以太坊爱好者 科普 | Optimistic Rollup 自下而上的解释

本文将通过简单的例子自下而上的讲解Optimistic Roll-Up（ORU）的操作； 为了让我们能够“看到并感受到”ORU链的所有意义，本文所举的例子也会比较特别。

ORU是以太坊二层扩容方案中的佼佼者，它不仅可以把可扩展性蛋糕做大，还可以让你吃到——至少是一部分。 之所以大家对 ORU 如此兴奋，是因为它和它的堂兄 ZK-Rollup 一起克服了侧链、Plasma 和状态通道等解决方案无法解决的 Layer 2 问题。

ORU解决什么问题？

某高中面临的问题是，每隔几天，就会发生年轻情侣之间发生的争吵事件，通常是因为其中一方出轨。

典型场景如下：

爱丽丝看到男友鲍勃亲吻凯茜，非常生气。 但 Bob 可能会说“我发誓我没有那样做！” 或者“我们很久以前就分手了！”……但爱丽丝不听，抓起一把椅子扔向鲍勃； 这种走廊里的小剧场，正在破坏整个校园的环境。

解决方法 v1

校园里的超级书呆子 Jamal 想出了一个解决方案：

每天晚上，所有学生都被要求选择以下消息之一并签署他们的加密签名——

这里的签名与用于加密货币传输的签名类型相同。 学校会在布告栏上张贴“学生及其对应的公钥”的公告，这样任何人都可以使用签名验证的方法来确认谁签署了什么信息。 为了方便学生，Jamal 开发了一个应用程序。 每个学生只需要在应用程序上的四个项目中选择一个，然后单击“签名并发送”按钮。 之后，签名后的消息会从后台广播到以太坊P2P网络——其实这些消息会先发送到Jamal家的服务器，由他代表同学发送消息到以太坊，这样，同学们不用担心Ethereum Gas的设置。 通过一些高级的智能合约技巧（CREATE2操作码），Jamal可以先为同学支付gas费用，然后按月报销学校的gas费用。 学校有1000名学生，每人每天要签名发送一条消息，每条消息平均花费$0.1 Gas； 因此，学校每月的 Gas 费用为：

（1000 名学生）x（1 条消息/天/学生）x（$.1 gas/消息）x（30 天/月）=

$3000 汽油/月。

我的肉疼！

解决方法 v2

每月 3ka 美元显然不适合经济紧张的学校。 这就是 ORU 派上用场的地方。 Jamal 告诉学校，使用 ORU 可以减少大约 99% 的燃气成本。 以下是改进后的方案：

和v1方法一样，当每个学生点击“Sign & Send”时，信息会先发送到Jamal的家庭服务器。然后Jamal将所有的签名叠加成一串数据

WiSWho（又名“谁在和谁约会”）信息。 WiSWho的信息格式是[Alice的ID，Alice的消息，Alice的签名]，[Bob的ID，Bob的消息，Bob的签名] ...

接下来，Jamal 使用

自己的私钥来签名

交易并广播它。 交易信息为：

“我，贾马尔，已经检查了

WiSWho数据，

WiSWho 代表截至 dd/mm/yyyy 的所有学生关系，我向上帝发誓这些统计数据

包含完整的事实，没有任何人为添加。 “

用行话来说，Jamal 充当第 2 层的“执行者”。 如果您曾与以太坊交易过，您可能已经注意到了额外的数据——以太坊浏览器中的“输入日期”字段。 如下图所示，大多数人在简单的交易中都会将附加数据留空； 如果交易中调用了Uniswap等交换函数，则将调用的函数名和传入的参数作为交易的Input Data附加； Jamal的交易会调用layer 1的ORU合约，

WiSWho 是 Jamal 广播的交易的输入数据。

左图：没有额外数据的简单交易。右图：Uniswap 函数和输入参数（例如

min_tokens 是接收到的以太币数量）作为附加数据。以太坊（第 1 层）的 ORU 合约只会验证 Jamal 的签名，而附加数据

WiSWho 中其他同学的签名只会被视为该区块的二进制“冷数据”（注：不会被访问或检索的数据）。

这就是可扩展性的体现，因为这样一来，layer 1的全节点只需要验证ORU执行者的签名并存储额外的数据，而

无需验证

WiSWho 中的所有签名。

悬念

你可能已经注意到 Jamal 签名的消息，强调了两句话：

包含完整的事实，而且只有事实。

违反规则 1 称为恶意审查（

censorship），意思是Jamal在恶意过滤信息，比如Bob和Alice有一个节日，Bob贿赂Jamal审查Alice的信息来破坏Alice的美好生活。 违反规则 2 称为欺诈（

欺诈），这意味着 Jamal 添加了一条或多条不存在的信息到

WiSWho. 例如，数据中包含 Alice 的声明——“我正在和 10 个男孩和 10 个女孩约会”，但实际上 Alice 根本没有在这样的消息上签名，所以 Jamal 在

Alice放在WiSWho中的签名是非法的（可能是Bob贿赂Jamal造谣Alice；或者Jamal对Alice不满，想给她丢脸……）。因为ORU合约不校验

WiSWho 内容的正确性，所以欺诈行为会严重影响使用 ORU 的初衷，同时也会增加 gas 成本（验证签名并不便宜），因为欺诈行为会迫使大家退回到使用 v1 方案。 虽然我们认为贾马尔是一个正直的人，他承诺永远不搞审查和欺诈，但从安全的角度来看，最好寄希望于贾马尔“不能作恶”而不是“不会做”邪恶的”。

为 Jamal 保留检查权

学校决定对贾马尔采取胡萝卜加大棒（软硬兼施）的管理方式： 胡萝卜：贾马尔提供服务换取可观的回报。 Jamal 每天发送 WiSWho 交易后，智能合约将授权 Jamal 从学校提取 5 美元。 但是Jamal并不能马上拿到这5美元，他只能在月底的时候取出来。 贾马尔眼睁睁地看着提款额一天比一天增加，他一定会愿意继续提供服务的。 避免恶意审查的灵活手段：如果 Jamal 故意忽略 Alice 提交的信息，她可以在当晚向智能合约提交签名信息（当然，她要自己支付 gas 费）。 第二天早上，爱丽丝可以去找校长投诉，其他同学也会警惕起来，贾马尔的名声会因为他的恶行而下降。 对于学校来说，很容易找到一个可以替代 Jamal 角色的人选：智能合约已经在 layer 1 上部署和运行，Jamal 的替代者只需要运行 AWS lambda 服务，并继续监控发送的消息学生们每天，打包并签收， 只需将单笔交易广播到 ORU 合约即可。

避免诈骗的有力策略：

任何人都可以发现 Jamal 有欺诈行为（如果有的话），并通过简单的证明向 layer 1 ORU 合约证明欺诈行为。 另外，Jamal必须提前在智能合约中锁定一笔保证金（凡是想做执行人的都需要锁定，作恶会被罚款），保证金增加了Jamal的欺诈成本。 简单的证明包括这样的东西——“嘿 ORU，这个签名是 Jamal 检查的数据之一以太坊爱好者，它是由 Alice 签名的；但我，作为举报人，声明这是一个无效签名！”

进一步分析艰难的方法

强硬条款是 ORU 合同中最有趣和最具决定性的部分； 事实上，正是它使 ORU 成为核心第 2 层解决方案。 这种方式的特别之处在于，不只是学校和学生，任何人都可以举起监管的大棒。

有了 WiSWho 的数据上链，举报者将能够拿到证明 Jamal 是否作恶所需的一切材料。 每个人都可以质疑 Jamal 交易到 ORU 合约，并有机会获得举报成功的奖励。 蛮力方法的设计和操作是不同 ORU 实现之间最重要的区别。

教育部来电

“什么时候才能被大众接受？” 这是我们圈子里最常见的问题。 假设每个人都开始采用区块链技术，ORU 也可以用来解决网络拥塞——但现在另一个问题出现了。 假设教育部要贾马尔处理全国所有学校的签名以太坊爱好者，那么我们的问题就会从“你能处理多少学生？”转变为“你能处理多少学生？” 到“你能处理多少所学校？”。

你可能会说，“既然可以把整个学校的签名都合并到一笔交易中，那么把全国的签名合并到一笔交易中不是很好吗？”

这就涉及到ORU可扩展性的上限：区块的gas limit。 Jamal广播交易的Gas消耗虽然低，但并非没有。 如果要在一笔交易中包含全国所有的学生数据，很可能会超过区块的 gas limit。 也就是说，Jamal需要将数据拆分，分批广播。 因此，通过 ORU 可以获得的可扩展性是有上限的。 如果需要无限扩容，可以考虑侧链或者plasma等。。。但是这样一来，资金的安全性就没那么保障了。

重温 ORU 的好处

在乐观的情况下，第 1 层的全节点不需要为 ORU 运营商发起的交易执行额外的数据，因此：

ORU 和侧链/Plasma/状态通道有什么区别？

区别于侧链：侧链的想法起源于2014年，但一直没有太大的吸引力； 而 ORU 链的安全直接受到 Layer-1 的保护。 假设您在 ORU 链上玩扑克或交易代币，您的资产转移与在第 1 层（例如以太坊主网）转移它们一样安全。 虽然当出现欺诈情况时可能会带来一些不便——比如你需要等待一两周才能释放资金，但 layer 1 仍然可以保证资金的安全。 另一方面，如果你在侧链上进行交易，侧链上的矿工 (PoW) 或验证者 (PoS) 可以窃取你的资金； 因为如果他们愿意，他们可以单方面告诉第 1 层什么对他们有好处。 故事，但第 1 层无法验证。

与 Plasma 和状态通道不同：ORU 的欺诈证明机制非常简单，

任何人都可以提交挑战。举报人在第 1 层可用

所有数据都可以被检测并提交给 ORU 合约以证明欺诈行为，从而获得奖励。 如果使用 Plasma 或状态通道，用户必须承担其资金的部分或全部安全责任，并且必须始终“监控”第 1 层合约的情况，以防止执行者或其他用户进行欺诈。

总结

所谓optimistic rollup（ORU），其实就是①智能合约——部署在某个layer 1（如以太坊主网），②block producer——会监控特定p2p网络的交易，并汇总形成一大串数据，附上验证签名上传到链上。 因为合约可以直接接收用户的交易，即使执行者下线或作恶，也可以保证用户可以安全地从ORU中提取资金。 更重要的是，合约可以验证执行人是否有欺诈行为，如果有，合约还可以没收执行人的保证金。 报告者进行欺诈检测和证明所需的所有数据都可以从ORU交易的附加数据中获取； Layer 1 的全节点不会执行附加数据的内容（除非有人举报欺诈），这是 Layer 1 可以扩展的根本因素。 对于Layer 1而言，这些附加数据只是二进制数据包，永久存储，仅此而已。

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