深度解读Optimism扩容方案:基本架构、Gas机制与挑战

  放对等节点由于未开,equencer出块后Optimism本地S,可以验证其正确性甚至要1小时才,过长延时;

  其定义依照,理的交易笔数 / 耗时TPS= 一段时间内处,块链领域套用在区,区块重组等情况若忽略分叉或,包含的交易笔数%uF7出块时间可粗略视TPS=平均每个区块。公链而言对普通,块扩容和出块时间问题提升TPS面对的是区,时同,到公链采用的Gas机制TPS的实际值还牵涉,Polygon都不出其右无论是ETH还是BSC和。

  Gas上限提升至3000万虽然该提案将ETH区块的,as消耗超过1500万但只要新区块的实际G,ce就会在系统调节下逐级涨价下一个区块内的Gas Pri,续多个区块的时间这个过程可以持,Price极高直到Gas ,大多数人拦住绝,纳的交易数骤减让新区块可收,至1500万为止Gas消耗量回落。

  文所述如前,最有效的方式是增强激励扩充Verifier,等节点网络或者开放对。等节点的Optimism而言对于尚未发行代币也未开放对,自己发行的代币激励验证者难以像Metis那样通过。以所,验证节点规模、增强验证的时效性上当前的Optimism在如何扩容,不小的挑战均面临着。

  。Sequencer执行一笔交易提交后会立刻被,结果进行最终验证却可以在1小时之后但Verifier获取状态根、对。

  短出块时间都会破坏安全性但提升区块Gas容量或缩,根源究其,是“不可能三角”问题以太坊扩容要面对的,提高效率要如何,和去中心化又保障安全,、悬而未决的阶段始终处在纸上谈兵。

  实来看但从事,制做出大幅调整的EIP-1559在去年备受瞩目、对区块的Gas机,Price的浮动范围更可控其核心作用也只是让Gas ,的通胀率及抛压并降低ETH,ice或取缔Gas竞价机制而非直接压低Gas Pr。

  制造了一条TPS极高的区块链Sequencer节点自己,扩容之源这便是。率极高虽然效,度中心化但因其高,r可能作恶或宕机Sequence;

  后之,所有的以太坊节点新区块会被传播给,被检查内容会。而言具体,点会读取其内容检查区块的节,易再执行一遍把里面的交,的数据是否正确看出块矿池提交。实现这就了

  一个中心化的矿池节点Sequencer是,er2本地出块负责在Lay。了【工作量证明】过程Optimism取缔,encer担任矿工由唯一的Sequ,节点做【共识】验证且不会立刻让其他,大量时间这节省了。执行完交易马上就能敲定区块目前的Sequencer,甚至只需1秒本地出块时间,高了TPS从根源上提。

  此对,Layer2凭借高效率、低Gas的旗号快速崛起以Optimism和Arbitrum为代表的,瞩目颇为。着超低Gas收获广大用户的同时在靠着精妙叙事吸引各路资本、靠,问题却日渐明晰其固存的中心化,的关注与质疑引起越来越多。

  个角度看从另一,的交易笔数%uF7出块时间由于TPS=每个区块包含,系到TPS的关键出块周期也是关。时同,以太坊业务逻辑中的不同组分出块周期中的几个阶段可映射,2扩容思想的关键点这正是Layer。

  前目,心化程度不变的前提下在保证安全性和去中,块时间基本达到理论上的极限ETH的区块Gas容量与出,优化空间已无太大。

  在确保去中心化的前提下本文将以重要细节揭示,容所面临的困境Layer1扩,r2项目存在的重大问题以及典型的高效Laye。

  前目,上执行复杂的期权操作在Optimism,至以太坊的1%Gas费可低。

  关资料按照相,成POS转型前直到以太坊完,会稳定在13秒其出块周期都,OS后转型P,只会缩短1秒出块周期也,12秒稳定在。算来如此,太坊的TPS提升10%POS转型最多会让以,水车薪有如杯。

  调的是需要强,务器节点组成的系统以太坊是由大量服,共识、多方存储3个部分其业务逻辑包含执行、。中其,

  并正式迈入进程随着ETH合,p在区块链行内逐渐成为显学Layer2和Rollu。本源究其,每秒处理的交易数量(TPS)Layer2的目的是提高系统,Gas费并降低。r2扩容的最核心要点前者是整个Laye,er2交互体验的关键后者则是提升Lay。

  近其理论TPS上限时当Optimism逼,ayer1间每秒Layer2和L的

  的市场增值空间极大Optimism,可达1600其TPS上限,用率不到千分之一但吞吐量的实际利,潜力巨大未来发展;

  之一是其所采用的Gas机制决定以太坊效率的关键因素。坊系统中在以太,种计量形式Gas是一,操作的复杂度反映了不同。要消耗汽油一样就像汽车行驶需,会产生Gas消耗在以太坊上交易。ETH代币转账一笔最简单的,为2。1万Gas消耗。型的操作其他类,—20代币转账如普通的ERC,的合约交互或更复杂,十万的Gas消耗可产生几万甚至数。

  er若被挑战成功Sequenc,诚实行为确认有不,一定惩罚则受到,会被扣除一部分其质押的资产;于划定的阈值若质押余额低,cer被强制除名则Sequen,出块资格不再有;

  sm官方部署在以太坊上的合约CTC和SCC是Optimi,h(批次)的结构两者以Batc,r2交易数据的摘要分别记录了Laye,yer2状态树的根哈希值以及每笔交易执行后La。观看从外,就像两个账单列表CTC和SCC。

  上综,完整出块周期以太坊的一个,【共识】+【多方存储】4个阶段包含【工作量证明】+【执行】+。中其,共识】阶段耗时最长【工作量证明】和【。点合起来超过2000个由于以太坊的矿池和全节,】会产生大量的通讯时间这些节点要达成【共识;备弹性的时间填充工具而【工作量证明】是具,15秒左右(现出块周期约为13秒)其设计初衷就是为了让出块周期稳定在。

  意的是值得注,Rollup的Sequencer节点均由官方提供目前Optimism和Arbitrum等OP ,以所,r惩罚机制是否有效Sequence,在争议尚且存;m的安全性更多来自于项目方的“信用”目前Optimism和Arbitru,正义”本身而非“程序;

  几分钟每隔,区块的压缩版本存储至ETH主网Sequencer节点会把本地;交易数据的摘要这些内容包括,根StateRoot以及交易发生后的状态。过程就这个是

  上的一笔期权开立操作(Optimism,。2美元只用了1;100多美元以太坊上要)

  以所,h的过程必然有工作量打包和传输Batc,定的计算资源这会消耗一,填补这部分成本固定开销可以。前目,的固定开销Gas为2100Optimism上每笔交易。sm官方表示Optimi,户规模扩大随着未来用,纳的交易数量增加后每个Batch收,进一步下调固定开销将。

  要暴力穷举随机数【工作量证明】需,量算力消耗大,池内的矿机完成这些任务由矿,较长耗时;

  itrum均由官方运行出块节点当前的Optimism和Arb,中心化问题存在严重的,于项目方的“信用”其立足根基更多在,正义”本身而非“程序;

  技术文档按照此前,战的窗口时间设置为7天Optimism将挑,ifier发起挑战若7天内没有Ver,r发布的内容被敲定则Sequence,再改写无法。

  消耗Gas以上过程会,视存储的内容多寡而定具体的Gas消耗量。产生不同的数据量不同的交易类型会,也不尽相同存储费用。

  最典型的Optimism为例以OP Rollup方案中,rifier(验证者)、CTC(交易链)、SCC(状态链)其4个最重要的模块分别为Sequencer(序列器)、Ve。中其,er是有硬件实体的Layer2节点Sequencer和Verifi,yer2的节点网络两者基本构成了La;部署在以太坊上的合约CTC 和SCC是,timism的核心架构这4个模块组成了Op。

  交易数据是被压缩过的由于存储在ETH上的,责具体执行这些交易且以太坊节点不负,数据的正确性不负责验证,节省Gas这可以大量。

  uencer提交的数据有问题若Verifier发现Seq,疑(挑战)便可发起质,为正确的版本并提交自认,C与SCC中的错误数据挑战成功便可改写CT,量的代币奖励并获取一定;

  ayer2则秉持不同的理念以Rollup为代表的L。以太坊之外的公链虽然其本质也是,附于以太坊的安全性但仍在很大程度上依。如比,p)会把Layer2的区块链副本压缩存储至以太坊主网OP Rollup(Optimistic Rollu,时同:

  机一事称:真正的去中心化和安全性比高效率更有价值(Gavin Wood曾就去年Solana短暂宕。运行网络的全节点如果用户不能自己,和传统银行毫无区别那么这样的项目将)

  是造一条TPS更高的链Layer2扩容的实质,息挂到以太坊上把这条链的信;

  块的Gas上限为3000万来计算以EIP-1559后每个以太坊区,太坊提交的也都是最简单的转账操作若Optimism本地执行、向以,S上限约为1600左右【2】则此时Optimism的TP。

  要的是颇为重,11月进行了EVM等效性升级Optimism在2021年,ier客户端取缔了旧版OVM虚拟机其Sequencer和Verif,欺诈证明”程序无法运转基于旧版OVM设计的“。”程序尚未投入运行而新版的“欺诈证明,制无法生效目前挑战机。

  强安全性为了增,quencer质押一定资产Optimism要求Se,主网上披露Layer2区块关键信息并要求Sequencer在ETH,er会自动读取Verifi,准确性检查;

  将区块扩容如果强行,节点间的信息差也会加剧不同。如比,as容量提升10倍若将ETH区块的G,易数量会提升10倍则每个区块包含的交,信息差也会增加10倍不同节点间可产生的。

  坊的历史纵观以太,”一类的热点事件激发交易需求每逢有“加密猫”“5。19,的Gas War现象ETH链就会出现激烈,ce越高谁的交易先上链谁付出的Gas Pri, Price水涨船高剧烈的价格战让Gas,费的用户被拒之门外不能支付高昂手续,副其实的“贵族链”这使以太坊成为名,无数争端引发了,成为许多人眼中的“救星”也让EIP—1559一度。

  as Price的高低优胜的矿池节点会按照G,易事件中抓取一批从等待上链的交来

  终最,er发起的指令Sequenc,块的全部Gas占用了以太坊区,全部可用的资源也即以太坊上,mism所用都为Opti,Sequencer提交的数据每一个以太坊区块里收纳的都是;

  会自动读取CTC和SCC这两个合约中的记录Layer2的Verifier(验证者),ncer本地的区块内容尽量拼凑出Seque,行验证并进。

  真正改变区块的Gas含量由于EIP-1559没有,S没有被改善以太坊的TP,居高不下手续费,滞留在以太坊系统外大量的潜在用户仍。

  结底归根,交易权限的拍卖平台ETH本质上是关于,e就是竞标者的出价Gas Pric,方通过竞价机制撮合达成交易权限的归属由供需双。链的自由市场原则这种设计契合区块,内卷的种子却埋下了。

  imism炙手可热尽管如今的Opt,展前景和增值空间表现出巨大的发,文所说但如前,度中心化的问题其仍面临着过。去中心化和安全性比高效率更有价值GavinWood曾说:“真正的。用户参与网络维护”如果无法及时让,将和传统金融平台毫无区别那么所谓的Layer2。

  部分的Gas费而Layer1,(固定开销+存储开销)公式=比例系数%uD7。中其,数据和跨域传输的过程固定开销来自于打包,存入数据产生的Gas存储开销是在ETH上,imism官方设定比例系数则由Opt,留出一部分资金主要是为了预,Gas价格激增防止ETH主网,顺利存上链无法把数据。

  非常大可以。以所,尽快向以太坊主网提交数据此时Optimism必须,价同步数据不惜一切代;

  上存储Batch时而在Layer1,ata的形式向CTC合约传入Batch信息Sequencer会以文本数据Calld,而言一般,只用于存储文本数据,于执行运算不会被用。的合约调用比起普通,节省了Gas这一步大量。

  块有Gas上限以太坊的单个区,易指令可消耗的Gas总量限定了一个区块内全部交,后就不能再装东西这就好比冰箱塞满。1559实行前夕在去年的EIP-,上限约为1500万单个区块的Gas,14笔ETH代币转账粗略算来最多可容纳7,3秒置入TPS计算式若将平均出块周期1,坊的理论TPS上限是55则EIP—1559前以太。

  cer存储至以太坊的内容会自动读取Sequen,行审查对其进,坊的【共识】类似这个步骤与以太。

  计数据观察统,59施行的前后6个月内可以发现在EIP-15,耗仅有不到10%的提升以太坊的每日Gas 消。期稳定在13~13。5秒考虑到这6个月内出块周,500~6650个则ETH每日出块6,终稳定在1500万上下每个区块的Gas容量始,显变化并无明。

  所述综上,上限至少为以太坊的16倍Optimism的TPS。imism用户太少考虑到目前Opt,不到以太坊的3%实际TPS甚至,达现在的500倍其发展空间最大可。

  资料中在部分,称为【结算】也将【共识】,为【数据可用性】将【多方存储】称,质是互通的这些叫法实。

  是出于对安全性和去中心化的考量后为何要让出块周期固定在13秒?这,的较优解所得出。坊节点众多由于以太,位置分散且物理,大节点间信息差出块太快会增,共识】破坏【;如比,周期降至0。1秒如果将以太坊出块,和欧洲的不同节点时而将信息传播至美国,秒的时差存在1,会存在10个区块的信息差异那么美国和欧洲的节点间就,块链的设计理念这就违背了区。

  行EVM等效性升级后Optimism在进,”机制无法使用其“欺诈证明,来解决该问题官方称将于未。

  质来看从本,er2上的软硬件实体组合成的跨域交互系统Optimism是由Layer1和Lay,构造Layer2区块的映射版本其独特的业务逻辑是在以太坊上。域传输信息由于需要跨,r需要运行以太坊客户端Geth的山寨版:L2gethOptimism的Sequencer和Verifie,该软件通过,Layer2和Layer1的交互Sequencer方可实现横跨。

  as消耗较高的合约交互但现实中很多交易是G,块的Gas容量会大幅占用区,S均值被压低到20实际的以太坊TP,不堪拥堵,易需求被排挤在链外这使得大量潜在的交。sed%uD7Gas Price由于单笔交易的手续费=Gas U,ed由系统决定而Gas Us,为常量可视,人更高的Gas Price用户发起交易后要付出比别,被系统响应才能率先。终最,需缺口造就了高昂手续费因系统特性产生的的供,叫苦不迭让无数人。

  是一个数据库(注:状态树,地址的信息记录链上。和交易数据摘要获取状态树根,r2本地的区块内容便可拼凑出Laye。而言一般,yer2状态根更为重要SCC合约中存储的La,态根后获取状,据进行计算结合交易数,是否擅自改写了用户地址余额便可知晓Sequencer。)

  以所,制超过2000份一个新区块会被复,以太坊节点里存储在全网的。体的说更具,的全节点都会存储一份所有的矿池节点、所有。种形式通过这,实现了“一致性”以太坊节点间近似。

  以所,的交易(期权等)执行步骤越复杂,上可节省的成本越多在Optimism。如比,00美元的期权操作以太坊上一次要1,只需要1。5美元左右在Optimism上,/60仅为1;转账要3美元以太坊普通,可能要0。3美元Optimism,/10为1。

  文所述如前,全考量出于周,块周期无法做出太大变动以太坊的区块容量和出,维持在20以下其TPS基本,未有太大改善近两年来从。

  此对,方案走上了不同的道路ETH官方以外的扩容。于ETH的公链对区块参数做出了修改BSC、Polygon等完全独立。C为例以BS,量上限为8000万目前其区块Gas容,的2。7倍可达ETH;时同,点数量压缩至20几个BSC将参与共识的节,H的1%仅为ET,达成共识的时间极大压缩了节点,短到了3秒出块周期缩。到了以太坊的10倍以上这虽然将TPS上限提高,成钢”的安全性完全割裂但却与ETH网络“百炼,也远低于ETH去中心化程度。

  。r2用户增多随着Laye,PS激增实际T,和Layer1Layer2间

  出块速度远高于以太坊主网Sequencer本地,ayer1 副本内容之间一直那么Layer2原生内容和L有

  全性比高效率更有价值真正的去中心化和安。用户参与网络维护如果无法及时让,将和传统金融平台毫无区别那么所谓的Layer2。

  隔几分钟一般每,TC传输一个交易BatchSequencer就会向C,由交易Batch构成的链表其体验就像在以太坊上构建。后之,的状态根Batch存入SCC(状态链)合约Sequencer又会将交易Batch对应,面提到的类似该过程与上。

  11月进行了EVM等效性升级Optimism在2021年,ier客户端取缔了旧版OVM虚拟机其Sequencer和Verif,欺诈证明”程序无法运转基于旧版OVM设计的“,明”程序尚未发布而新版的“欺诈证。

  是但,具备很强的中心化特征Sequencer,独立于以太坊的侧链它实际上制造了一条,【多方存储】流程若没有【共识】和,安全保障必然缺乏。这个问题为了解决,在其早期文档中指出Optimism,必须质押一定量的资产Sequencer,且并:

  制造扩容愿景的同时在靠着理想化叙事,ism该如何走向去中心化之路已经“大而不倒”的Optim,Squencer轮换的设想兑现“欺诈证明”机制和多,间去考证还有待时。确定的是但可以,期看从长,在历史的风沙之中屹立不倒只有真正的去中心化可以,长存永世。

  um均由官方运行Sequencer节点当前的Optimism和Arbitr,中心化问题存在严重的。

  关数据根据相,近2亿个独立地址当前的ETH拥有,数仅有100多万笔每日处理的交易笔;之下相比,n)每日处理的交易笔数高居500万以上Gas费较低的BSC(BNB Chai,不到1。5亿个其独立地址数却。估算下粗略,了约15%的交易需求ETH网络最多满足。

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