明星二层方案Arbitrum背后团队Offchain Labs 谈项目机制与规划

注：首发时间为2021年3月19日整理：币乎行走在 DeFi 蓬勃发展的过去一年，以太坊网络性能瓶颈日益凸显。以太坊 2.0 遥遥无期，而一批二层扩容方案已经在准备上线，成为年初以来市场颇为关注的赛道。由 Offchain Labs 团队推出的明星扩容方案 Arbitrum 就是其中之一。3 月 16 日，SNZ 投资总监 Kai 与 Offchain Labs 两位联合创始人 Steven Goldfeder、Ed Felten 进行了一场精彩对话，向大家分享了 Arbitrum 的概念缘起、工作原理以及进展规划。Kai （以下称主持人）：今天邀请到 Arbitrum Rollup 两位创始合伙人。一位是 Ed Felten，他是 Arbitrum Rollup 的创始人，也是美国的前科技部长。一位是 Steven，目前是项目的 CEO。Arbitrum 是之前 Vitalik 提到的 Layer 2 中重要的一个项目。它们会在近期上线，我们非常荣幸能够请到两位。这也是 Arbitrum Rollup 团队首次在国内的亮相。第一个问题：请两位嘉宾介绍下自己，并分享下是如何进入区块链领域的？Ed Felten：我之前大部分时间是在普林斯顿做计算机科学的教授。2013 年我正式进入区块链行业，当时主要是做研究。2014 年，我的一些同事开始教授区块链课程，我的一些学生也开始做区块链的研究项目，我会和他们一起来做。2014 年就推出了 Arbitrum 的第一个版本，当时还纯粹是一个研究类型的项目。2015 年，我受到了美国总统的邀请，暂时离开了普林斯顿大学，进入白宫，担任奥巴马总统的资深顾问。在为美国政府服务期间的一项工作就是对加密货币和区块链的研究。2017 年重回学界。当时正好有两个研究生，一个就是今天参与直播的 Steven，另一位也是现在 Arbitrum 的联合创始人 Harry。他们两个人就问我「是否还记得之前做的 Arbitrum 项目的研究？时机也恰好，也许我们可以把这项研究重新拾起来」。当时我们就决定把这个项目再搭建更加完整的系统。2018 年就发布了学术论文，描述整个 Arbitrum 系统。那时候我们三人就意识到，以太坊肯定会面临扩容性的问题。而对我们来说，这也是很好的将 Arbitrum 带入商业实践的机会。Steven：我也是 2013 年进入区块链行业。那时候我正好在普林斯顿读博士，主攻的就是加密货币、密码学以及各种区块链协议。我和 Ed 以及其他同事一起编写了一本关于区块链、密码学和加密货币的教科书、这本书现在在全球范围内有两百多所大学在使用。书已经被翻译成了五门语言，其中也包括了中文。有学这些领域的中国学生已经很熟悉这本教科书了。接着 Ed 刚才说的，在他离开白宫回到普林斯顿之后，我和另外一个联合创始人去找他，在他的办公室开启了这段对话。在 2018 年论文发表前，我们就意识到 Arbitrum Rollup 存在商业机会。所以在论文发表之后很快我们就成立了公司。2019 年时就开始了第一轮融资。在创业过程中还有个有意思的小故事。我们在做项目时「Rollup」这个专业术语还不存在。我们在向别人介绍项目和我们在做什么的时候，别人就会问我们做的是状态通道还是 Plasma，但其实都不是。在「Rollup」这个词还不存在时，我们就开始做了。后来的事情大家就都知道了。2020、2021 年，Rollup 的概念已经非常火爆。我们是这个领域最初可以做到支持以太坊 EVM 的方案。主持人：第二个问题，请两位嘉宾介绍下 Arbitrum Rollup 这个项目以及创建这个项目背后的故事和想法。Ed Felten：我还是想回到 Arbitrum 概念的缘起。当时我们在做区块链研究时，萦绕在我心头的问题就是：区块链的用途到底在哪里？比如那时候比特币非常火。但我作为计算机科学家最令我感兴趣的却是智能合约。我觉得智能合约非常强大，但很早我就明显意识到，智能合约是面临着扩容挑战的。比如将以太坊想象成全球共享的计算机。允许所有的用户在这台计算机上运行他们的智能合约。那很明显，它非常贵，运算速度很慢，性能也是有限的。因此我很早就开始思考扩容性的问题。甚至在以太坊还没有出现的时候，我就在思考，如果出现了以太坊类似的系统，它的扩容性应该如何解决。这一切都是 Arbitrum 项目的缘起。我们希望以链下，但不牺牲安全性的方案来解决扩容性的问题。最开始我和一些本科生做了一些项目，其实也试图在解决扩容性的问题，搭建了一个系。但那个系统只在部分功能上有用，并不是非常完整的系统。所以 2017 年 Steven 和 Harry 和我一起做的项目使这个系统更加完整。至于成立公司之后，，我们更多的努力是希望 Arbitrum 能够和以太坊兼容。Steven：我要讲的故事一部分和 Ed 是重叠的。我在区块链领域，相对 Ed 进入是比较晚的。我记得 Ed 在 14、15 年教授区块链相关的课程。但我当时还没有进入普林斯顿。后来 Ed 到了白宫之后，我就一直在等待 Ed 的回归。Harry 和我在当时已经意识到了以太坊一方面有巨大的潜力，它广泛的应用潜力会为主流世界所应用；但另一方面以太坊的扩容性肯定也存在问题。所以我们就一直在等待 Ed 的回归。等 Ed 从白宫回来，我们就一起开始做 Arbitrum 这个项目。我在读博士期间，也为其他加密项目做了一点事情。所以我绝对相信这个领域的潜力是巨大的。但同样我也很早就意识到了扩容性是个巨大的问题，需要合适的技术来解决。Arbitrum 在做了两年半之后，证明了我们的想法是对的。现在的时机也刚刚好。市场现在也意识到了，一方面以太坊潜力巨大，但扩容性亟待解决。扩容性问题的解决对区块链行业也是存在巨大潜力的。在我们最早期融资时，也花了很大的精力去说服市场。我最开始融资时，有投资人会问我，「为什么你如此相信未来我们需要这个解决方案」？我说：「我非常确定有一天以太坊会得到大规模的主流应用，但同时也会面临可扩展性的问题。」现在这一断言也变成了现实。主持人：刚才两位也提到了可扩展性这个以太坊目前亟待解决的问题。可扩展性也是 Arbitrum 这个链下解决方案核心要解决的问题。第三个问题，请两位嘉宾解释下 Arbitrum 方案的运行原理及主要特征？Ed Felten：我先来介绍下 Arbitrum 的设计原则，主要有三点：第一是要和以太坊兼容；第二让尽可能多的活动在以太坊的链下进行。因为以太坊的 gas 资源是最珍贵和昂贵的；第三个原则是无需信任。任何人都可以迫使这条链做出正确的行为。就像在以太坊上一样。那 Arbitrum 是如何实现这三点原则的呢？比如某人提交一份交易数据，交易数据是会存储在以太坊的链上的，这样所有人能能够查看这笔交易，交易内容是完全公开的。但交易所涉及的计算和存储是放在 Arbitrum，即在以太坊链下进行的。通过这样的方式就能实现扩容，缩小对以太坊链的负载。另外，Arbitrum 会定期，比如每五分钟或者 10 分钟向以太坊发送「检查点」，就是一个哈希，包含了在 Arbitrum 上发生的一切活动完整状态的哈希，发送这个哈希以此作为在链上的记录。这样就可以实现大规模的降低费用，同时实现可扩展性。但大家可以又要问。当我们把信息发到以太坊链上的时候，如果保证这个东西本身是正确的呢？这就是 Arbitrum 协议的关键之处。协议包括验证人的参与，验证人需要在链上记录，就需要发送一个主张到以太坊上。同时验证人需要存一笔保证金。如果验证人的主张是假的，那么验证节点的保证金就会丧失。当验证人把主张发送到链上，会有一段时间任何人都可以提出自己的质疑。如果你不同意就会有争端，争端的解决机制就是 Arbitrum 能够实现可扩展性最核心和关键的所在。我们设计的争端解决机制是这样的，如果双方对某件事持不同意见，有效的解决机制是由大到小进行拆分。比如某笔交易涉及到 10 亿步产生了争议。我们的做法是将 10 亿步拆分成 100 份更小的主张，每个主张包含 1000 万步。这样就把 10 亿规模的争端缩小成了千万规模的。不同意的一方再从这 1000 万中挑出他不同意的，再进一步的由大化小，直到找到最关键的有争议的那一步。找到关键的一步之后，再动用以太坊的合约来决定这一步到底是正确还是错误的。通过这样的方式就可以实现高效的争端的解决。我们总体的思考如上的过程，当一个节点发送了一个主张，主张是正确的，没有问题，那每 10 分钟发一个哈希。哈希到以太坊链上后没有争端，系统就可以顺利的运行下去。如果有争端则可以通过刚才介绍的高效的方式将争端由大化小，最终得到很好的仲裁。这是系统高效的所在。对普通用户，你可以会担心这样的机制是否太复杂？这点也无需担心。因为这套机制和普通用户其实没有太大的关系，争端解决的机制会由专门的节点负责解决争端。当然普通人要想多赚一份钱，也可以选择来做验证节点。但你不愿意也无所谓。主持人：Layer 2 也是之前大家讨论热门的话题。除了 Arbitrum 之外还有状态通道，ZK Rollup 等不同的方案。第四个问题：请问两位嘉宾，Arbitrum 相比其他方案的优劣有哪些？特别是和 ZK Rollup 相比。Steven：首先需要澄清的是，目前还不存在一个最佳的解决方案，这是一个众人协作的过程。在其中努力的人越多，结果就会越好。所以我们对其他团队会保持尊重的心态，虽然要做比较。我会先比较和 Plasma 的区别，和状态通道的区别，之后是和 ZK Rollup 的。Plasma 想要实现的东西会更多，除了执行方面的可用性，也希望实现数据方面的可用性。可用性的定义是指将执行和数据都放到链下。对于 Rollup 来讲，数据还是在链上，只是执行在链下。对 Arbitrum 也是如此，交易的数据是在以太坊链上的。只是把计算和存储放到了链下。Plasma 想要做的事情比较多，因此面临的问题就会比较多。至少目前看，没有任何团队对 Plasma 有比较完整的实现，而且很多团队在执行实施 Plasma 的过程中也遇到了很多问题。而对于 Rollup 因为想要实现的东西比较少，所以相对来说是更可行的方案，在解决扩容性问题方面潜力似乎也更大。这也是为什么现在越来越多的人将兴趣放在了 Rollup 上，至少难度会比较小。再介绍下与状态通道的区别。状态通道更是合约交易对手方是固定的，比如我总和某一个人，我们俩开一个交易，或者玩游戏。但我们可以想象一下，一个开放式的世界里，你是不知道你的交易对手方是谁的，可能是随机的，可能是你无法信任的。因此状态通道就存在很大的限制。但现在对状态通道的团队来讲，他们似乎找到了一个很有意思的应用，就是把状态通道和 Rollup 结合起来，把状态通道变成 Rollup 和 Rollup 之间，或 Rollup 和以太坊之间的跨链桥。通过这样的结合，正好可以把生态系统补充的更完整，形成更加完整、有意思和更适合所有人的生态。对 ZK Rollup 而言，因此需要立即证明，所以费用是非常贵的。另外，ZK 的编辑器要把高等级语言变成底层的语言，效率也是非常低下的。我觉得 ZK Rollup 在未来可能会是一个很好的解决方案，但以太坊存在问题是当下就存在的。Arbitrum 能很好的，在现在就解决以太坊当下的问题。顺便我也首次公布一下：今年夏天，会有一位 ZK Rollup 的研究人员加入 Arbitrum 的团队。为什么我们会雇一位 ZK 团队的研究人员加入团队？就技术来说，其实技术没有最好的定义，技术发展和演进是没有止境的。现在最好的技术在未来不一定是最好的。我们需要始终保持更新，自己不能自我更新和革命，未来就会被别人挑战和取代。以我自身研究的领域为例。我写的论文，13 年发表了一篇，15 年发表了一篇，18 年发表了一篇，20 年发表了一篇，都是同样的内容，是研究区块链领域阈值签名的。从我研究的例子就可以看出，技术是要不断演进更新的。就 ZK 而言，毫无疑问未来如果要以太坊实现广泛的应用，实现 EVM 的兼容，是有可能采用 ZK 的。只是这个时间跨度会拉长到几年甚至更长的时间。对 Arbitrum 来说，我们雇佣 ZK 的研究人员，也希望通过自我革新，保证 Arbitrum 是当前最好的解决方案。如果未来会有更好的解决方案，无论是和 ZK 的集成还是和其他方案集成，我们也能持续的研究，始终把握最新的技术，让自己保持革新。ZK Rollup 的优势是快速的终局性。所以在转账和提现可以快速的得到确认。但对于 Arbitrum，由于存在挑战期，需要等到挑战期结束了才能提币。速度和时效上是不及 ZK 的。但这并不是硬伤。状态通道和 HOP 的协议也已经提出了一些可行的解决方案。允许在应用层可以快速的实现转币和提币。快速提币这件事在未来就变得不再是那么重要了（在 Rollup 系统层面）。无论是 ZK 还是其他解决方案，Arbitrum 都是当前最好的解决方案。而且假以时日我们也会持续的更新和升级，无论是 ZK 还是其他，只要有好的技术我们都不介意去学习和借鉴。我们始终雇佣最顶尖的科学家，包括会有 ZK 的研究人员加入，这些都是为了保证 Arbitrum 始终在技术上能够领先。主持人：Steven 刚才分享了一个关键的密码。就是 Arbitrum 未来也会有 ZK 方面的东西存在。第五个问题：Arbitrum 测试网目前是怎样的状态？如何主网上线？你们对 Arbitrum 主网有哪些期待？Steven：其实我知道，大家现在最关心主网上线的消息。Arbitrum 的测试网已经运行了五个月，现在表现是比较不错的。测试网会帮助我们测试网络的性能，存在的问题，同时也会做压力测试。我们目前处理的吞吐量（TPS）非常大，达到了百万级。在高峰期可以做到每分钟接收 1 万 4000 个请求。就具体进度而言，大家可以期待一下。本周我们很快会发布「发行候选版本」，会先在测试网上进行测试，之后会部署到主网上。经过测试网再到主网，这也代表了我们做一切事情的态度。我们的代码经过了 33 次安全审计。我们明白是用户把资金托付到了 Arbitrum 之上，所以我们会非常重视用户的资金安全。就「发行候选版本」而言，我们会邀请所有人参与，一起帮助我们进行压力测试。相信在很快到来的主网上线后，大家都不会失望。Arbitrum 和其他项目不太一样的地方在于，我们主网上线的第一天，就会将项目的一切公开，可以邀请所有人参与到主网。主持人：感谢 Steven 为我们介绍了 Arbitrum 后续的发展进程。第六个问题：我们同样很关注 Arbitrum 在主网上线后面临的挑战和整体规划。Ed Felten：当前我们的重点是在主网上线上，要确保主网过渡的过程尽可能平稳、安全。未来我最关注的事情排在第一位的还是可扩展性。可拓展性虽然目前我们在扩容以及费用方面已经做得不错了，但我希望能够在性能上得到进一步的提升，主要是通过创新的工程手段。比如通过对虚拟机 EVM 系统如何进行开发，对于节点的设置等方式进一步提高性能。预计未来当以太坊上的流量进一步增加，吞吐量需求进一步增加时，我们可以满足需求而不至于像目前大家看到很多项目面临的瓶颈问题。可编程上的努力我们希望能够允许大家用不同的方式写智能合约。比如现在我们就有一个项目，允许将你编写的智能合约进行编译，可以使用除了 Solidity 语言之外的其他语言来写智能合约，同时也能运行在 Arbitrum 上。与此同时还能同用 Solidity 语言写的虚拟机进行交互。这是在可编程性方面的进步。使用这样的方式，可以允许不熟悉区块链编程方式的圈外开发者进入。总结来说，关注的重点是可扩展性和可编程性，以及更好的开发工具。问：二层资产跨到一层需要非常长的等待期。对于这个等待期嘉宾怎么看？Arbitrum 或其生态项目是怎么解决这个问题的？如果把资产从一层转到二层，或者在二层要调用一层的东西。这个时间要由一层的时间来决定。但反之，如果要把资产从二层转移到一层，或者要从一层调用二层的东西，如果在二层使用了 Optimisitic Rollup 的协议，协议层的等待时间确实会更长一些。需要强调的是这确实是协议的问题，主要还是因为解决方案都会存在挑战期的设置，你必须等待一段时间，等待某人提出异议或者没有异议，才能做出终局性的判定。这就是为什么在协议层可能你需要等待几天才能提现的原因。但现在 Arbitrum 生态中也有项目在运行试图解决这样的问题，包括在 Arbitrum 测试网上也有运行。允许用户立刻实现。虽然在技术实现手段上会千差万别，但实际上本质是一样的。要么在一层和二层之间做资产的交换或者对调，或者由别人把资产借给你，让你可以提前获得资产。假以时日，用户会忘记需要等待这一问题。而且交易所很快也会使用这样的解决方案，从而使得存币和取现基本都不需要有等待期。对于用户而言，等待期的问题在未来会变得越来越不重要。问：最近隐私交易和防止「科学家」抢跑是比较大的问题。请问下嘉宾关于这方面在 Layer 2 上是如何解决的？Steven：关于解决提前下单、抢单的问题。这个问题确实是 Arbitrum 有意识在关注的问题。之前我在康奈尔和别人合写了一篇论文，研究的就是抢单（科学家抢跑）问题。在很早之前我就开始思考这个问题。Arbitrum 有很好的解决方案。目前是由聚合者将交易收集起来进行排序。而且我们使用的都是一层的矿工来进行的排序，这样就可以确保这样的排序序列至少是和一层一样的好，不会比一层更差。这是当前的现状。而未来，我们会把这个方案更加优化。未来我们会引入另外一方，「序列方」主要提供低于一层的时延。当一个交易发出之后，接收到交易并给予响应的速度甚至要在一层把你的交易纳入之前。想要做到这点比较难。因为排序相当于一个相当大的权利。如果你利用了这样的权利，就会形成 MEV 抢跑问题。我们并不希望将这种排序的权利给到用户或者任何一方。正好我在康奈尔大学又有去年发表的另外一篇论文，提出了解决方案「公平排序拜占庭容错机制」。公平排序的顺序是交易被提起，进入到序列的顺序就是最终排出来的顺序。而负责排序的就是序列器或者称之为序列节点。这样就解决了 MEV 问题。MEV 之所以存在是因为现在负责排序的一方拥有巨大的权利可以对顺序进行调整。但等到引入了「公平排序」机制之后，就不存在调整顺序的可能性了。总结一下，在当前 Arbitrum 上 MEV 问题不会比一层更糟糕。而且假以时日，随着序列器的的引用和公平排序机制的引入，情况会变得越来越好。对用户来说就不需要再担心有恶意的节点通过抢跑方式损害利益。这确实对以太坊，对区块链应用是很大的问题。对我而言，目前 Arbitrum 的解决方案是最好的。在隐私方面，可以分用户隐私和合约隐私来讲。用户层面隐私问题，二层相对以太坊已经可以做到既没有改进，也没有比以太坊做得更差。比如在以太坊上，可以创建一个新的地址，创建私钥。最开始这些都是不公开的，都是个人的隐私。但由于每笔交易都是公开的，所以有心人就可以通过追踪你的更多交易，最终把账户和个人进行一一的挂钩。用户隐私上，二层技术相比以太坊没有改进也没有恶化。就合约层隐私来说，合约隐私是指合约的内部状态不公开，或者通过合约执行的交易是不公开的。在最开始第一个版本的 Arbitrum 上，因为是无需信任的机制，如果你要让合约无需信任，就意味着合约必须要是公开的，能够被所有人查阅的。大如果合约的参与方是有限的，就有一些技术手段来实现合约的隐私性。一方面可以通过侧链，比如 Arbitrum 路线图已经规划好的会做的侧链，会在主网上线之后。另外还有一些其他技术，也在路线图上有说明。假以时日你会看到 Arbitrum 上会引入很多隐私技术，来保证有限参与方的合约可以实现合约层面上的隐私性。