一文读懂Arbitrum Rollup的工作原理

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【一文读懂Arbitrum Rollup的工作原理】
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来源：以太坊爱好者
最近我发表了一篇博文比较 Arbitrum Rollup 和相互竞争的其他 rollup 系统（中文译本）。不过，那篇文章里面没有详细介绍 Arbitrum Rollup 的工作原理，所以这一篇文章的任务就是填补这个空白。
一句话， Arbitrum Rollup 是一个由以太坊链上合约管理的链下协议。为使自己的应用能够在 Arbitrum Rollup 上运行， dApp 的开发者需要用 Solidity 编写一组合约，然后将这些合约编译成可以在 Arbitrum 虚拟机上运行的可执行代码。运行速度会更快，你我期待的就是这个。
Rollup 基础知识
先从基础知识说起。我们使用默克尔树（Merkle Tree）来组织虚拟机的状态，因而可以算出虚拟机状态的密码学哈希值。我们把这个哈希值存储在链上，因此在协议的任何一个时间点，都会有一些虚拟机的状态（通过链上共识）被完全确认和最终敲定。这些已经获得终局性的状态的哈希值，就存在链上。
协议的参与者，通过提出一个争议断言（Disputable Assertion ， DA）来推进该虚拟机的状态；该断言声明，从某些状态哈希开始，基于一些技术前提，虚拟机将会执行特定数量的计算步骤，生成新的状态哈希，并在执行期间完成相关的支付，生成相关的日志事件。争议断言可能是有效的（即可信的），也可能是无效的。参与者在提出争议断言时需要为保证断言的有效性而赌上一笔押金。 (更多关于押注及其工作原理的内容将在后面介绍。 )

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- 争议断言会使协议产生一个决策点 -
如上图所示，提出一个争议断言就会产生一个协议最终必须要解决的逻辑决策点。如果争议断言是有效的，则系统将进入图中右上角的新状态，包括由争议断言生成的新状态哈希值，以及其他附带效果（产生相应的支付和日志）。若争议断言是无效的，则进入右下角的分支，争议断言被系统拒绝，原来的状态不会发生变化。
旧的 Arbitrum 协议
最开始的 Arbitrum 协议每次只处理一个争议断言。当某些参与者提出一个争议断言后，会有一个挑战期，在此期间任何人都可以挑战这个争议断言。如果没有被挑战，则该争议断言将被系统接受；否则就会执行纠纷解决协议，撤销争议断言（这是为了防止提议者和挑战者合谋炮制争议结果）。
这样做很简单，但是有两个缺点。首先，因为每次只处理一个争议断言，所以虚拟机的处理速度很受限。在每个挑战期内，正常的处理流程基本上都将停滞。第二，恶意参与者通过故意挑战所有的争议断言可以彻底冻结虚拟机。攻击者需要付出一些押金作为代价，但是只要他们愿意，他们至少可以在某些特定场景下通过这种攻击长时间延误系统（而获利）。
新的改进版本
在我这篇文章中介绍的新的 Arbitrum Rollup 协议解决了上述的两个缺点。通过 “流水线化” 处理多个争议断言，验证节点模拟虚拟机的运算速度有多快，虚拟机的处理速度就有多快。第二，我们后面将会解释，恶意参与者无法延阻系统，他们只能暂时延误对最终结果的链上确认，但这些结果对诚实节点来说早已 “无需信任地被敲定了” 。
所以，到底怎么做到呢？那就要讲得再深一点了……
每个状态后面最多可以接一个争议断言。如果一个状态后面没有争议断言，那么任何人都可以生成一个争议断言接在后面，作为一个新的分叉点。结果就是产生了一棵平行未来之树。