Optimism智能合约详解

翻译：团长（https://twitter.com/quentangle_）

Optimism是一个建立在以太坊之上的optimistic rollup。什么是optimistic rollup？它在代码层面上是如何工作的？这篇文章做出解释。

我们还将介绍为什么rollup需要链间通信以及这种通信是如何实现的。我们将看到实现rollup最重要功能的实际代码片断。

以下是这篇文章的大纲

• 什么是乐观的rollup？
• Optimism合约的简要说明
• L1-L2桥的代码
• rollup交易的代码
• 争端的代码

什么是optimistic rollup？

首先，什么是rollup？它是使Ethereum更有效率的方法之一，通常被称为L2解决方案。有3种L2解决方案类型：状态通道（state channels）、plasma和rollup。我很快会有一篇关于 “L2解决方案的分类”的文章，将详细介绍这个问题。下面是关于什么是rollup，特别是optimistic rollup的一个简短总结。

以太坊上有一个智能合约（称为RollupL1），ETH可以在上面存款/提款。当你的钱在RollupL1中时，你可以认为它是在L2中。L2的钱比L1的钱转移得更快，因为L2的交易（txns）更有效率。这一点是如何实现的呢？

有一个存在于以太坊之外的程序（称之为RollupL2）。它可以更快地处理txns，因为它不需要通过以太坊缓慢而昂贵的共识机制。它可以处理一堆txns，将它们合并（卷起来）成一个批次，并将该批次提交给RollupL1。

RollupL2可以是另一个存在于更快的区块链上的智能合约，也可以是一个传统的web2服务器。每种方法都有在延迟和去中心化方面的优缺点。

通过在链外处理txns，可以从2个方面节省：

1. 数据压缩：一个批次所占用的空间比单独的txns堆叠在一起要少。见这里了解原因。
2. 只需要通过Ethereum缓慢而昂贵的共识一次。

还有一个节约轴：不需要在以太坊的每个txn之后计算新的状态。直接在以太坊上提交一个txn，以太坊需要计算账户的新状态，这是很昂贵的。通过将这项工作卸载（offloading）到L2，可以避免在Ethereum上进行这种昂贵的计算。

但是，RollupL1是否应该完全相信RollupL2提交给它的新状态？它应该验证吗？如果它验证，它浪费了同样的计算，所以失去了rollup的意义。

Optimistic rollups通过无条件信任blind trust来解决这个问题：它们只是信任新提交的状态而不做任何验证（它们非常乐观optimistic✨）。但是，他们将新提交的批次锁定一个星期（称为 “挑战窗口期challenge window”）。任何人都可以在这个挑战窗口期间提交数学证明，如果在状态更新中发现了欺诈就可以获得奖励。如果该批次交易在这一周内没有争议，就被认为是最终结果。

奖励的资金来自提交批量交易的人的存款。如果你也想提交一个批量交易，需要先进行存款。

这就是optimistic rollups的简要工作流程。ZK-rollup的工作方式不同（阅读我的L2文章）。

Optimism合约的简要说明

Optimism合约在高层次上需要3个功能：

1. 在L1和L2之间移动资金的双向桥梁
2. 处理交易并将其滚动到一个批次
3. 处理纠纷/防止无效的状态更新

以下是实现上述功能的Optimism智能合约的图示：

现在让我们来看看最重要部分的实际代码。

L1-L2桥的代码

桥的工作原理是锁定L1的资金，并在L2上铸造等值资金。提取资金时，桥要烧掉L2的资金并释放锁定的L1资金。

下面是存入资金的功能：

该函数是存在于以太坊上的L1StandardBridge合约的一部分。它非常简单：接受ETH（通过payable关键字自动完成），将函数的所有参数编码为一个消息，并将消息发送到跨域信使。

跨域信使在L1和L2之间广播消息。我们将在稍后介绍它。

在L2上有一个相应的函数用于监听这些消息。L2StandardBridge合约就是这样做的。这个合约在一个单独的L2区块链上（比Ethereum快）。

该函数运行一些检查和铸造新的代币。值得提到的是，这个桥可以移动任意的ERC-20代币，而不仅仅是ETH（ETH只是被包裹在一个ERC-20接口中）。

有相应的功能用于将资金从L2转移到L1。也是用一个X域的信使来完成。为了简洁起见，我将跳过它们。

跨域信息传递

L1和L2之间的通信是通过一个x域信使合约进行的（每个链上都有一个副本）。在内部这个合约存储消息，并依靠 “中继器relayers”来通知另一个链（L1或L2）有新消息。

没有原生的L1 ↔ L2通信。每一方都有onNewMessage这样的函数，中继器应该使用传统的web2 HTTP来调用它们。

例如，这里是L1→L2事务如何在L1上存储/排队：

中继器Relayers会通知L2，队列中有一个新的消息。

Rolling up的代码

Optimism上有一个排序器sequencer，其工作是接受L2交易，检查其有效性，并将状态更新作为一个待定区块应用到其本地状态。这些待处理区块会定期大批量地提交给以太坊（L1）进行最终处理。

在以太坊上接受这些批次的功能是appendSequencerBatch，这是L1上CanonicalTransactionChain合约的一部分。在内部，appendSequencerBatch使用下面的函数来处理批次。

• batchesRef是一个用于数据存储的辅助合约。是存储批量交易的地方。
• 该函数首先计算批次头，然后计算其哈希值。
• 然后计算出批处理的上下文。批次头和上下文只是关于批次的额外信息。
• 然后，它将哈希值和上下文存储在存储器（batchesRef）中。

在后面哈希值和上下文将被用来验证争端。

现在，将交易打包成一个批次并提交的排序器，排序器角色是中心化的— 由Optimism组织控制。但他们有计划在未来将这个角色去中心化。你也可以不通过排序器直接向CanonicalTransactionChain提交你自己的批次，但这将是更昂贵的，因为提交批次的固定成本完全由你支付，而不是在许多不同的交易中摊销。

处理纠纷的代码

简单说，争端的工作方式是提交一个状态更新无效的证明，并根据存储的状态更新（存储的批次元数据：哈希和上下文）验证这个证明。

负责处理纠纷的合约是OVMFraudVerifier。该合约是OVM — Optimism虚拟机（类似于EVM — Ethereum虚拟机）的一部分。以下是处理纠纷的主要函数：

• finalizeFraudVerification检查_postStateRoot（由验证者提交）是否与排序器提交的root不一致。
• 如果不一致，那么我们就在_cancelStateTransition中删除该批次，并削减排序者的存款（为了成为一个排序器，你需要锁定一个存款。当你提交一个欺诈性的批次时，你的押金就会被削减，这些钱就会给验证者，作为保持整个机制运行的激励）。

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原文地址：https://medium.com/better-programming/optimism-smart-contract-breakdown-18f87a7b1823