敬请继续阅读下文！

全文阅读：

大家好，我是Harry Kalodner，Offchain Labs联合创始人兼首席技术官。非常荣幸今天有机会与各位观众探讨Arbitrum Rollup。Arbitrum Rollup是以太坊Optimistic Rollup扩容方案，支持当下L2上运行的任意Solidity智能合约。探讨Arbitrum之前请允许我介绍一下创始团队。Arbitrum想法诞生的时候，我们三人都在普林斯顿大学。Ed当时是学校的教授，Steven和我都在读博士。当时我们写了一篇关于Arbitrum的研究论文，我们三人是联名作者。之后我们决定把Arbitrum打造成能够实际使用的产品。为此我们又成立了公司，我们三人在公司工作多年，均任全职职位。

现在我想与大家分享一下，为什么我认为Arbitrum很赞。希望我讲完之后大家也能认同我的观点。Arbitrum提供了各种资产以推动以太坊通过部署智能合约，成为更安全高效的去中心化方案。Arbitrum上的交易价格比以太坊低廉很多，同时还保持着高程度的去信任特性。Arbitrum具有以太坊的安全性能，能够快速实现与以太坊的兼容。目前已有的以太坊工具、智能合约等，已经使以太坊成为开发和使用应用的高效平台。但是在以太坊之外，这些功能同样可以在Arbitrum上实现。这意味着以太坊现有用户和用例能够成功转移到Arbitrum上。既降低成本，又保留以太坊的各类出色特性。

Arbitrum不只是一个想法，而是一个已经发布的产品。今年8月我们发布了主网Beta版本。自从8月份以来，大家熟知并喜爱的很多以太坊DApp都已经部署在Arbitrum上。大量资产已经转移至Arbitrum，大批用户已在Arbitrum上完成海量交易。Arbitrum的成就让人激动。所有成就中，最重要的就是实现了切实可行的扩容方案，高效易用。各式各样的DApp都已经部署在了Arbitrum上。例如，各类DeFi市场都在Arbitrum上产生价值，现在都已可以使用，带给用户丰富的使用体验。区块链的价值归根结底来源于大量用户的流动性。这一点对我们来说尤为重要。这种方式在Arbitrum上效果很好，开放式合约部署的效率很高。

刚刚我给大家讲的就是为什么需要关注Arbitrum，Arbitrum为何如此重要。下面我想深入探讨一下技术层面的内容——技术是如何运行的，因为我认为这是截至目前Arbitrum最有意思的一部分。首先我想先谈谈关于整个系统的概括性理念，然后我会深挖有趣的细节，详细聊聊我们是如何做成Arbitrum的。

首先我想先谈几点主要的想法。第一个概念是Inbox。Inbox代表各项交易组成的清单，这些交易均由系统处理。Inbox很像以太坊上的区块。第二个概念是链状态，代表链的当前状态，状态从Inbox的交易中产生。处理这些交易的过程中会生成链状态。除了上述两个概念，各组输出信息也是重要因素。输出信息是可以从外部观察到的行为。和之前一样，本视频也会和大家深入探讨一下概念的细节。大家可以设想一下，从Arbitrum取出资产放回以太坊。大家现在一定有很多疑问。Inbox是什么？谁负责追踪Inbox？链状态是什么？这些概念存在于哪里？用户如果只是想获取一些资金，如何确认做法是正确的？如何确认各项功能是否正常运转？用户如何与系统互动？用户通过Inbox与系统互动，互动具体如何实现？Arbitrum如何与以太坊实现交互操作？我已经大体介绍了Arbitrum，Arbitrum如何依托以太坊发展，与以太坊如何连接。Arbitrum一直使用的是以太坊的安全技术，很多问题我都可以很快给出简短的回答，细节的回答会随着讲解逐渐展开。

首先是Inbox。交易数据均发布在以太坊上，Rollup的完整状态来源于各项交易。各项交易都涵盖在链上。了解Rollup状态所需的所有数据都将显示在以太坊上，所以对用户来说具有安全性。链状态包含基于这些交易的执行和存储，完全发生在链下，由节点完成。这些节点在Arbitrum上运行，完全无需借助以太坊节点。执行就是这样完成的。各位观众，执行是在链下完成的。如何证明这种做法是正确的？桥非常关键。

Optimistic Rollup就可以解决这一问题。Arbitrum Rollup运用欺诈证明，验证器会判断链的正确状态。以太坊上很难完成这一点。Arbitrum使用的是交互式欺诈证明，需要很多步，在验证器和质疑状态正确性的用户之间往复多次进行证明。证明的是用户发布的用以验证原始内容是否正确的内容。系统植根于以太坊。刚才我也讲过，Inbox在以太坊上。调节和解决这些欺诈证明的整个系统均在以太坊上。整个系统均可以达到以太坊级别的安全性能。

协议的运作方式是如何使用户能够在以太坊证明一些执行是发生在L2上的？概括地说，进行判断的链对L2的状态进行判断，判断的状态是判断发布瞬间的状态。主要的信息是看，前一次判断是正确的，如果继续执行，下一次的新状态如下。如果Alice发布了类似内容，Bob可以同意Alice的判断，Bob可以在Alice的基础上进行下一次判断，或者继续观察Alice做出的下一次判断。Bob也可以不同意Alice的判断，Bob可以发布不同的判断。问题在于如何解决Alice和Bob的分歧。现在的概念是，Alice和Bob分别可以判断链状态。需要解决的是，处理判断过程中的分歧。现在我来仔细讲讲整个流程是如何运行的。

首先，过程中所有的输入信息都会直接发布在以太坊上。判断的形式是哈希。这只是发布出来的很小一部分数据，用来代表整个Arbitrum的链状态。发布这些判断时，判断发布者也会付一些保证金。如果他们的判断错误，他们就损失掉了线上的这些保证金。对于系统来说这是非常恰当的激励措施。

如果发布的判断错误，每个人都可以上传自己的判断和保证金，用来反驳已经发布的判断，对已发布的判断进行质疑。任何人都可以纠正Rollup链的正确性，确保链的安全性有强有力的保障。出现分歧之后，问题在于如何解决分歧。下面我将和大家探讨一下交互式的过程是如何运行的。判断在Alice和Bob之间反复验证，最终判定其中一个人在说谎。关键的一步是，几轮之后我们会缩小分歧出现的范围，直到找到具体是原始判断的哪一个具体部分导致了分歧。

Arbitrum使用的是“一步式证明”，在以太坊上进行评估。要想实现这一点，以太坊必须确切知道，谁的判断是正确的。现在我来深入讲解一下，交互式的分歧具体是什么样子的。现在为大家展示的这张图片，大致展示出分歧处理的基本步骤。最开始发布判断的时候，已经经过了一系列的执行步骤。假设我的判断是，如果我执行接下来的一千个区块，新的状态将会是如何。可以在链下进行检查。自行检查判断是否正确。但是用户无法在以太坊上证明判断是否正确，涉及到的计算数量很大。因此我们采取的方法是，找到中间点。例如，可以在500个区块之后设置一个中间点。500个区块后链的状态如何？

此时，最初的判断者，也就是最开始做出判断的人，提出中间点。这样一来，一个大的判断就分成了两部分，合起来等于这个大的判断。通过这种方法将争论一分为二。各位观众现在也能看出基本思路了。不断重复寻找中间点的步骤，直到找到最小的不可再分单位，此时就可以使用一步式证明。刚才展示的是从最初的分歧，一直到最后解决分歧的步骤：分歧是如何解决的。实际操作中，整个系统比刚才讲的要复杂许多，Arbitrum采取了很多措施来更快地解决这些挑战。

例如，我们不只是每次将分歧对半分，而是每次大约都分成两百份。Arbitrum通过这种分割，迅速减少分歧规模。这个过程有很多复杂的部分，很多内容有待详细展开。但是主要的观点是，这种复杂性非常有价值，因为互动式证明是非常出色的技术，具有很多主要优点。Arbitrum Rollup因此能够成为非常高效的协议。还有一点需要注意的是，Arbitrum对执行进行判断。大多数时间此类判断分歧都不会出现。用极其少量的数据进行大型的判断，使Arbitrum在常见的Optimistic用例中成为非常高效的协议。

分歧出现时，Arbitrum可以不断切分分歧的规模，可以进行多轮切分，每一次切分规模都很小。Arbitrum的工作量很小。Arbitrum仅仅是提供哈希，不断切分分歧的规模，直到可以使用一步式证明解决。Arbitrum从不需要运行完整的交易，而是运行数量很小的交易。这种方法提高了工作效率，可处理合约规模也显著增加，因为Arbitrum从来不需要在以太坊运行任何合约或交易。Arbitrum只在小步骤上进行操作。在L2上可以运行任意规模的gas和合约，大小不受以太坊限制。

Arbitrum不只可以与以太坊兼容，同时具有灵活性。Arbitrum的欺诈证明只需要进行一步执行。Arbitrum可以在L2上实现强有力的执行，因为Arbitrum与以太坊仅保留最必须的连接。大多数时候Arbitrum上可以操作的内容基本不受以太坊限制，L2上可操作的步骤因此也基本不受以太坊限制。刚才我讲解了协议的运作方式，协议如何与以太坊互动。

现在换个话题，从L2的角度进行探讨。直接与Arbitrum进行互动的用户如何看待Arbitrum。这个角度包含Arbitrum节点，与以太坊节点非常类似，部署在任意链上的合约，名为ArbOS的兼容性层。稍后我会进行讲解。从用户体验来说，使用Arbitrum和使用以太坊非常类似。Arbitrum节点在终端使用的也是JSON-RPC标准，与以太坊一致。大多数可以在以太坊使用的工具均可以适配Arbitrum。例如， Metamask可以轻松与Arbitrum进行适配，因为Arbitrum使用的是通用界面，用户可以通过去信任方式进行套利。因为任何用户都可以单方推动Rollup链正确运行。我刚才说过，Arbitrum完全适配EVM，用户可以使用任何可在以太坊部署使用的Solidity或Vyper版本任何其他语言在Arbitrum上部署合同。用户还可以在Arbitrum上运行自己的合同。

除此之外，除了支持那些可在以太坊运行的应用，Arbitrum还可以支持很多不能在以太坊运行的应用，因为有些应用过于复杂，Arbitrum都可以运行。我刚才提到，Arbitrum成功运行离不开神奇的ArbOS系统。ArbOS是Arbitrum的L2操作系统，处理各项交易执行。我们提到的状态更新，更新链的状态至最新，各项高级功能均可实现，同时支持以太坊各项日常功能。Arbitrum有各类保守的方法可以连接L1和L2，批量处理交易，BLS签名支持，用户可以进一步压缩数据。Arbitrum可以与EVM适配，刚才提到，可以在任何时候扩展此项功能，轻松将新交易类型和功能添加至Arbitrum。Arbitrum因此成为探索高级功能、提升以太坊用户体验的新选择。

现在我们已经探讨了Arbitrum所有的构成部分，希望屏幕上的这幅图能够更清晰地解释我的观点。Arbitrum有以太坊上的Inbox，Inbox处理各项交易。Arbitrum有链状态，状态在L2进行更新输出信息，依据链状态进行判定。Arbitrum可以使用Rollup协议回溯式证明L1，这些功能都展开在这张图上。Arbitrum的用户体验佳，L2系统是基于L1系统进行搭建的，刚才给大家描述过L1系统。

刚才已经给大家介绍了Arbitrum Rollup，下面我想花几分钟和大家探讨一个让我非常兴奋的内容——Arbitrum Rollup的下一次迭代。这次迭代将是重要升级，将于明年发布。该版本名为Arbitrum Nitro。除了名字很酷炫，Arbitrum Nitro到底是什么？答案就是，该版本不仅通过定制的Assembly语言进行交互式欺诈证明，这种为Arbitrum定制的语言名为Arbitrum虚拟机。新版本转变为通过Web Assembly进行证明，实现非常高端的功能。Arbitrum因此能够汇编现有以太坊客户，在链上完成证明。

Arbitrum Nitro实现的功能是将Geth编入Arbitrum。从以太坊同步到Arbitrum处理Arbitrum链上交易的时候，可以通过改进版的Geth来完成。Arbitrum运用Geth的方式是将Geth嵌入ArbOS 2.0版本中。ArbOS 2.0是所有Arbitrum功能的升级版。这就是对Arbitrum Nitro的技术性描述。但是Arbitrum Nitro让我非常兴奋，还有一个单纯的原因——Nitro为用户带来很多重要福利。

首先，因为Nitro以Geth为基础，使用Geth代码库，Arbitrum能够提供与以太坊使用体验高度连贯一致的用户体验。更多的工具也可以从以太坊迁移到Arbitrum。例如，Arbitrum上可以添加高度适配的追踪支持。例如，现在Arbitrum还不支持使用和以太坊完全一样的工作量模型。Arbitrum和以太坊现在的模型有很大差别，因为底层结构现在还非常不同。为了充分利用Arbitrum Nitro，用户只需使用Arbitrum One即可。Arbitrum One链在Nitro即将发布的时候将会升级为Nitro。

Nitro将提供更好的用户体验。每位用户届时都应该能够感受到。Nitro使用的以太坊L1调用数据将少得多，因为Nitro能够使用更多高级压缩功能。此类功能目前在Arbitrum上还未实现。Nitro节点能够完成更多估算且成本更低，因为使用Geth代码库。Nitro得到了极大优化，同时Nitro版本还可以使用WASM进行改进。这就是Nitro未来的基本功能。概括来说，Nitro和目前的系统非常相似。目前我们的主要工作就是把L2系统工作的方式置换出来，替换掉基于Arbitrum虚拟机的ArbOS系统，用基于WASM的Geth取而代之。协议的规则保持不变，解决挑战的思维保持不变，但是Arbitrum执行和判断的内容将会进行重大升级。

非常荣幸今天能和大家分享。我很高兴能给大家讲Arbitrum相关的知识，希望大家听得开心，能够从今天我讲的内容中了解到更多Arbitrum Rollup工作的原理。感谢IOSG举办此次研讨。祝大家今天都过得愉快。如果你想了解更多Arbitrum相关的知识，屏幕上有很多途径。加入我们的Discord，浏览我们的文档，关注我们的Twitter。如果你非常感兴趣，我们的团队也在成长壮大，欢迎你来和我们聊聊加入团队的事宜。期待你联系我们。谢谢！