一文读懂 Arbitrum 与 Optimism 争议解决机制及性能权衡

同为 Optimistic Rollup 扩容方案，Arbitrum 和 Optimism 的区别在于争议解决过程的运作方式，包括花费多少以及需要多长时间。

首先表明一点。我最近参加了 Offchain Labs （Arbitrum 开发公司） 的最新一轮融资，Mechanism Capital 也参与了。虽然假装我们在本文的观点是客观是徒劳的，但我希望这篇文章能帮助读者理解这两个项目之间的一些关键差异，尽管我可能有偏见。

所有 Rollup 解决方案都遵循类似的基本架构和内部逻辑。尽管如此，正如我们在本系列的 中看到的，Optimistic Rollup 和 ZK Rollup 之间的单一区别——各自的「审查过程」如何工作——在安全性、可用性和 EVM 兼容性方面产生了许多下游差异。

在每个 Rollup 类别中都有类似的情况。虽然 Arbitrum 和 Optimism 这两种领先的 Optimistic Rollups 有很多共同点，但将两者之间的差异不仅仅是阵营忠诚度。特别是，他们各自解决争议的方法的差异产生了一些重要的性能权衡。鉴于这两个平台都旨在在未来几个月内为以太坊提供完整的扩展功能，因此这些权衡值得讨论。

早期起源

首先，介绍一下每个项目的一些简要历史背景是有必要的。碰巧的是，Arbitrum 和 Optimism 都有一些独特的起源故事。

六年半前，普林斯顿一个寒冷的早晨，一群与 Ed Felten 教授一起工作的本科生就他们签约创建的项目发表了演讲：一种基于区块链的仲裁系统。其目标是规避智能合约平台的一些预期扩展挑战，该计划是设计一个依赖于挑战和争议解决系统的区块链，以减轻传统矿工的计算工作量。这个系统被称为「Arbitrum」，如果没有两位雄心勃勃的博士生 Steven Goldfeder 和 Harry Kalodner 几年后与 Felten 接洽，该系统将与大多数其他有前途的学术计算机科学项目遭遇同样的命运。基于初始概念构建强大的第 2 层解决方案。

此后不久，Felten、Goldfeder 和 Kalodner 共同创立了 Offchain Labs，并将 Arbitrum 从抽象的想法转变为具体的现实。

Optimism 也有早于其当前形式的历史。2017 年年中，Vitalik Buterin 和 Joseph Poon 合写了一篇论文，提出了 Plasma，这是一种以太坊的早期扩展解决方案。一群核心的以太坊研究人员接手了这个想法，并成立了一个非营利性研究小组来构建愿景。随着 Plasma 的一些关键设计限制变得明显，开发在 2019 年末陷入停滞。Plasma 的三位首席研究人员——Karl Floersch、Jinglan Wang 和 Ben Jones 并没有被吓倒，决定转向似乎是 Plasma 的自然继任者 Optimistic Rollup。他们于 2020 年初成立了 Optimism PBC 团队。

争议解决：一个非常简短的（重新）介绍

回想一下，Optimistic Rollups 对交易有效性采取「除非被证明有罪，否则无罪」的方法。Optimistic Rollups 处理交易并将结果反馈给以太坊以最终包含在基础链中。争议期可确保任何监控 Rollup 状态的人都可以在 Rollup 排序器（sequencer）处理无效交易时提交质询。这一挑战立即触发争议解决程序。Arbitrum 和 Optimism 之间的区别在于争议解决过程的运作方式——包括花费多少以及需要多长时间。

Arbitrum 与 Optimism 在争议解决上的初步比较

描述差异的最简单方法是，Optimism 的争议解决比 Arbitrum 更依赖于以太坊虚拟机 (EVM)。当有人提交关于 Optimism 的挑战时，整个有问题的交易都通过 EVM 运行。相比之下，Arbitrum 使用链下争议解决流程将争议减少到一笔交易中的一个步骤。然后，协议将这个一步断言（而不是整个交易）发送到 EVM 进行最终验证。因此，从概念上讲，Optimism 的争议解决过程比 Arbitrum 简单得多。

就 Arbitrum 而言，其争议解决过程的链下组件使用递归二分算法。这听起来很复杂，但实际上，该算法只是迫使「断言者」（处理交易的一方）和「挑战者」（提交挑战的一方）来回缩小争议点，在下图所示的方式。有趣的是，这种通过递归二分法来回解决的过程是 2015 年最初的 Arbitrum 概念的一部分。

Optimism 解决争端的方法——即通过 EVM 运行整个交易——不仅在概念上更简单：它还更快。没有像 Arbitrum 的过程那样来来回回经历「多轮」处理。事实上，出于这个原因，Optimism Rollup 通常被称为「单轮（single round）」，而 Arbitrum Rollup 是「多轮（multi round）」。

实际上，这意味着在有争议的交易的情况下，在 Arbitrum 的案例中，以太坊的最终确认比在 Optimism 的案例中延迟的时间更长。正如我们在本系列的第一部分探讨的那样，争议解决的速度很重要，因为它决定了用户从 Rollup 中将代币换回以太坊所需的时间。

而从另一方面，Arbitrum 争议解决的优势在于它在链上（即以太坊）交易成本方面更便宜。在来回争议解决过程完成后，EVM 最终处理的一小段代码需要比重新处理整个链上交易所需的 gas 费用少得多（在大多数情况下）。

重新构建比较

两种争议解决设计之间的基本权衡似乎只是在于速度与链上成本之间。但实际上，这有点太单纯了，因为很少有人认为争议的出现会因为以下两个原因：

• Arbitrum 和 Optimism 上的交易处理者在经济上都没有动力处理欺诈性交易。他们被迫事先投入质押品 / 债券，在欺诈交易的情况下质押品会被削减。

• 监控 Rollup 状态的各方不愿提交错误的欺诈证明——在 Optimism 中，因为挑战者必须支付欺诈证明的链上 gas 费，而在 Arbitrum 中，因为挑战者在纠纷失败时必须提供它被没收的保证金。

那么，如果预计争议很少而且相距甚远，那么为什么争议解决过程的结构很重要呢？

尽管争议很少发生，但 Rollup 的设计必须能够应对争议随时可能发生。因此，「有争议」情况设计会影响「无争议」情况的结构。

由于 Optimism 必须能够在发生争议时通过 EVM 运行每笔交易，因此它无法处理超过以太坊 gas 限制的交易，因为这些交易无法在链上正确验证。相比之下，Arbitrum 可以执行任意大的交易，即使它们超过了以太坊的 gas 限制，因为交易永远不会通过 EVM 批量运行，而是首先被分解为微小的「步骤断言」。

目前尚不清楚 Optimism 的 gas 限制将对应用造成多大的实际限制。但是，争议解决设计差异的另一个可能更重要的含义是，Arbitrum 可以通过降低链上检查点（更新「状态根」）的频率来节省 gas。更具体地说，Arbitrum 可以为一次更新分配大量的链下计算，因为该状态根更新理论上可以包括其中包含的所有交易的（微量）单步欺诈证明。另一方面，Optimism 必须在每次交易后在链上检查点，从而显着增加其在链上的足迹。

总而言之，Arbitrum 应该比 Optimism 更省 gas——因此对用户来说更便宜——不仅在罕见的争议情况下，而且在主要的「无争议」情况下也是如此。

争议解决和潜在的攻击媒介

关于这些不同的争议解决流程的最后一点值得讨论：即每种设计对潜在攻击的抵抗力如何。上面，我们谈到了阻止垃圾邮件攻击的经济激励措施。更具体地说，Optimism 和 Arbitrum 的验证者都不愿意提交不必要的挑战。

但是对于不介意承担垃圾邮件 Rollup 的经济成本的恶意攻击者的情况呢？换句话说，如果一个人或实体如此致力于放慢 Optimistic Rollup 的进度，以至于他们愿意这样做，即使这意味着反复为虚假挑战付费，会发生什么？

如上所述，Optimism 的争议解决过程比 Arbitrum 更简单、更快捷，因为它只是通过 EVM 提供有争议的交易。这个速度在这里是 Optimism 的优势，因为争议可以快速解决，并且不会妨碍 rollup 链的未来进展。

人们担心的是「多轮」争议解决程序，例如 Arbitrum 使用的一个程序。至少从理论上讲，垃圾邮件发送者可以通过发起一系列连续的挑战来阻止 Rollup 的进展，每个挑战都需要相当长的时间来解决。事实上，这是一个困扰 Arbitrum 之前迭代的问题。

然而，Arbitrum 更新的协议适用于这个问题，一种称为「流水线（Pipelining）」的优雅解决方案。流水线允许网络验证器继续处理交易以获得最终批准，即使先前处理的交易存在争议。这创建的是最近处理但尚未完成的交易的「管道」，而不是阻止排序器处理交易和网络各方提交挑战的瓶颈。

流水线是可能的，因为任何监控网络的人都可以在争议解决过程完成之前立即知道争议是有效还是无效。本质上，验证者可以像有争议的交易已经完成一样运行，并继续根据正确的结果或「分支」构建链（即处理交易）。这个过程，如下图所示，削弱了任何可能的垃圾邮件攻击的力量。

资料来源：OffChain Labs 开发中心

结论

除了争议解决程序的设计，Arbitrum 和 Optimism 之间还有其他显着差异，尤其是

• 他们的代码库架构，以及

• 他们对矿工可提取价值 (MEV) 的方法

非常简要地总结一下这些差异：Optimism 的代码库相对简约，而 Arbitrum 的代码库更加复杂和雄心勃勃；Optimism 过去曾表示它倾向于 MEV 拍卖方法，而 Arbitrum 计划实施公平排序服务 (FSS)。自然地，这两个比较点都值得单独发表文章来详细论述。特别是 MEV，是两个项目之间存在哲学争论的问题——尽管至少在启动后的早期，为了简单起见，预计两者都将使用受信任的排序器（squencer）模型。

最终，从协议级别的细微差别（尽管它们很重要）退一步，区分这两个重量级的还有「软」的东西：引导策略、激励设计和社区精神，仅举几例。事实上，如果他们要从长远来看取得成功，Optimistic Rollups 将不得不成为他们自己的世界，而不仅仅是以太坊的附属物。因此，扩容与其说是一场军备竞赛，不如说是一场多线战争。它可能有一个赢家；它可能有多个。它可能会持续多年；它可能迟早会结束。这肯定会对加密货币的未来产生重大影响。