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Yi
- 各位老师好，我是 Yi , 两年经验的后端开发(Java向)，很高兴认识大家
- 个人时间相对充裕，有接触新知识的欲望，我认为我可以完成此次学习
Ethereum:
Ethereum 吞吐量低的原因
- 每个节点都会参与处理历史的每一笔交易
- 为了做到去中心化，Ethereum 需要大多数人可以运行（对用户硬件配置和软件资源的要求比较低）
Arbitrum（Rollup、Arbitrum One）
简介
Arbitrum 是为了解决以太坊 Tps 低的问题而开发的项目，它通过 Rollup 协议在以太坊之上创建了一个交易层。
最终 Arbitrum 会将将交易数据打包发布到以太坊，保证了项目的安全性和去中心化的同时，提高了处理速度。
特点
- 更高的吞吐量（更快的交易确认）
- 更低的费用
安全性
从简介中来看，只要有一个诚实的用户，就能证明任意数量的欺诈者（此处推测，验证器可能是利用 Ethereum 的账本机制，来回溯真实的交易记录）
兼容性
从用户的角度，基本上与使用 Ethereum 没有区别；
从开发人员的角度，工具和库都兼容，而且在保持兼容性的前提下，支持用 Rust、C++ 来编写高性能的智能合约
AnyTrust（Nova）
Rollup 链的所有数据放在 L1 链上管理，而 AnyTrust 链的数据，放在链下管理，在遇到攻击时，AnyTrust 链会恢复到 Rollup 的模式，但是这里需要至少 2 名成员是诚实的。
数据放在链下，吞吐量会进一步提高，用户费用也会显著减低，适合高吞吐量且不需要完全去中心化的应用
交互式证明:
争议双方参加一个由 L1 合约引导的回合制协议，双方在链下进行争议的解决
如果该争议涉及了 N 个执行步骤，一方曝光出 2 个涉及 N/2 的断言，然后让对方选择一个挑战，这样争议规模就缩小了一半；重复以上步骤，直至争议缩减到单个执行步骤，此时再到链上按此步骤执行来解决争议
重执行证明:
让一个 Rollup 区块在区块内每一笔交易上做断言，L1 引导合约模拟执行整个交易流程，来验证结果
交互式证明的优势:
- 效率更高
乐观情况下，一个区块只需要包含一个断言，空间占用小，节省成本。
悲观情况下，引导合约只需要执行一个步骤即可验证争议，速度快
- 更高的交易级 gas limit
交互式证明的 gas limit 相较于 Ethereum 要大得多，重执行证明受限于 Ethereum 的 gas limit，可能没办法在一笔交易内模拟执行完
- L2 上的合约大小没有限制
交互式证明不需要为 L2 合约在 Ethereum 上创建对应合约，所以不受限制；重执行模式的 gas limit 必须小于 Ethereum 合约的 gas limit（因为模拟执行的 gas limit 消耗更大）
- 灵活性
举个例子，EVM 中新增指令，必要的功能无非是能在以太坊上验证一个单步执行的证据。而重执行模式就严格受限于 EVM
Arbitrum 欺诈证明：
- 从全局状态开始，进行二分查找，将争议缩小至单个区块
- 在区块内部调用 ChallengeExecution，同样二分查找判定，将争议缩小至单个步骤
- 提供证明数据，调用 oneStepProveExecution，验证结果
争议以两个段作为开始，此时假设双方同意某一段的正确性，对第二段存在分歧；下一轮中，选择第一段作为起始，结尾位置在上一轮第二段之前，此时就将争议缩小了一部分；重复以上流程，直至争议缩减至单个步骤，解决争议。（每一轮中，双方轮流决定挑战的位置）
赢得挑战后，挑战方不能做出任何有效行动，最终会因为超时而失败，这样做是为了预防，如果挑战被错误解决，就有时间通过合约升级来诊断和修复错误
Arbitrum Classic:
首次在 Arbitrum One 链主网上发布的技术
Arbitrum Nitro:
Arbitrum 最新的技术，是 Arbitrum Classic 的升级
相同点:
两者都创建了一个尽可能接近 EVM 的执行环境，作为 L2;
通过以太坊本身简洁的欺诈证明来保证 L2 的安全性
不同点:
Classic 通过定制虚拟机（AVM）来实现，虚拟机上运行 ArbOs，可以模拟 EVM 的执行
Nitro 通过 Go 语言实现逻辑，在欺诈证明的时候编译成 Wasm 来执行
Nitro 的优势:
- 费用更低
Classic 中，高级语言（solidity，vyper）会被转化为 EVM 字节码，然后 ArbOs 会将 EVM 字节码转换为相应的 AVM 指令在 L2 链上运行，这些 AVM 指令可以作为证明欺诈的输入。在交互式欺诈证明中，找到 AVM 中的一步证明，然后在 EVM 中执行
Nitro 中，L2 链上运行的 Go 代码。Nitro 会定时生成类似 Ethereum 的区块，这些区块可以视为 Check Point。利用这点，将交互式欺诈分为 2 个阶段：首先将争议缩小到一个区块上，然后把该区块代码编译为 Wasm，再把争议缩小至 Wasm 指令。所以只能再发生争议时，才需要将 Go 编译成 Wasm 来证明欺诈。
大多数正常情况下在 L2 链上使用 Go 代码来执行，仅在需要欺诈证明时编译成 Wasm 去 EVM 上证明欺诈，这种方式速度更快，性能更强，相应的，费用也就越低
Arbitrum 交易的大部分费用都用于支付在 Ethereum 上发布数据的成本，所以如何压缩数据就非常关键。
Classic 中，AVM 是为 Arbitrum 定制的虚拟机，压缩算法需要自定义并且手动实现，有很高的技术风险
Nitro 中，使用 Go 代码，可以使用成熟的压缩库，显著降低发布交易到 L1 上的成本
- 兼容性更强
ArbOs 虽然能处理所有的 EVM 操作码，但还是有些逻辑与 EVM 不同，比如：gas 费的单位不同导致 L1 上的合约必须经过修改逻辑之后才能发布到 L2 上，很不方便；
Nitro 用 Go 模拟 Ethereum 运行，基本一比一复刻
- 简洁性
AVM 是定制的，没有对应的高级语言，开发成本比较高；
Nitro 用 Wasm 作为 L2 的虚拟机，可以用高级语言进行编写合约，代码要精炼、简单很多，开发成本更低，安全性也更加有保障
AnyTrust:
AnyTrust 是 Nitro 的技术变式，它通过最小信任假设来降低交易成本，依靠链下数据可用性委员会来存储数据和证明欺诈
数据可用性委员会:
AnyTrust 模式下，用户将交易发布到 Sequencer 之后，Sequencer 会将数据发到链下委员会存储，委员会将为批量的交易数据签署可用性证书（DACerts），只有 DACerts 会被上传到主网的 inbox 合约，进一步降低了发送到主网的数据大小。而且委员会公开了查询接口，允许通过证书的 Hash 获取数据批次。
当需要获取交易数据的时候，从 inbox 合约中获取上传的 hash 值，通过查询接口，就可查询到交易数据。Anytrust 方案在一定程度上牺牲了去中心化特性（也牺牲了一定安全性），依赖中心化组织保证数据的正确性
Nova:
Nova 是基于 AnyTrust 技术搭建的新链，专为游戏、社交应用程序这种对成本和性能更敏感的应用而设计。 Nova 支持了 2 种数据发布方式，一种是以 Calldata 的形式发布完整数据，一种是发布 DACert 的方式。
Nova 的定序器将完整的数据集同时发送给所有 DAC 委员会的成员，委员会签名后把带有签名的证明返回给定序器，定序器收集到足够多的证明就能将它们聚合并创建有效的数据可用性证明（DACert），然后把 DACert 发布到主网。如果定序器没有收集到足够多的证明，Nova 会回退到 Rollup 模式（以 Calldata 形式发布数据到主网）。
Orbit：
Orbit 是一个开发框架，允许用户使用任何基于 Arbitrum Rollup 的 L2 网络作为结算层来创建和启动 L3 网络。借助 Arbitrum Orbit，用户可以在隐私、权限、费用代币、治理等方面定制自己的链。（L3 使得链上资源密集型应用成为可能。）
BOLD：
BOLD 是 Arbitrum 团队提出的无需许可验证机制，目的是最小化结算状态的延迟。
目前对于乐观 Rollup 而言，普遍存在一周的挑战期，用户从 L2 提现到 L1 要等一周；挑战期内验证者如果发现提交上来的 L2 交易有问题，可以发起挑战。
通过引入 BOLD 机制，一方面能实现验证的无需许可，更符合区块链去中心化的理念；另一方面，能实现最小化结算状态的延迟。BOLD 允许单个诚实的验证者在以太坊上与任意数量的对手进行争议时取胜，从而使 DDOS 攻击失效。
Stylus：
简言之，开发人员在 Arbitrum 上既能使用传统 Solidity 语言，又能使用 WASM 兼容的语言，如 Rust、C 和 C++ 等来构建应用程序。此外，Stylus 使 Dapps 的执行更加高效，显著地降低了 gas 成本。
用户和合约将消息放入 inbox，链一次读取并处理一条消息，然后更新链上的状态。
执行是确定性的：链的行为由 inbox 里的内容唯一确定。因此，只要消息被放入 inbox，就可以从任何节点获取交易结果。
Sequencer 接收用户发来的交易，将交易放入有序序列中，然后发布该序列。
交易经过排序后，按顺序逐一通过状态转换函数运行。状态转换函数将链的当前状态（帐户余额、合约代码等）以及下一个交易作为输入，用输出的结果更改链上状态，有时会在 Nitro 链上发出新的 L2 区块。
由于协议不相信 Sequencer 不会将垃圾放入其序列中，因此状态转换函数将检测并丢弃序列中的任何无效交易。行为良好的 Sequencer 将过滤掉无效交易，这降低了成本，从而保持交易费用较低（但无论 Sequencer 在其 feed 中放入什么，Nitro 仍将正常工作）
状态转换函数是确定性的，它的行为仅取决于链的当前状态和下一个交易的内容。由于这种确定性，交易 T 的结果将仅取决于链的创世状态、序列中 T 之前的交易以及 T 本身。
因此，任何知道交易序列的人都可以自己计算状态转换函数——并且所有这样做的诚实方都保证获得相同的结果。这是 Nitro 节点运行的正常方式：获取交易序列，并在本地运行状态转换函数。这不需要共识机制。
Sequencer 的发布方式:
- 实时 feed：（软终结）
Sequencer 发布信息，订阅过的人都可以在交易排序时收到通知。Nitro 节点可以直接从 Sequencer 订阅信息，也可以从转发信息的中继处订阅。如果 Sequencer 是诚实的，它将按特定顺序记录交易。所有订阅人都可以使用收到的交易来运行状态转换函数，获取每笔交易的结果。这被称为交易的“软终结”；它之所以“软”，是因为它取决于 Sequencer 是否是诚实的
- L1 上发布批量交易：（硬终结）
Sequencer 还在 L1 以太坊链上发布其序列。 Sequencer 会定期连接 feed 中的下一组交易，对其进行压缩（brotli算法），并将结果作为 calldata 发布在以太坊上。一旦这一批次的交易在以太坊上成功发布，它记录的第 2 层 Nitro 交易也将确定，并且交易的结果任何一方都清楚。这就是”硬终结“。
Nitro 节点由三层构建：
- 基础层为 Geth 的核心代码——Geth 模拟 EVM 合约的执行的代码、以及维护构成以太坊状态的数据结构的代码。Nitro 将此部分代码编译为一个库，并进行了一些小修改以添加必要的钩子。
- 中间层 ArbOS 是定制软件，提供 L2 相关的附加功能
- 顶层由节点软件组成，主要来自 Geth。它处理来自客户端的连接和传入的 RPC 请求，并提供操作与以太坊兼容的区块链节点所需的其他顶级功能。
Nitro 通过使用相同的源代码进行执行和证明，但两种情况会选择不同的编译方式。
在编译 Nitro 节点软件时，使用普通的 Go 编译器。
在证明的时候，Go 编译器将状态转换函数的代码部分编译为 Wasm，并最终转换为 WAVM 的格式（修改版 Wasm）
略（前文已讲述）
Arbitrum 全节点通常位于 L2，和 Ethereum 全节点一样，保存链的状态，并提供与链交互的 Api
Sequencer 是特殊的全节点，有一定的权力控制交易顺序，所以 Sequencer 能立刻保证用户交易的结果，而无需等待以太坊上发生任何事情。
客户端与 Sequencer 的交互方式与它们与任何完整节点交互的方式完全相同。
如果没有 Sequencer，节点可以预测客户端交易的结果，但无法确定，因为它不知道交易在收件箱中的排序方式
Sequencer 有权为其客户端的交易分配收件箱队列中的位置，从而确保立即确定客户端交易的结果。
只有 Sequencer 可以将新消息直接放入 inbox。Sequencer 用以太坊区块编号和时间戳标记它正在提交的消息。
其他任何人都可以提交消息，但非 Sequencer 节点提交的消息将被放入 delayed inbox，该队列由 L1 以太坊合约管理。
delayed inbox 中的消息将在那里等待，直到 Sequencer 将它们提取到 inbox 的末尾。
如果消息在 delayed inbox 中的时间超过最大延迟间隔，则任何人都可以强制将其提取到 inbox
目前在 Arbitrum One 上，Offchain Labs 运行了一组中心化的 Sequencer ，慢慢会过渡到去中心化的 Sequencer。Sequencer 不是单个中心化服务器，而是一个服务器委员会，只要委员会中有足够多的绝大多数成员是诚实的，Sequencer 就会建立公平的交易排序。
L1 合约可以直接调用 L2 合约，但操作只能是异步的，且收不到返回值
这种方法的优点是简单且延迟相对较低，缺点是无法确认 L2 交易是否成功。
如果 L1 成功，L2 失败，可能会造成损失
L1 合约可以提交可重试的交易，如果交易失败，Nitro 将创建一个 ticketId 来标识失败的交易，之后任何人都可以调用 L2 上的特殊合约，提供 ticketId，重新执行交易
ps: L2 -> L1 的交易也适用这种方式
- 链授权与治理：ArbitrumDAO 授权使用 Arbitrum 技术创建并结算到以太坊的第 2 层链，每个授权链需通过 Arbitrum Improvement Proposal (AIP) 进行批准，并且每个 AIP 只能授权一条链。
- 受控链与非受控链：授权链分为受控链（由 $ARB 代币管理）和非受控链（不由 $ARB 代币管理）。无论是哪种类型，所有授权链都必须结算到以太坊或以太坊上。
- 链所有者权限：每条链有一个或多个“链所有者”，他们负责管理链的核心协议、代码和参数调整，包括升级合约和控制系统参数。
- 第 3 层链：使用 Arbitrum 技术结算到其他 ArbitrumDAO 批准链的第 3 层链不需要 ArbitrumDAO 的授权。
- 安全委员会与所有者权利：Arbitrum One 和 Arbitrum Nova 链的“所有者”特权已授予 ArbitrumDAO 和 Arbitrum 基金会的安全委员会。
ArbitrumDAO 提案和投票程序包括三个主要阶段：
- 温度检查阶段（1周，推荐）：提案在公共论坛上进行讨论，并通过快照投票进行初步审议，若未通过则不提交正式投票。
- 正式 AIP 提交与投票呼吁（3天）：提案正式提交至 Arbitrum One 上的治理合约，并通过 Tally 提供更多时间让社区进行讨论和投票。
- DAO 投票阶段（14-16天）：DAO 成员在链上对提案进行正式投票，投票结果需满足两个条件才能通过：赞成票超过反对票，并且一定比例的可投票代币参与投票。
每个 AIP 提交时需提供详细的提案内容，包括摘要、动机、实施步骤、成本和时间表等。拒绝的提案可进行重新提交，需说明修改内容和重新提交的原因。
这些程序确保了 Arbitrum 的治理透明且富有社区参与，推动了网络的健康发展。
安全理事会 是 ArbitrumDAO 的关键治理机构，由 12 名成员组成，负责执行紧急和非紧急行动，确保 ArbitrumDAO 宪法的遵守。其主要职责包括：
- 紧急行动：在链的安全性受到威胁时，执行紧急措施。必须获得 9 票支持，且必须发布透明度报告。
- 非紧急行动：执行常规软件升级或参数调整，需获得 9 票支持，并可绕过部分 AIP 流程加速决策。
- 合约与位置：安全理事会使用两个多重签名合约，一个在以太坊主网，另一个在 Arbitrum 治理链上。
- 权力调整：安全理事会的权限可以通过 ArbitrumDAO 提案（AIP）进行修改或取消。
安全理事会的主要作用是确保系统稳定与安全，且其权限受到 ArbitrumDAO 宪法的监管。