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Optimism简介：使用乐观汇总扩展以太坊

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Dora Noda
Dora Noda
Software Engineer

Optimism 是一种乐观汇总协议，提供在不牺牲安全性或去中心化的前提下扩展以太坊的解决方案。该协议通过提升以太坊的计算和存储能力，同时保持与现有以太坊基础设施的最大兼容性来实现这一目标。

Optimism简介：使用乐观汇总扩展以太坊

基础​

什么是以太坊可扩展性？​

以太坊可扩展性指的是以太坊网络处理更多有价值交易的能力。当前以太坊的资源受限，尤其是带宽、计算和存储，使得处理高交易量变得困难。计算和存储是最主要的瓶颈，导致费用极高。要扩展以太坊并降低费用，需要更好地利用带宽、计算和存储。

什么是乐观汇总？​

乐观汇总是一种 Layer 2 可扩展技术，允许在链下执行交易，同时保持安全性和去中心化。交易数据提交到链上，但执行在链下进行。如果链下执行出现错误，可在链上提交故障证明以纠正错误并保护用户资金。这种方式类似于只有在出现争议时才去法院，在出现错误时才在链上执行交易。

什么是 EVM 等价性？​

EVM 等价性指的是完全遵循以太坊黄皮书中描述的状态转移函数，即以太坊协议的正式定义。EVM 等价的汇总协议遵循以太坊在 EVM 方面的标准，确保智能合约开发者只需编写一次代码即可在任何地方部署。这意味着为以太坊主网编写的任何智能合约，都可以几乎不做修改地部署到 EVM 等价的汇总协议上。

Optimism = EVM 等价 + 乐观汇总 + 扩展以太坊​

Optimism 是一种 EVM 等价的乐观汇总协议，旨在扩展以太坊，同时保持与现有以太坊基础设施的最大兼容性。

安全性​

为了在不牺牲安全性的前提下扩展以太坊，Optimism 保留了以太坊 Layer 1 的三项关键属性：活性、可用性和有效性。

  1. 活性 – 任何人都可以随时通过发送交易来延伸汇总链。
    • 交易可以通过 Sequencer 发送到汇总链，亦可直接发送到 Layer 1。Sequencer 提供低延迟、低成本的交易，而直接发送到 Layer 1 则提供审查抵抗。
  2. 可用性 – 任何人都可以下载汇总链。
    • 推导链所需的全部信息都嵌入在 Layer 1 区块中。因此，只要 Layer 1 链可用，汇总链也同样可用。
  3. 有效性 – 所有交易均被正确执行，所有取款均被正确处理。
    • 汇总状态和取款由一个名为 L2OutputOracle 的 L1 合约管理，该合约在单一诚实验证者假设下，仅会最终确定正确（即有效）的汇总区块哈希。如果在 Layer 1 上声明了无效的区块哈希，诚实验证者将证明其无效并赢得保证金。

Optimism 通过故障证明来强制汇总的有效性。随着技术成熟，有效性证明也可以在可行时接入。

网络参与者​

Optimism 中有三类角色：用户、Sequencer 和验证者。

Optimism 网络参与者

用户​

网络的核心是用户，他们可以通过向以太坊主网的合约发送数据，在 L2 上存入或取出任意交易。他们可以向 Sequencer 发送交易以使用 L2 上的 EVM 智能合约，并通过网络验证者提供的区块浏览器查看交易状态。

Sequencer​

Sequencer 是主要的区块生产者。可以只有一个 Sequencer，也可以通过共识协议拥有多个。对于 1.0.0 版本，仅有一个 Sequencer，当前由 Optimism 基金会监管。一般情况下，规范中使用 “the sequencer” 作为多个 Sequencer 通过共识协议协同工作的代称。

Sequencer 的职责：

  1. 接收用户的链下交易；
  2. 观察链上交易（主要是来自 L1 的存款事件）；
  3. 将上述两类交易按照特定顺序合并成 L2 区块，并通过将以下两项作为 calldata 提交到 L1 来传播 L2 区块： a. 第一步接受的待处理链下交易； b. 足够的链上交易顺序信息，以便仅通过观察 L1 就能成功重建第三步产生的区块。

Sequencer 还会在第三步完成后尽早提供区块数据，使用户在 L1 确认之前即可访问实时状态（如果他们愿意）。

验证者​

验证者的职责有两方面：

  1. 为用户提供汇总数据；
  2. 验证汇总完整性并对无效声明提出争议。

为了维护网络安全，必须至少存在一个诚实验证者，能够验证汇总链的完整性并向用户提供区块链数据。

关键交互图示​

以下图示展示了协议组件在关键用户交互过程中的使用方式，为深入了解任意组件规范提供上下文。

存款并发送交易​

用户通常通过从 L1 存入 ETH 开启其 L2 旅程。拥有用于支付费用的 ETH 后，即可在 L2 上发送交易。下图展示了此交互以及所有关键的 Optimism 组件：

存款并发送交易

取款​

取款由 L2 上的普通交易发起，但在争议期结束后通过 L1 上的交易完成。

取款示意图

结论​

Optimism 是一种乐观汇总协议，旨在扩展以太坊，同时保持与现有以太坊基础设施的最大兼容性。通过提升以太坊的计算和存储能力，它为处理更多有价值的交易提供了解决方案，而不牺牲安全性或去中心化。如果想进一步了解 Optimism，请前往其 官方规范。凭借对以太坊核心原则的遵循以及与现有基础设施的兼容性，Optimism 有望成为以太坊迈向更高可扩展性和效率的关键玩家。

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