Offchain Labs 聯合創始人 Steven Goldfeder 和 Ed Felten 分享 Arbitrum 的概念緣起、工作原理以及進展規劃。

整理:幣乎行走

在 DeFi 蓬勃發展的過去一年,以太坊網絡性能瓶頸日益凸顯。以太坊 2.0 遙遙無期,而一批二層擴容方案已經在準備上線,成爲年初以來市場頗爲關注的賽道。由 Offchain Labs 團隊推出的明星擴容方案 Arbitrum 就是其中之一。

3 月 16 日,SNZ 投資管理總監 Kai 與 Offchain Labs 兩位聯合創始人 Steven Goldfeder、Ed Felten 進行了一場精彩對話,向大家分享了 Arbitrum 的概念緣起、工作原理以及進展規劃。

明星二層方案 Arbitrum 上線在即,背後團隊 Offchain Labs 談項目機制與規劃

Kai (以下稱主持人):今天邀請到 Arbitrum Rollup 兩位創始合夥人。一位是 Ed Felten,他是 Arbitrum Rollup 的創始人,也是美國的前科技部長。一位是 Steven,目前是項目的 CEO。

Arbitrum 是之前 Vitalik 提到的 Layer 2 中重要的一個項目。它們會在近期上線,我們非常榮幸能夠請到兩位。這也是 Arbitrum Rollup 團隊首次在國內的亮相。

第一個問題:請兩位嘉賓介紹下自己,並分享下是如何進入區塊鏈領域的?

Ed Felten:我之前大部分時間是在普林斯頓做計算機科學的教授。2013 年我正式進入區塊鏈行業,當時主要是做研究。2014 年,我的一些同事開始教授區塊鏈課程,我的一些學生也開始做區塊鏈的研究項目,我會和他們一起來做。2014 年就推出了 Arbitrum 的第一個版本,當時還純粹是一個研究類型的項目。

2015 年,我受到了美國總統的邀請,暫時離開了普林斯頓大學,進入白宮,擔任奧巴馬總統的資深顧問。在爲美國政府服務期間的一項工作就是對加密貨幣和區塊鏈的研究。2017 年重回學界。當時正好有兩個研究生,一個就是今天參與直播的 Steven,另一位也是現在 Arbitrum 的聯合創始人 Harry。他們兩個人就問我「是否還記得之前做的 Arbitrum 項目的研究?時機也恰好,也許我們可以把這項研究重新拾起來」。

當時我們就決定把這個項目再搭建更加完整的系統。2018 年就發佈了學術論文,描述整個 Arbitrum 系統。那時候我們三人就意識到,以太坊肯定會面臨擴容性的問題。而對我們來說,這也是很好的將 Arbitrum 帶入商業實踐的機會。

Steven:我也是 2013 年進入區塊鏈行業。那時候我正好在普林斯頓讀博士,主攻的就是加密貨幣、密碼學以及各種區塊鏈協議。我和 Ed 以及其他同事一起編寫了一本關於區塊鏈、密碼學和加密貨幣的教科書、這本書現在在全球範圍內有兩百多所大學在使用。書已經被翻譯成了五門語言,其中也包括了中文。有學這些領域的中國學生已經很熟悉這本教科書了。

接着 Ed 剛纔說的,在他離開白宮回到普林斯頓之後,我和另外一個聯合創始人去找他,在他的辦公室開啓了這段對話。在 2018 年論文發表前,我們就意識到 Arbitrum Rollup 存在商業機會。所以在論文發表之後很快我們就成立了公司。2019 年時就開始了第一輪融資。

在創業過程中還有個有意思的小故事。我們在做項目時「Rollup」這個專業術語還不存在。我們在向別人介紹項目和我們在做什麼的時候,別人就會問我們做的是狀態通道還是 Plasma,但其實都不是。在「Rollup」這個詞還不存在時,我們就開始做了。

後來的事情大家就都知道了。2020、2021 年,Rollup 的概念已經非常火爆。我們是這個領域最初可以做到支持以太坊 EVM 的方案。

主持人:第二個問題,請兩位嘉賓介紹下 Arbitrum Rollup 這個項目以及創建這個項目背後的故事和想法。

Ed Felten:我還是想回到 Arbitrum 概念的緣起。當時我們在做區塊鏈研究時,縈繞在我心頭的問題就是:區塊鏈的用途到底在哪裏?比如那時候比特幣非常火。但我作爲計算機科學家最令我感興趣的卻是智能合約。我覺得智能合約非常強大,但很早我就明顯意識到,智能合約是面臨着擴容挑戰的。

比如將以太坊想象成全球共享的計算機。允許所有的用戶在這臺計算機上運行他們的智能合約。那很明顯,它非常貴,運算速度很慢,性能也是有限的。因此我很早就開始思考擴容性的問題。甚至在以太坊還沒有出現的時候,我就在思考,如果出現了以太坊類似的系統,它的擴容性應該如何解決。這一切都是 Arbitrum 項目的緣起。

我們希望以鏈下,但不犧牲安全性的方案來解決擴容性的問題。最開始我和一些本科生做了一些項目,其實也試圖在解決擴容性的問題,搭建了一個系統。但那個系統只在部分功能上有用,並不是非常完整的系統。所以 2017 年 Steven 和 Harry 和我一起做的項目使這個系統更加完整。至於成立公司之後,,我們更多的努力是希望 Arbitrum 能夠和以太坊兼容。

Steven:我要講的故事一部分和 Ed 是重疊的。我在區塊鏈領域,相對 Ed 進入是比較晚的。我記得 Ed 在 14、15 年教授區塊鏈相關的課程。但我當時還沒有進入普林斯頓。後來 Ed 到了白宮之後,我就一直在等待 Ed 的迴歸。Harry 和我在當時已經意識到了以太坊一方面有巨大的潛力,它廣泛的應用潛力會爲主流世界所應用;但另一方面以太坊的擴容性肯定也存在問題。所以我們就一直在等待 Ed 的迴歸。等 Ed 從白宮回來,我們就一起開始做 Arbitrum 這個項目。

我在讀博士期間,也爲其他加密項目做了一點事情。所以我絕對相信這個領域的潛力是巨大的。但同樣我也很早就意識到了擴容性是個巨大的問題,需要合適的技術來解決。

Arbitrum 在做了兩年半之後,證明了我們的想法是對的。現在的時機也剛剛好。市場現在也意識到了,一方面以太坊潛力巨大,但擴容性亟待解決。擴容性問題的解決對區塊鏈行業也是存在巨大潛力的。

在我們最早期融資時,也花了很大的精力去說服市場。我最開始融資時,有投資人會問我,「爲什麼你如此相信未來我們需要這個解決方案」?我說:「我非常確定有一天以太坊會得到大規模的主流應用,但同時也會面臨可擴展性的問題。」現在這一斷言也變成了現實。

主持人:剛纔兩位也提到了可擴展性這個以太坊目前亟待解決的問題。可擴展性也是 Arbitrum 這個鏈下解決方案核心要解決的問題。

第三個問題,請兩位嘉賓解釋下 Arbitrum 方案的運行原理及主要特徵?

Ed Felten:我先來介紹下 Arbitrum 的設計原則,主要有三點:第一是要和以太坊兼容;第二讓儘可能多的活動在以太坊的鏈下進行。因爲以太坊的 gas 資源是最珍貴和昂貴的;第三個原則是無需信任。任何人都可以迫使這條鏈做出正確的行爲。就像在以太坊上一樣。

那 Arbitrum 是如何實現這三點原則的呢?比如某人提交一份交易數據,交易數據是會存儲在以太坊的鏈上的,這樣所有人能能夠查看這筆交易,交易內容是完全公開的。但交易所涉及的計算和存儲是放在 Arbitrum,即在以太坊鏈下進行的。通過這樣的方式就能實現擴容,縮小對以太坊鏈的負載。

另外,Arbitrum 會定期,比如每五分鐘或者 10 分鐘向以太坊發送「檢查點」,就是一個哈希,包含了在 Arbitrum 上發生的一切活動完整狀態的哈希,發送這個哈希以此作爲在鏈上的記錄。這樣就可以實現大規模的降低費用,同時實現可擴展性。

但大家可以又要問。當我們把信息發到以太坊鏈上的時候,如果保證這個東西本身是正確的呢?這就是 Arbitrum 協議的關鍵之處。協議包括驗證人的參與,驗證人需要在鏈上記錄,就需要發送一個主張到以太坊上。同時驗證人需要存一筆保證金。如果驗證人的主張是假的,那麼驗證節點的保證金就會喪失。

當驗證人把主張發送到鏈上,會有一段時間任何人都可以提出自己的質疑。如果你不同意就會有爭端,爭端的解決機制就是 Arbitrum 能夠實現可擴展性最核心和關鍵的所在。

我們設計的爭端解決機制是這樣的,如果雙方對某件事持不同意見,有效的解決機制是由大到小進行拆分。比如某筆交易涉及到 10 億步產生了爭議。我們的做法是將 10 億步拆分成 100 份更小的主張,每個主張包含 1000 萬步。這樣就把 10 億規模的爭端縮小成了千萬規模的。不同意的一方再從這 1000 萬中挑出他不同意的,再進一步的由大化小,直到找到最關鍵的有爭議的那一步。找到關鍵的一步之後,再動用以太坊的合約來決定這一步到底是正確還是錯誤的。通過這樣的方式就可以實現高效的爭端的解決。

我們總體的思考如上的過程,當一個節點發送了一個主張,主張是正確的,沒有問題,那每 10 分鐘發一個哈希。哈希到以太坊鏈上後沒有爭端,系統就可以順利的運行下去。如果有爭端則可以通過剛纔介紹的高效的方式將爭端由大化小,最終得到很好的仲裁。這是系統高效的所在。

對普通用戶,你可以會擔心這樣的機制是否太複雜?這點也無需擔心。因爲這套機制和普通用戶其實沒有太大的關係,爭端解決的機制會由專門的節點負責解決爭端。當然普通人要想多賺一份錢,也可以選擇來做驗證節點。但你不願意也無所謂。

主持人:Layer 2 也是之前大家討論熱門的話題。除了 Arbitrum 之外還有狀態通道,ZK Rollup 等不同的方案。

第四個問題:請問兩位嘉賓,Arbitrum 相比其他方案的優劣有哪些?特別是和 ZK Rollup 相比。

Steven:首先需要澄清的是,目前還不存在一個最佳的解決方案,這是一個衆人協作的過程。在其中努力的人越多,結果就會越好。所以我們對其他團隊會保持尊重的心態,雖然要做比較。

我會先比較和 Plasma 的區別,和狀態通道的區別,之後是和 ZK Rollup 的。

Plasma 想要實現的東西會更多,除了執行方面的可用性,也希望實現數據方面的可用性。可用性的定義是指將執行和數據都放到鏈下。對於 Rollup 來講,數據還是在鏈上,只是執行在鏈下。對 Arbitrum 也是如此,交易的數據是在以太坊鏈上的。只是把計算和存儲放到了鏈下。

Plasma 想要做的事情比較多,因此面臨的問題就會比較多。至少目前看,沒有任何團隊對 Plasma 有比較完整的實現,而且很多團隊在執行實施 Plasma 的過程中也遇到了很多問題。而對於 Rollup 因爲想要實現的東西比較少,所以相對來說是更可行的方案,在解決擴容性問題方面潛力似乎也更大。這也是爲什麼現在越來越多的人將興趣放在了 Rollup 上,至少難度會比較小。

再介紹下與狀態通道的區別。狀態通道更是合約交易對手方是固定的,比如我總和某一個人,我們倆開一個交易,或者玩遊戲。但我們可以想象一下,一個開放式的世界裏,你是不知道你的交易對手方是誰的,可能是隨機的,可能是你無法信任的。因此狀態通道就存在很大的限制。

但現在對狀態通道的團隊來講,他們似乎找到了一個很有意思的應用,就是把狀態通道和 Rollup 結合起來,把狀態通道變成 Rollup 和 Rollup 之間,或 Rollup 和以太坊之間的跨鏈橋。通過這樣的結合,正好可以把生態系統補充的更完整,形成更加完整、有意思和更適合所有人的生態。

對 ZK Rollup 而言,因此需要立即證明,所以費用是非常貴的。另外,ZK 的編輯器要把高等級語言變成底層的語言,效率也是非常低下的。

我覺得 ZK Rollup 在未來可能會是一個很好的解決方案,但以太坊存在問題是當下就存在的。Arbitrum 能很好的,在現在就解決以太坊當下的問題。

順便我也首次公佈一下:今年夏天,會有一位 ZK Rollup 的研究人員加入 Arbitrum 的團隊。爲什麼我們會僱一位 ZK 團隊的研究人員加入團隊?就技術來說,其實技術沒有最好的定義,技術發展和演進是沒有止境的。現在最好的技術在未來不一定是最好的。我們需要始終保持更新,自己不能自我更新和革命,未來就會被別人挑戰和取代。

以我自身研究的領域爲例。我寫的論文,13 年發表了一篇,15 年發表了一篇,18 年發表了一篇,20 年發表了一篇,都是同樣的內容,是研究區塊鏈領域閾值簽名的。從我研究的例子就可以看出,技術是要不斷演進更新的。就 ZK 而言,毫無疑問未來如果要以太坊實現廣泛的應用,實現 EVM 的兼容,是有可能採用 ZK 的。只是這個時間跨度會拉長到幾年甚至更長的時間。

對 Arbitrum 來說,我們僱傭 ZK 的研究人員,也希望通過自我革新,保證 Arbitrum 是當前最好的解決方案。如果未來會有更好的解決方案,無論是和 ZK 的集成還是和其他方案集成,我們也能持續的研究,始終把握最新的技術,讓自己保持革新。

ZK Rollup 的優勢是快速的終局性。所以在轉賬和提現可以快速的得到確認。但對於 Arbitrum,由於存在挑戰期,需要等到挑戰期結束了才能提幣。速度和時效上是不及 ZK 的。但這並不是硬傷。狀態通道和 HOP 的協議也已經提出了一些可行的解決方案。允許在應用層可以快速的實現轉幣和提幣。快速提幣這件事在未來就變得不再是那麼重要了(在 Rollup 系統層面)。

無論是 ZK 還是其他解決方案,Arbitrum 都是當前最好的解決方案。而且假以時日我們也會持續的更新和升級,無論是 ZK 還是其他,只要有好的技術我們都不介意去學習和借鑑。我們始終僱傭最頂尖的科學家,包括會有 ZK 的研究人員加入,這些都是爲了保證 Arbitrum 始終在技術上能夠領先。

主持人:Steven 剛纔分享了一個關鍵的密碼。就是 Arbitrum 未來也會有 ZK 方面的東西存在。

第五個問題:Arbitrum 測試網目前是怎樣的狀態?如何主網上線?你們對 Arbitrum 主網有哪些期待?

Steven:其實我知道,大家現在最關心主網上線的消息。Arbitrum 的測試網已經運行了五個月,現在表現是比較不錯的。測試網會幫助我們測試網絡的性能,存在的問題,同時也會做壓力測試。

我們目前處理的吞吐量(TPS)非常大,達到了百萬級。在高峯期可以做到每分鐘接收 1 萬 4000 個請求。就具體進度而言,大家可以期待一下。本週我們很快會發布「發行候選版本」,會先在測試網上進行測試,之後會部署到主網上。

經過測試網再到主網,這也代表了我們做一切事情的態度。我們的代碼經過了 33 次安全審計。我們明白是用戶把資金託付到了 Arbitrum 之上,所以我們會非常重視用戶的資金安全。

就「發行候選版本」而言,我們會邀請所有人蔘與,一起幫助我們進行壓力測試。相信在很快到來的主網上線後,大家都不會失望。

Arbitrum 和其他項目不太一樣的地方在於,我們主網上線的第一天,就會將項目的一切公開,可以邀請所有人蔘與到主網。

主持人:感謝 Steven 爲我們介紹了 Arbitrum 後續的發展進程。

第六個問題:我們同樣很關注 Arbitrum 在主網上線後面臨的挑戰和整體規劃。

Ed Felten:當前我們的重點是在主網上線上,要確保主網過渡的過程儘可能平穩、安全。未來我最關注的事情排在第一位的還是可擴展性。

可拓展性

雖然目前我們在擴容以及費用方面已經做得不錯了,但我希望能夠在性能上得到進一步的提升,主要是通過創新的工程手段。比如通過對虛擬機 EVM 系統如何進行開發,對於節點的設置等方式進一步提高性能。預計未來當以太坊上的流量進一步增加,吞吐量需求進一步增加時,我們可以滿足需求而不至於像目前大家看到很多項目面臨的瓶頸問題。

可編程上的努力

我們希望能夠允許大家用不同的方式寫智能合約。比如現在我們就有一個項目,允許將你編寫的智能合約進行編譯,可以使用除了 Solidity 語言之外的其他語言來寫智能合約,同時也能運行在 Arbitrum 上。與此同時還能同用 Solidity 語言寫的虛擬機進行交互。這是在可編程性方面的進步。使用這樣的方式,可以允許不熟悉區塊鏈編程方式的圈外開發者進入。

總結來說,關注的重點是可擴展性和可編程性,以及更好的開發工具。


互動問答

問:二層資產跨到一層需要非常長的等待期。對於這個等待期嘉賓怎麼看?Arbitrum 或其生態項目是怎麼解決這個問題的?

如果把資產從一層轉到二層,或者在二層要調用一層的東西。這個時間要由一層的時間來決定。但反之,如果要把資產從二層轉移到一層,或者要從一層調用二層的東西,如果在二層使用了 Optimisitic Rollup 的協議,協議層的等待時間確實會更長一些。需要強調的是這確實是協議的問題,主要還是因爲解決方案都會存在挑戰期的設置,你必須等待一段時間,等待某人提出異議或者沒有異議,才能做出終局性的判定。

這就是爲什麼在協議層可能你需要等待幾天才能提現的原因。但現在 Arbitrum 生態中也有項目在運行試圖解決這樣的問題,包括在 Arbitrum 測試網上也有運行。允許用戶立刻實現。雖然在技術實現手段上會千差萬別,但實際上本質是一樣的。要麼在一層和二層之間做資產的交換或者對調,或者由別人把資產借給你,讓你可以提前獲得資產。假以時日,用戶會忘記需要等待這一問題。而且交易所很快也會使用這樣的解決方案,從而使得存幣和取現基本都不需要有等待期。對於用戶而言,等待期的問題在未來會變得越來越不重要。

問:最近隱私交易和防止「科學家」搶跑是比較大的問題。請問下嘉賓關於這方面在 Layer 2 上是如何解決的?

Steven:關於解決提前下單、搶單的問題。這個問題確實是 Arbitrum 有意識在關注的問題。之前我在康奈爾和別人合寫了一篇論文,研究的就是搶單(科學家搶跑)問題。在很早之前我就開始思考這個問題。Arbitrum 有很好的解決方案。目前是由聚合者將交易收集起來進行排序。而且我們使用的都是一層的礦工來進行的排序,這樣就可以確保這樣的排序序列至少是和一層一樣的好,不會比一層更差。這是當前的現狀。

而未來,我們會把這個方案更加優化。未來我們會引入另外一方,「序列方」主要提供低於一層的時延。當一個交易發出之後,接收到交易並給予響應的速度甚至要在一層把你的交易納入之前。

想要做到這點比較難。因爲排序相當於一個相當大的權利。如果你利用了這樣的權利,就會形成 MEV 搶跑問題。我們並不希望將這種排序的權利給到用戶或者任何一方。

正好我在康奈爾大學又有去年發表的另外一篇論文,提出瞭解決方案「公平排序拜占庭容錯機制」。公平排序的順序是交易被提起,進入到序列的順序就是最終排出來的順序。而負責排序的就是序列器或者稱之爲序列節點。這樣就解決了 MEV 問題。

MEV 之所以存在是因爲現在負責排序的一方擁有巨大的權利可以對順序進行調整。但等到引入了「公平排序」機制之後,就不存在調整順序的可能性了。

總結一下,在當前 Arbitrum 上 MEV 問題不會比一層更糟糕。而且假以時日,隨着序列器的的引用和公平排序機制的引入,情況會變得越來越好。對用戶來說就不需要再擔心有惡意的節點通過搶跑方式損害利益。這確實對以太坊,對區塊鏈應用是很大的問題。對我而言,目前 Arbitrum 的解決方案是最好的。

在隱私方面,可以分用戶隱私和合約隱私來講。用戶層面隱私問題,二層相對以太坊已經可以做到既沒有改進,也沒有比以太坊做得更差。比如在以太坊上,可以創建一個新的地址,創建私鑰。最開始這些都是不公開的,都是個人的隱私。但由於每筆交易都是公開的,所以有心人就可以通過追蹤你的更多交易,最終把賬戶和個人進行一一的掛鉤。用戶隱私上,二層技術相比以太坊沒有改進也沒有惡化。

就合約層隱私來說,合約隱私是指合約的內部狀態不公開,或者通過合約執行的交易是不公開的。在最開始第一個版本的 Arbitrum 上,因爲是無需信任的機制,如果你要讓合約無需信任,就意味着合約必須要是公開的,能夠被所有人查閱的。大如果合約的參與方是有限的,就有一些技術手段來實現合約的隱私性。

一方面可以通過側鏈,比如 Arbitrum 路線圖已經規劃好的會做的側鏈,會在主網上線之後。另外還有一些其他技術,也在路線圖上有說明。假以時日你會看到 Arbitrum 上會引入很多隱私技術,來保證有限參與方的合約可以實現合約層面上的隱私性。