TRU:金色觀察｜簡析Arbitrum Rollup虛擬機的設計原理_ARBI

Arbitrum和Optimism是以太坊Layer2擴容的主要項目，因為兩者是以Rollup為技術核心實現的二層擴容，符合以太坊未來發展方向。

但面對未來豐富的生態應用預期，需要一個虛擬機來實現可編輯能力。因為Rollp的技術核心，卻讓這個方向成為一個實現略難的技術需求，目前兩者也限于虛擬機并不成熟。使得在這一層的可編輯能力有所限制。

今天本文中，我們將摘錄資料來了解Arbitrum網絡的虛擬機設計原理。

AVM設計的起點是基于以太坊虛擬機(EVM)，因為Arbitrum目標是高效地執行為EVM編寫或編譯的程序，所以Arbitrum并未更改EVM設計的絕大部分。例如，AVM采用EVM的數據類型以及對EVM整數進行的操作指令等。

金色財經挖礦數據播報 | ETH今日全網算力上漲1.73%:金色財經報道，據蜘蛛礦池數據顯示：

BTC全網算力123.152EH/s，挖礦難度17.56T，目前區塊高度646207，理論收益0.00000786/T/天。

ETH全網算力221.014TH/s，挖礦難度2898.33T，目前區塊高度10772313，理論收益0.01473626/100MH/天。

BSV全網算力1.920EH/s，挖礦難度0.28T，目前區塊高度650601，理論收益0.00046875/T/天。

BCH全網算力2.649EH/s，挖礦難度0.37T，目前區塊高度650840，理論收益0.00033977/T/天。[2020/9/1]

這樣看來，AVM和EVM之間的差異源于Arbitrum的layer2需求和Arbitrum的多輪挑戰協議。

金色晚報 | 4月17日晚間重要動態一覽:12:00-21:00關鍵詞：數字人民幣、外匯局、Libra、芝商所、Bakkt

1. 央行數字貨幣研究所：網傳DC/EP信息為測試內容并不意味數字人民幣正式落地發行。

2. 外匯局：跨境金融區塊鏈服務平臺完成應收賬款融資放款金額227億美元。

3. 中國銀行前副行長：Libra注定要做出重大調整 但實際運用空間和價值依然存疑。

4. 數據：芝商所比特幣期貨未平倉合約增長70％，機構開始重返市場。

5. 解放日報：上海已經成為國內區塊鏈技術落地最豐富的地區之一。

6. 觀點：美國人正在通過購買比特幣將政府刺激支票發揮作用。

7. 數據：目前約有30億美元穩定幣存儲在交易平臺內。

8. Bakkt前CEO被任命為白宮重啟經濟特別工作組成員。

9. OKChain首批生態伙伴公布：30家知名企業，覆蓋5大領域。[2020/4/17]

執行與證明

金色財經現場報道 為友資本合伙人陳菜根：區塊鏈九大法則:金色財經現場報道，區塊鏈自媒體人、為友資本合伙人陳菜根在GoldenBlock 共識·鏈上未來論壇上表示，區塊鏈存在九大法則，這九大法則分別為，存儲即所有，一個人的財產歸屬及其安全性，根本上取決于財產的存儲方式及其定義權；數據即資產，價值網絡上，都將因為需求而成為有價資產，數據多寡即窮富；行為即挖空，每個人的行為，都將被切碎為役哥哥挖礦動作，用行動給社區貢獻能量；代幣即獎勵，你所擁有的每個代幣，都是某個動作的有價獎勵，多勞多得；通證即信用，1個token代表了1個信用值；代碼即合約，在鏈上，代碼將取代文本，成為合約新呈現形式，自動執行，提效降費；節點即渠道，每個硬件因為算法植入而成為數據的采集和流通節點，渠道更加毛細化；社區即組織，重新定義組織邊界 ，資產所有權大三，權力中心崩塌，呈現全球分工；共識即法律，規范社區成員行為的是大家拖鞋而成的共識，認可即生效，反對即出局。[2018/4/10]

與EVM架構不同，Arbitrum需要支持本地執行和受信證明。基于EVM的系統通過重新執行有爭議的代碼來解決爭議，而Arbitrum依賴于形成最終證明的挑戰協議解決爭議。

Arbitrum希望在本地可信環境中針對速度做優化執行，因為本地執行是常見情況。系統很少需要證明，但需要一直保持準備證明的狀態。

操作系統

Arbitrum使用2層操作系統ArbOS。ArbOS控制單獨合約的執行，以將它們彼此隔離并跟蹤它們的資源使用情況。

此外，上面這些功能是執行在2層的可信軟件中，而不是像以太坊那樣將可信添加到的1層網絡搭建的強制規則中，這樣參與者都會從2層較低的計算和存儲成本中受益，而不是必須將這些資源成本作為1層EthBridge合約的一部分進行管理，增加成本。

Merkleize

任何依賴斷言和爭議解決的2層協議都必須定義一個規則，用于對虛擬機的完整狀態進行Merkle哈希。該規則必須是架構定義的一部分，因為它依賴于解決爭議。

維護的Merkle哈希在需要重新計算時也需要保持有效。這會帶來一些構建內存的影響。任何大型且可變的存儲結構對于Merkleize來說都是較貴的，并且Merkleize的算法必須是架構規范的一部分。

AVM架構通過只有大小有限、不可變的內存對象來應對這一需求，這些對象可以通過引用包含其他元組。元組不能就地修改，但有一條指令可以復制帶有修改的元組。這允許構建樹結構，其行為類似于大型平面存儲器。通過訪問在內部使用元組的庫，應用程序可以使用諸如大型平面數組、鍵值存儲等功能。

元組的語義使得創建元組的循環結構變得不可能，因此AVM實現可以通過使用引用計數的、不可變的結構來安全地管理元組。每個元組值的哈希只需要計算一次，因為內容是不可變的。

代碼點

代碼的常規組織是存儲指令的線性陣列，并需要保持指向下一條指令的程序計數器。使用這種傳統方法，證明執行指令需要對數時間和空間，因為必須提供Merkle證明來證明當前PC下的指令。

AVM使用這種傳統的執行方法，但它增加了一個功能，使證明和證明檢查需要恒定的時間和空間。出于證明目的，“程序計數器”被替換為“當前代碼點哈希”值，它是機器狀態的一部分。

在正常執行中，實現通常只使用傳統架構上的PC值。但是，當需要證明時，證明者可以使用查找表來獲取與任何相關PC對應的代碼點哈希值。

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