- 圖片來自 Alex Radelich -

原文鏈接:
https://gourmetcrypto.substack.com/p/optimistic-rollups-from-the-bottom
作者: Ali Atiia
翻譯&校對: IAN LIU &阿劍

本文將通過簡單的例子，自下而上地闡述Optimistic Roll-Up (ORU) 的運作方式；為了讓我們能“看得見摸得著” ORU 鏈所有的意涵，本文舉的示例也會比較特殊。

ORU 是以太坊layer 2 擴展方案中的佼佼者，既能把可擴展性的蛋糕做大，也能讓你吃到—— 至少是吃到一部分吧。大家之所以對ORU 如此興奮，是因為它及它的表親—— ZK-Rollup，克服了側鏈、 plasma、狀態通道等方案都沒有解決的layer 2 難題。

ORU 要解決什麼問題？

某所高中正面臨這樣的問題：每隔幾天，就會出現小情侶的爭吵事件，通常是因為其中一方劈腿。

典型的場景如下：

Alice 看到男朋友Bob 親吻Cathy，她感到非常生氣。但Bob 可能會辯解“我發誓我沒這麼做！” 或“我倆早就分手了！”......但Alice 根本聽不進去，抓起椅子就朝Bob 扔去；這種在走廊上演的小劇場，正破壞著整個校園的環境。

解決方法v1

校園裡的超級書呆子Jamal 提出了一種解決方案：

每天晚上，要求所有學生選擇以下信息之一，並簽署自己的密碼學簽名—— “我單身，勿擾”“我單身，待配對”“我正在與X 約會（只和X）”“我正在和多個人約會（還沒安定）”。這裡的簽名和用於密碼學貨幣轉賬的簽名類型是一樣的。

學校會在佈告欄張貼“學生與其對應公鑰” 的公告，所以任何人都能用簽名驗證的方法來確實誰簽了什麼消息。

為了方便同學們使用，Jamal 開發了一款app ，每個同學只要在app 上選擇四條內容之一，然後點擊“簽名& 發送” 按鈕就行，之後簽名消息會從後端向以太坊P2P 網絡廣播— — 事實上，這些消息會先發到Jamal 家裡的服務器，由他代表同學們向以太坊發送消息，這樣同學就不需要操心以太坊Gas 的設置。 Jamal 通過一些智能合約高級技巧（CREATE2 操作碼），就可以自己先替同學們支付Gas ，然後再按月度向學校報銷Gas 費用。

學校裡有1000 位同學，每人每天都要簽署發送1 條消息，平均每條消息要花費$ 0.1 的Gas；所以每個月學校用在Gas 上的費用為：

(1000 學生) x (1 信息/天/學生) x( $.1 gas/信息) x (30 天/月)= $3000 gas/月.

肉疼！

解決方法v2

對於財政吃緊的學校來說，每個月$ 3k 的支出顯然是不合適的。

這時候ORU 就派上用場了。 Jamal 告訴校方，使用ORU 可以降低約99% 的gas 費用，以下是改進的方案：

和v1 方法一樣，當每位學生點擊“簽名& 發送” 之後，信息會先發送至Jamal 家的服務器。然後Jamal 將所有的簽名疊加成一串字符串數據WiSWho （也就是“誰在和誰約會”）的信息。 WiSWho 的信息格式是[ Alice 的ID、Alice 的消息、Alice 的簽名]、 [ Bob 的ID、Bob 的消息、Bob 的簽名] ……

接著，Jamal 用自己的私鑰簽署這一筆交易，並廣播之。交易信息為：

“我，Jamal，檢查過這筆交易附帶的 WiSWho 數據，WiSWho 代表截至dd/mm/yyyy 所有學生的交往關係，我對天發誓這些數據包含了完整的事實，無任何人工添加。”

用行話來說，Jamal 充當了layer 2 “執行者” 的角色。

如果你曾經用以太坊進行交易，你可能注意過附加數據—— 也就是以太坊瀏覽器中“Input date” 那一欄。如下圖所示，簡單交易中大多數人會將附加數據留空；如果交易中調用瞭如Uniswap 的swap 函數，則調用的函數名和傳入的參數就會附加上作為交易的Input Data ；Jamal 的交易會調用layer 1 的ORU 合約，就是Jamal 廣播的交易的Input Data 。

左圖：簡單交易，沒有附加數據。右圖：Uniswap 函數和入參（例如min_tokens是收到的以太坊數量）作為附加數據。

以太坊（layer 1）的ORU 合約只會驗證Jamal 的簽名，而附加數據中的其他同學的簽名，只會被視為區塊的二進制“ 冷數據”（注：不會被訪問或檢索的數據）。

這就是擴展性的體現，因為這樣一來layer 1 的全節點只要驗證ORU 執行者的簽名並存儲附加數據，而不需要驗證裡的所有簽名。

懸念

你可能已經註意到Jamal 簽署的信息，強調了兩句話：

包含了完整的事實，且僅包含事實。

違反規則1 的情況稱為惡意審查（censorship），意思是Jamal 在惡意地過濾信息，比如Bob 和Alice 有過節，所以Bob 賄賂Jamal ，讓他審查Alice 的信息以破壞Alice 的美好生活。

違反規則2 的情況稱為詐欺（fraud），意味著Jamal 將一條或多條不存在的信息加到。比如，數據中包含一條Alice 的聲明—— “我正在和10 位男孩及10 位女孩約會”，而事實上Alice 根本沒有簽署這樣的信息，所以Jamal 在中放入的Alice 簽名是非法的（可能是Bob 賄賂Jamal ，以此造謠中傷Alice ；又或是Jamal 對Alice 不滿，想讓她尷尬......）。

因為ORU 合約不會檢查

內容的正確性，所以詐欺行為會嚴重影響使用ORU 的初衷，還會讓gas 費用上升（驗證簽名並不便宜），因為存在詐欺行為會迫使大家退而使用v1 解決方法。

雖然我們相信，Jamal 是個正直的人，他承諾絕對不會搞審查或詐欺，但從安全性的角度考慮，我們最好還是將希望寄託在Jamal “無法作惡” 而非“不會作惡”。

保留對Jamal 的檢查權

校方決定對Jamal 採行胡蘿蔔加大棒（軟硬兼施）的管理方式：

胡蘿蔔：Jamal 提供服務換取可觀的報酬，每天Jamal 發送交易之後，智能合約就會從授權Jamal 向校方提領$ 5 的權利。但Jamal 不能立刻拿到這$ 5 ，他只能在月末提領。 Jamal 看著可提領額度每天蹭蹭往上漲，他肯定會願意繼續提供服務。

避免惡意審查的柔性手段：如果Jamal 故意無視Alice 提交的信息，當晚她可以自行向智能合約提交簽署信息（當然，要自己負擔gas 費用）。隔天一早， Alice 可以去找校長告狀，同時其他同學也會有所警惕，Jamal 的聲譽會因為作惡行為而下降。

對於校方來說，很容易就能找到能替代Jamal 角色的人選：智能合約已經在layer 1 上部署運行， Jamal 的替代者只要運行AWS lambda 服務，每天持續監聽同學們發來的信息、打包簽名、向ORU 合約廣播單筆交易即可。

實際上，任何願意在合約上鎖定保證金的人都可以成為執行者（差別只是他們要重新向學生宣傳自己而已）。

避免詐欺行為的強硬手段：任何人都能發現Jamal 存在詐欺行為（如果有），並通過簡單舉證向layer 1 的ORU 合約證明存在詐欺。除此之外， Jamal 必須事先向智能合約鎖定一筆保證金（想成為執行者的人都需要鎖定，作惡就會被罰款），保證金增加Jamal 進行詐欺的成本。

簡單舉證包含如下內容—— “嘿ORU，這個簽名是Jamal 檢查過的數據之一，由Alice 簽署；但我，作為舉報者，我宣布這是個無效的簽名！”

智能合約會從先前發布的數據中抽取出Alice 的簽名，並通過Alice 的公鑰（在ORU 合約設置之初就存好了）執行簽名驗證。如果這個簽名的確是無效的，則：清零Jamal 的待提領獎勵，將Jamal 的保證金一半獎勵給舉報者，另一半銷毀。

更進一步剖析強硬手段

強硬手段是ORU 合約中最有趣、最具決定性的內容；事實上，它就是ORU 成為layer 2 解決方案的核心因素。

這個手段的特別之處在於：不只是校方或學生，任何人都能舉起這監督的大棒。只要數據上鍊，舉報者們就能拿到證明Jamal 是否作惡所需要的所有材料。人人都能向ORU 合約發出對Jamal 交易的質疑，並有機會獲得舉報成功的獎勵。

強硬手段的設計及運作，是不同ORU 實現之間最重要的區別。

來自教育部的電話

“何時能得到大規模接受？”這是我們圈子裡最常見的問題。假設大家都開始採用區塊鏈技術，ORU 也能用於解決網絡擁堵—— 但現在卻出現另一個問題。

假設教育部希望Jamal 處理全國范圍內，所有學校的簽名，這時候我們的問題就會從“能處理多少學生？” 轉為“你能處理多少學校？”。

你可能會說，“既然可以將整個學校的所有簽名整合為一筆交易，那同理將全國的簽名整合為一筆交易不就好了？”

這就牽扯到ORU 擴展性的上限：區塊的Gas 上限。雖然Jamal 廣播交易的Gas 消耗量很低，但並不是不存在。如果想要在一筆交易中包含全國范圍內的所有學生數據，很有可能會超過區塊的Gas 限制，換言之， Jamal 需要將數據進行拆分，分批廣播。

所以說，通過ORU 能獲得的擴展性是有上限的，如果你需要無限擴展，可以考慮側鍊或plasma 等......但這樣資金安全就沒那麼有保障。

重溫一下ORU 的好處

在樂觀情況下， layer 1 的全節點無需執行ORU 操作者發起的交易的附加數據，這樣一來：

layer 1 全節點層面的執行成本更低；因為存儲數據要比在其內部運行任何邏輯便宜得多。每筆交易的Gas 成本更低；因為與執行交易相比，存儲數據的Gas 成本更低。

ORU 與側鏈/Plasma/狀態通道有什麼區別？

與側鏈不同：側鏈的理念發端於2014 年，但從未產生很大的吸引力；而ORU 鏈的安全性是直接由Layer-1 來保護的。

假設你在ORU 鏈上玩撲克或交易代幣，則你的資產轉移就等同在layer 1（例如以太坊主網）上轉移一樣安全。雖然當發生欺詐情況時，可能會遇到一些不便—— 例如你需要等待一兩個星期才能釋放資金，但是layer 1仍然可以保證資金的安全。

另一方面，如果你在側鏈進行交易，側鏈上的礦工（PoW）或驗證者（PoS）可以竊取你的資金；因為只要他們想要，就能單方面向layer 1 講述對他們有利的故事，而layer 1 無從考證。

與plasma 和狀態通道不同：ORU 的詐欺證明機制非常簡單，任何人 都能提交挑戰。舉報者有layer 1 上可用的所有數據，能夠檢測並向ORU 合約提交詐欺行為證明，以此獲得獎勵。如果採用plasma 或狀態通道，用戶必須承擔其資金的部分或全部的安全性責任，並且必須時刻“監視” layer 1 合約的情況，以防執行者或其他用戶搞欺詐。

總結

所謂的optimistic rollup (ORU)，其實就是①智能合約—— 部署在某layer 1 (如，以太坊主網) 上，以及② 區塊生產者—— 會監聽特定p2p 網絡的交易的，並將其匯總成一個大字符串數據，附上驗證簽名後上鍊。

因為合約能夠直接接收用戶的交易，即使執行者掉線或是作惡，都能保證用戶能夠安全地將資金從ORU 退出。更重要的是，合約能夠核實執行者是否存在詐欺行為，如有有，合約還能罰沒執行者的保證金。

舉報者進行詐欺檢測及舉證所需的所有數據，都能從ORU 交易的附加數據取得；Layer 1 的全節點不會執行附加數據的內容（除非有人舉報存在詐欺），這就是layer 1 能夠擴展的根本因素。對於Layer 1 來說，這些附加數據只是個二進制數據包，並會被永久存儲，僅此而已。