Arbitrum的秘密武器：交互式欺诈证明

原文标题：《Interactive Fraud Proofs: Arbitrum"s Secret Sauce》

Arbitrum One 已经在主网开放，我们计划推出一系列的文章，讲解 Arbitrum 的内部构件。本文摘自 Inside Arbitrum，该原文深入讲解了 Arbitrum 的工作原理。  

围绕 optimistic rollups，最主要的设计抉择是，如何解决争议。假设 Alice 断言 Rollup 会的运行会产生某个结果，而 Bob 不同意，那协议该如何定夺，选择谁提交的结果呢？

处理的方法基本可分两类：交互式证明，或者重执行交易。Arbitrum 选择了交互式证明，我们认为这种办法效率更高，也更灵活。Arbitrum 的其它设计也基本上遵循这个原则。

从 2014 年以来，我们一直在开发交互式欺诈证明（和 Arbitrum）。基本的机制我们写在了 2018 年出版的论文里，虽然现在我们又做了大量的升级。

交互式证明

交互式证明的思路是让 Alice 和 Bob 参与一个由 L1 合约引导的回合制协议，使用任何 L1 合约所需的最小开销来解决他们之间的分歧。

Arbitrum 的方法基于对争议的剖析。如果 Alice 的断言涉及了 N 个执行步骤，那就让她曝光出两个各涉及 N/2 个步骤的断言，然后让 Bob 选择一个来挑战。这样一来，争议的规模就缩小了一半。这个过程持续进行，每一回合都将争议的规模缩小一半，直到争议的范围变成一个执行步骤。注意，直到此时为止，L1 引导合约都不必考虑实际上执行了什么。仅当争议被缩小到单个执行步骤时，L1 引导合约才需要理解这一步要执行什么指令，以及 Alice 对该步的断言是否为真，以此解决争议。

交互式证明背后的关键原理是，如果 Alice 和 Bob 有所争议，Alice 和 Bob 应尽可能做链下的工作来解决争议，而不是让 L1 合约承担负担。

重执行交易

另一个方案是，让一个 Rollup 区块在区块内每一笔交易后附带一个状态哈希值断言。然后，在争议情形中，L1 引导合约将模拟一整笔交易的执行，看结果是否与 Alice 的断言一致。

为什么说交互式证明更好？

我们坚决认为，交互式证明是个更好的方法，理由如下。

在乐观情形下，交互式证明效率更高。因为交互式证明可以解决大于一笔交易的争议，因此，一个 rollup 区块可以仅包含一个断言，断言整条链在这一个区块的所有内容执行完之后的结果状态。相反，重执行方法需要区块内的每个交易后面都附带一个状态断言。如果一个 rollup 区块里面有成百上千笔交易，这两种方法在对 L1 区块的空间占用上将出现显著的区别——而这种占用正是 rollup 成本的主要部分。

在悲观情形下，交互式证明的效率也更高：如果出现了争议，L1 引导合约只需检查 Alice 和 Bob 的操作「在往正确的方向走」，比如 Alice 确实把 N 步骤的断言拆成了两个针对一半步骤的断言。（引导合约无需去计算 Alice 断言的正确性，Bob 会做，在链下做。）只需要重新执行一个指令。相反，在重执行交易模式下，L1 引导合约需要模拟一整笔交易的执行。

更高的交易级 gas limit：交互式证明可以摆脱以太坊对单笔交易 Gas Limit 的限制；即使一笔交易 gas 消耗量太大、无法放进以太坊区块内，也仍有可能可以放进 Arbitrum 的区块内。Rollup 的 Gas Limit 当然也不可能是无限的，但仍可以做到比以太坊主链所容许的大得多。

就以太坊而言，大 gas 容量的 Arbitrum 交易的唯一缺点是它可能需要运行更多的交互步骤（这个也仅仅是在有所争议的情况下）。相反，重执行模式下的 rollup 交易，gas limit 必须小于以太坊的区块 Gas Limit，否则就没法在一笔以太坊交易内模拟执行完这笔交易了（而且模拟执行比起在以太坊中直接执行，gas 消耗量还要更大）。

合约大小没有限制：交互式证明无需为每一个 L2 合约创建一个以太坊合约，所以也不要求合约符合以太坊合约的限制。对于 Arbitrum 的争议合约来说，在 L2 上部署一个合约的操作也是一系列计算过程的组合，与别的操作没有区别。相反，重执行模式下，L2 合约的大小比以太坊主链上所能容许的还要小，因为要模拟一个合约的执行需要能够仿制（instrument）这个合约，而仿制的代码必须能够放进一个以太坊合约内。

更大的实现弹性。交互式证明允许实现上的更大灵活性，举个例子，加入 EVM 中还不存在的指令。必要的功能无非是能在以太坊上验证一个单步执行的证据。而重执行模式就严格受限于 EVM。

交互式证明方法是 Arbitrum 的设计核心

Arbitrum 的大部分设计都是由交互式证明方法所开启的机会驱动的。如果你在学习 Arbitrum 的特性时疑惑于为什么这种它们要存在，这里有两个简单的思考方向：「这个特性是用来支持交互式证明的吗？」以及「这个功能是是如何利用交互式证明得以实现的」？大部分关于 Arbitrum 的「为什么」都跟交互式证明有关。

原文来源： Offchain Labs Medium

原文作者： Offchain Labs

原文编译：阿剑，以太坊爱好者