简述 Arbitrum 的运营机制、特点、应用情况及与其他二层扩展方案差异

原文标题：《Arbitrum是Rollup方案最优解？》5月28日，Arbitrum宣布向开发人员开放主网。次日，Uniswap社区以接近100%的支持率通过了「在Arbitrum上部署Uniswap v3」的提案。这些新进展再次将这个以太坊Layer2层的扩容解决方案推上了热门话题。 以太坊网络拥堵和GAS费过高的问题由来已久，社区也提出了各种扩容方案，仅仅Layer2层扩容方案就有多种，包括状态通道、侧链和Plasma、Rollup等等方式，其中，Rollup备受推崇。 Rollup扩容方案最大的特点是，智能合约的实际计算和存储在链下完成，交易数据通过一系列压缩技巧保存在以太坊主网上，安全性由以太坊区块链保障。以太坊创始人Vitalik Buterin多次在公开场合表示，Rollup是中短期内以太坊扩容的最好选择。 由于Rollup类项目Optimism的主网上线时间由3月延期至7月，这就给了同类项目Arbitrum一个先发契机。刚刚开放主网的Arbitrum如今已经优先于Optimism投入使用。 除开发者可以进入主网部署合约外，用户也可以通过钱包MetaMask更换RPC节点，进入Arbitrum测试网及应用，团队提供了Arbitrum资产桥Bridge arbitrum，可以将以太坊Layer1层 Kovan 测试网的资产与Arbitrum 测试网直接互转，目前已经支持ETH及ERC-20和ERC-721两个标准下的多种资产。 Arbitrum Rollup是什么？运营机制又是怎样的？部署的应用有哪些？与Optimistic Rollup和ZK Rollup有什么区别？本期DeFi蜂窝将带来相关解读。 Arbitrum是OffchainLabs 团队开发的以太坊Layer2层扩容方案，可以实现高吞吐量，让开发者以低成本部署、运营智能合约，同时可以保持无需信任的安全性。 Arbitrum原是在普林斯顿大学的科研项目，自2018年以太坊扩容技术Rollup概念被提及以来，团队致力于用Rollup技术扩容解决以太坊拥堵。 简单来讲，Arbitrum是一个由以太坊链上合约管理的链下协议，运用了Rollup技术。白话一点说，Rollup是以太坊扩容技术的方法论，Arbitrum将技术理论变成了现实。 Rollup技术力求将所有交易数据记录在主链上，核心理念是将原本散布在区块中的大量交易数据，聚合压缩成一笔交易，发布到主链上；而合约的实际计算和存储在链下完成。这样就让主链的运算和存储压力降低，从而实现网络的高吞吐量。 今年1月，OffchainLabs在Arbitrum测试网启动了DeFi生态系统的Demo产品，首批支持的应用包括去中心化交易协议Bancor，去中心化拍卖工具Bounce.finance，去中心化永续合约交易所MCDEX等应用。 5月28日Offchain Labs团队宣布Arbitrum已部署以太坊主网测试版Arbitrum One，向开发者开放，有超过 250 个团队申请接入开发者测试网。（为了不混淆Arbitrum技术和以太坊Layer2链，团队将主网链命名为Arbitrum One，即Arbitrum One 是使用 Arbitrum 技术建立的主网以太坊Layer2链）。  Rollup的主要特点是所有交易数据都记录在链上，也就是说，Arbitrum把关乎安全的部分放在以太坊链上，将实际计算和存储放在链下执行。 比如，A用户在Arbitrum上产生一笔交易数据，这个数据会记录在以太坊链上，供所有人可查这笔交易。但这笔交易涉及的计算和存储都是在Arbitrum链上完成，即在以太坊链下进行。它用这样的方式实现扩容，减轻以太坊链的负载。 用户在Arbitrum链上执行的所有交易，都需要提交给在以太坊上运行的 Inbox（收件箱）智能合约， Arbitrum定期通过聚合器，将多个交易打包，批量提交给以太坊的节点。比如，每5分钟或者10钟，向以太坊发送包含Arbitrum上发生的一切交易完整状态的哈希，这个哈希会被记录在以太坊链上，公开给所有人。 由于所有 Arbitrum 的交易数据都会发布到以太坊上，那么每笔交易的成本以及 Arbitrum 每秒可以支持的交易数量，都会受到这段时间内允许发布到以太坊上的数据量限制。 所以，Arbitrum会把交易进行优化压缩，比如通过聚合器聚合多个交易后，批量提交，这样就可以最大限度地减少需要在链上发布内容的次数，提高吞吐量；同时还均摊了每笔交易的成本，实现降低交易费用的效果。  无信任安全 由于交易数据都记录在以太坊上，也就是说Arbitrum安全根植于以太坊，安全性由以太坊区块链保障。 与以太坊EVM完全兼容 以太坊上及其它兼容EVM链上的应用无需任何修改，可以直接迁移，支持Solidity及多种EVM语言，开发者可轻松移植现有合约或开发新合约。 免许可型合约部署 无论你是谁，你都可以立即在 Arbitrum上部署合约，而且非常容易上手，就像更改你的RPC那样简单，遵循的原则就是Arbitrum 直接运行 EVM 代码，不需要任何自定义工具或转译器。 可扩展性 将合约的计算和存储移出以太坊主链，从而实现更高的吞吐量。 最低成本 通过聚合器批量提交交易，能够最大程度减少Layer1层的处理费用，最大限度地降低每笔交易的均摊成本。  Uniswap（UNI）社区关于UniswapV3部署到Arbitrum提案在5月29日投票结束，最终获得了压倒性支持，Uniswap 创始人 Hayden Adams发推表示，若投票通过，会将V3智能合约部署到Arbitrum，目前已开始部署计划。 SushiSwap（SUSHI） 5月30日官宣，SushiSwap已在Arbitrum上部署。 去中心化交易平台DODO（DODO） 6月1日官宣，DODO的V1 和 V2 智能合约已部署到Arbitrum主网。 去中心化交易所 Bancor（BNT） 1月底已在Arbitrum上开发部署，用户最早可以通过测试网进入应用。 去中心化衍生品交易平台MonteCarloDEXMCDEX原名MonteCarloDEX，首个采用 Arbitrum 扩容方案的项目，MCDEX 此前一直在 Arbitrum 测试网上运行，MCDEX V3将在5月28日部署到主网。 Arbiswap Offchain Labs 团队在2020年11月采用Uniswap开源代码创建在 Arbitrum上的去中心化交易所，界面和Uniswap类似，唯一的差别是Arbiswap页面多了一个资产桥Arbitrum桥，用户用来实现L1和L2层的资产转移。用户可以用MestMask钱包更换Arbitrum测试网的RPC节点来体验Arbitrum上的交易速度及低费用。 团队测试显示，以太坊Layer 1每秒最多只能处理7笔Uniswap交易，而Arbiswap即使在Arbitrum链满负荷的情况下，每秒最高可处理390笔，同时将Gas成本降低55倍。 另外需要注意的是Arbitrum官方没有发行任何相关代币，在Arbitrum主网测试版中采用ETH作为燃料，所有费用使用ETH支付。   俗话说，没有对比就没有伤害。早上线的Arbitrum已经有了先发优势，在技术上也比其他Rollup类扩容技术实践上展现出了差异化特性。 Rollup技术目前由多个团队在拿来实践，形成了Arbitrum Rollup、Optimistic Rollup以及ZK Rollup方案，如同各种流派般，都有各自的支持方。 Arbitrum Rollup、Optimistic Rollup在框架流程上近似，二者与ZK Rollup的差异在于最终交易结果的验证。前两者采用了欺诈证明方式，而ZK Rollup采用了零知识证明。 所谓欺诈证明，就是假设所有提交交易者都是好人，除非被证明有罪。有人提出质疑，提出质疑的一方首先要质押一定的保证金，以防恶意攻击；如果链上证明无误，那么质疑方质押的保证金会被没收。 比如，节点A提交了链上产生的某个交易数据，而B不同意，那么这笔交易该如何进行?网络如何继续运转？基本上有两种选择：证明欺诈或重新执行交易。Arbitrum Rollup和Optimistic Rollup都采用了欺诈证明的方式。ZK Rollup方案 用户可以主动证明交易结果，转账和提现都可以快速得到确认。 比如，用户A在ZK Rollup类的链上交易，聚合器提交这笔交易数据到以太坊上，ZK Rollup可以立即验证聚合器提供交易数据是否有问题。这种方式在安全性和实现交易的最终性上，都比较有优势。 但是，ZK Rollup在证明过程中，计算成本很高，只能用来实现过程比较简单的交易和转账，在部署和运营复杂的智能合约方面，会导致花费成本过高。此外，由于ZK Rollup开发语言级别过高，不兼容EVM，以太坊上的应用迁移也比较困难。尽管以太坊创始人Vitalik在公开场合认可过ZK Rollup方案，但以上这些问题在短时期内并不能得到解决。 Arbitrum Rollup和Optimistic Rollup 两者采用的欺诈证明具有延时性，预设情况是提交的链上数据都是无误的，Layer1层再来检查正确与否。 Arbitrum Rollup和Optimistic Rollup二者最大区别就是在欺诈证明过程遇到分歧时，解决分歧的方式不同。也就是说，当执行一笔交易执行后，如果状态引起争议，该如何解决？ Arbitrum 采用了多轮欺诈证明，Optimistic采用的是单轮欺诈证明。 Arbitrum实行的是多轮欺诈证明，也就是将争议点层层拆解，找到最关键的争议点，然后通过以太坊合约来确定它是否正确。而Optimistic单轮欺诈证明，就需要把整个Layer 2交易搬到Layer1主链上，在主链上验证，这样就会增加主链上调用合约时的处理成本。 除了欺诈证明的轮次外，能否完全兼容以太坊EVM也是Rollup解决方案的重点，毕竟，对Layer2网络的需求增加，主要是因为DeFi爆发后，以太坊网络的拥堵和高费用问题被凸显了出来。 Arbitrum Rollup完全兼容EVM；相较之下，Optimistic Rollup也兼容EVM,但还没有做到100%。去中心化金融协议dForce 创始人杨民道对这一点很在意，（采用Optimistic Rollup技术的）Optimism没100%兼容EVM是重大战略误判，更别说市场推出时间延后，「这些人没搞明白，99.9% 兼容和100%不兼容其实是一回事。」