Техническая документация Optimism

Аннотация

В статье рассматривается проблема масштабируемости децентрализованных blockchain путем анализа компромисса между пропускной способностью транзакций и требованиями к оборудованию для запуска узла. Свертывания, то есть технологии проверки блоков, выполняемых вне сети, представлены в форме доказательств неисправности или достоверности. Мы сравниваем оптимистичные накопительные пакеты и накопительные пакеты по сроку действия с точки зрения времени вывода средств, транзакционных издержек, методов оптимизации и совместимости с экосистемой Ethereum. Наш анализ показывает, что Optimism Bedrock в настоящее время имеет степень сжатия газа примерно 20:1, а StarkNet обеспечивает степень сжатия стоимости записи в хранилище примерно 24:1. Мы также обсуждаем методы дальнейшей оптимизации этих скоростей, такие как использование контрактов кэша и фильтров Блума. В конечном счете, наши выводы подчеркивают компромисс между сложностью и гибкостью при выборе между оптимистичными и валидными накопительными пакетами. Ключевые слова Блокчейн, Масштабируемость, Объединение 1. Введение Технология Блокчейн привлекла значительное внимание благодаря своему потенциалу совершить революцию в различных отраслях. Однако масштабируемость остается серьезной проблемой, поскольку большинство blockchain сталкиваются с компромиссом между масштабируемостью, децентрализацией и безопасностью, обычно называемым «трилеммой масштабируемости» [1, 2]. Чтобы увеличить пропускную способность blockchain, тривиальным решением является увеличение размера его блока. В контексте Ethereum это означает увеличение максимального количества газа, которое может содержать блок. Поскольку каждый полный узел должен проверять каждую транзакцию каждого блока, по мере увеличения пропускной способности требования к оборудованию также возрастают, что приводит к большей централизации сети. Некоторые blockchain, такие как Bitcoin и Ethereum, оптимизируют свой дизайн, чтобы максимизировать архитектурную децентрализацию, в то время как другие, такие как Binance Smart Chain и Solana, спроектированы так, чтобы быть максимально быстрыми и дешевыми. Децентрализованные сети искусственно ограничивают пропускную способность blockchain, чтобы снизить требования к оборудованию для участия в сети. На протяжении многих лет предпринимались попытки найти решение Трилеммы, например, государственные каналы [3] и Plasma [4, 5]. Эти решения характеризуются перемещением некоторой активности за пределы цепочки, связыванием активности внутри цепочки с активностью вне цепочки с помощью smart contracts и проверкой DLT 2023: 5-й семинар по технологиям распределенного реестра, 25–26 мая 2023 г., Болонья, Италия $ [email protected] (Л. Донно) https://lucadonnoh.github.io/ (Л. Донно) 0000-0001-9221-3529 (Л. Донно) © 2023 Авторские права на эту статью принадлежат ее авторам. Использование разрешено в соответствии с лицензией Creative Commons License Attribution 4.0 International (CC BY 4.0). Материалы семинара CEUR http://ceur-ws.org ISSN 1613-0073 Материалы семинара CEUR (CEUR-WS.org) в сети, что происходит вне сети. Однако как Plasma, так и государственные каналы ограничены в поддержке общих smart contract. Накопительные пакеты — это blockchain (называемые Layer 2 или L2), которые публикуют свои блоки на другом blockchain (Layer 1 или L1) и, следовательно, наследуют его свойства консенсуса, доступности данных и безопасности. Они, в отличие от других решений, поддерживают произвольные вычисления. Rollups состоит из трех основных компонентов: • Секвенсоры: узлы, которые получают транзакции Rollup от пользователей и объединяют их в блок, который отправляется на Layer 1. Блок состоит как минимум из корня состояния (например, корня Меркла) и данных, необходимых для восстановления и проверки состояния. Layer 1 определяет...

Введение

1. Введение Технология блокчейн привлекла значительное внимание благодаря своему потенциалу совершить революцию. различные отрасли промышленности. Однако масштабируемость остается серьезной проблемой, поскольку большинство blockchain сталкиваются с компромисс между масштабируемостью, децентрализацией и безопасностью, обычно называемый Трилемма масштабируемости [1, 2]. Чтобы увеличить пропускную способность blockchain, есть тривиальное решение: чтобы увеличить размер блока. В контексте Ethereum это означает увеличение максимального количество газа, которое может содержать блок. Поскольку каждый полный узел должен проверять каждую транзакцию каждого блок, поскольку пропускная способность увеличивается, требования к оборудованию также увеличиваются, что приводит к большему централизация сети. Некоторые blockchain, такие как Bitcoin и Ethereum, оптимизируют свои дизайн, чтобы максимизировать свою архитектурную децентрализацию, в то время как другие, такие как Binance Smart Chain и Solana созданы для того, чтобы быть максимально быстрыми и дешевыми. Децентрализованные сети искусственно ограничить пропускную способность blockchain, чтобы снизить требования к оборудованию до участвовать в сети. На протяжении многих лет предпринимались попытки найти решение трилеммы, например, каналы [3] и Плазма [4, 5]. Эти решения имеют свойство перемещать некоторую деятельность оффчейн, связывание активности внутри цепочки с активностью вне цепочки с использованием smart contracts и проверка DLT 2023: 5-й семинар по технологиям распределенного реестра, 25–26 мая 2023 г., Болонья, Италия $ [email protected] (Л. Донно) https://lucadonnoh.github.io/ (Л. Донно) 0000-0001-9221-3529 (Л. Донно) © 2023 Авторские права на данную статью принадлежат авторам. Использование разрешено в соответствии с лицензией Creative Commons License Attribution 4.0 International (CC BY 4.0). ЦЕВР Мастерская Слушания http://ceur-ws.org ISSN 1613-0073 Материалы семинара CEUR (CEUR-WS.org)в сети, что происходит вне сети. Однако как Plasma, так и государственные каналы ограничены в их поддержка генералов smart contracts. Накопительные пакеты — это blockchain (называемые Layer 2 или L2), которые публикуют свои блоки на другом blockchain. (Layer 1 или L1) и, следовательно, наследуют его свойства консенсуса, доступности данных и безопасности. Они, в отличие от других решений, поддерживают произвольные вычисления. Накопительные пакеты состоят из трех основных компонентов: • Секвенсоры: узлы, которые получают транзакции Rollup от пользователей и объединяют их в блок, который отправляется на Layer 1. Блок состоит как минимум из корня состояния (например, Меркла root) и данные, необходимые для восстановления и проверки состояния. Layer 1 определяет канонический blockchain L2 путем установления порядка опубликованных данных. • Полные узлы объединения: узлы, которые получают, обрабатывают и проверяют блоки объединения из слоя. 1, проверив правильность корня. Если блок содержит недействительные транзакции, то это так. отброшено, что не позволяет секвенаторам создавать действительные блоки, содержащие недопустимые транзакции. • Легкие узлы объединения: узлы, которые получают блоки объединения из Layer 1, но не выполняют вычисления. само новое государство. Они проверяют, что новый корень состояния действителен, используя методы такие как доказательства вины или действительности. Накопительные пакеты обеспечивают масштабируемость за счет уменьшения амортизированной стоимости транзакций по мере увеличения количества пользователей увеличивается. Это связано с тем, что стоимость обеспечения достоверности blockchain растет сублинейно. в отношении стоимости проверки транзакций в индивидуальном порядке. Свернутые пакеты различаются в зависимости от механизм, с помощью которого они обеспечивают достоверность выполнения транзакций на легких узлах: в Оптимистические накопительные пакеты обеспечиваются экономической моделью и доказательствами ошибок, пока они действительны. Rollups криптографически обеспечивается с использованием доказательств достоверности. Легкие узлы могут быть реализованы как smart contract на Layer 1. Они принимают корень новое состояние и проверка действительности или доказательств ошибок: поэтому эти накопительные пакеты называются смарт-контрактом. Ролл-апы. Если легкие узлы независимы, они называются суверенными накопительными пакетами [6]. Преимущество использование накопительного пакета смарт-контрактов позволяет построить между ними мост с минимальным доверием. blockchains: поскольку достоверность состояния L2 доказана для L1, система транзакций из Можно реализовать L2–L1, что позволит осуществлять снятие средств. Недостатком является то, что стоимость транзакций зависит от стоимости проверки состояния на L1: если базовый уровень насыщен других видов деятельности, стоимость транзакций в Rollup также увеличивается. Уровни данных и консенсуса — это те, которые определяют безопасность системы как они определяют порядок транзакций, предотвращают атаки и предоставляют данные для подтверждения состояния действительность. Бумажный вклад В этой статье мы изучаем оптимистические и валидные сводные данные, два инновационных метода. решения трилеммы масштабируемости с упором на известные реализации, такие как Optimism Bedrock и StarkNet. Наш вклад включает всестороннее сравнение этих решения, анализ времени вывода средств и обсуждение возможной атаки на Optimism. Коренная порода. Кроме того, мы рассчитываем степень сжатия газа, обеспечиваем оптимизацию для конкретных приложений и представляем преимущества и недостатки отказа от Ethereum. Виртуальная машина (EVM).

Структура бумаги Статья организована следующим образом. В разделе 2 приведены оптимистичные сводные данные. введено путем анализа Optimism коренных пород. В разделе 3 сводные данные о сроках действия представлены анализируем StarkNet. В разделе 4 мы сравниваем два решения. Наконец, в разделе 5 мы рисуем некоторые выводы.

Оптимистичные сводки

1. Оптимистичные сводки Идея оптимистичного принятия вывода блоков без проверки их выполнения уже присутствует в официальном документе Bitcoin [7], где обсуждаются легкие узлы. Эти узлы следуют только цепочку заголовков, проверяя правило консенсуса, что делает их уязвимыми для приема блоков содержащие недействительные транзакции в случае атаки 51%. Накамото предлагает решить эту проблему проблема с использованием системы «оповещения», предупреждающей легкие узлы о том, что блок содержит недопустимые транзакции. Этот механизм впервые был реализован Аль-Бассамом, Соннино и Бутерином [8], в котором возникла ошибка используется система подтверждения, основанная на кодах исправления ошибок [9]. Для того, чтобы обеспечить возможность создания Для проверки ошибок необходимо, чтобы данные всех блоков, включая недействительные, были доступны сеть: это проблема доступности данных, которая решается с использованием вероятностных данных механизм выборки. Первый дизайн Optimistic Rollup был представлен Джоном Адлером и Микера Квинтайн-Коллинз в 2019 году [10], в котором блоки опубликованы на другом blockchain. это определяет их консенсус относительно порядка. 2.1. Optimism Коренная порода Bedrock [11] — это последняя версия Optimism, накопительного пакета смарт-контрактов. Предыдущая версия, Оптимистической виртуальной машине (OVM) требовался специальный компилятор для компиляции Solidity в свою программу. собственный байт-код: напротив, Bedrock полностью эквивалентен EVM в том смысле, что механизм выполнения соответствует спецификации Ethereum Yellow Paper [12]. 2.1.1. Депозиты Пользователи могут вносить транзакции через контракт на Ethereum, портале Optimism, вызывая функцию депозитаTransaction. Когда транзакция выполняется, Выдается событие TransactionDeposited, которое прослушивает каждый узел в накопительном пакете для обработки. депозиты. Депонированная транзакция — это транзакция L2, производная от L1. Если вызывающий абонент функция является контрактом, адрес преобразуется путем добавления к нему постоянного значения: это предотвращает атаки, при которых контракт на L1 имеет тот же адрес, что и контракт на L2, но другой код. Включение в L2 депонированной транзакции обеспечивается спецификацией в рамках секвенирования. окно. Депонированные транзакции — это новый тип транзакции [13], совместимый с EIP-2718, с префиксом 0x7E, где поля в кодировке rlp: • bytes32 sourceHash: hash, который однозначно идентифицирует источник транзакции. • Адрес от: адрес отправителя. • адрес: адрес получателя или нулевой адрес, если депонированная транзакция является создание договора.• uint256 mint: значение, которое будет создано на уровне L2. • Значение uint256: значение, которое будет отправлено получателю. • байтовые данные: входные данные. • байты gasLimit: лимит газа транзакции. SourceHash вычисляется как keccak256 hash блока L1 hash и журнала L1. индекс, однозначно идентифицирующий событие в блоке. Поскольку депонированные транзакции инициируются на L1, но выполняются на L2, системе требуется механизм оплаты на L1 газа, потраченного на L2. Одним из решений является отправка ETH через Портал. но это подразумевает, что каждый вызывающий абонент (даже косвенный вызывающий абонент) должен быть помечен как подлежащий оплате, и это невозможно для многих существующих проектов. Альтернативой является сжигание соответствующего газа на L1. Газ 𝑔, выделяемый для депозитной транзакции, называется гарантированным газом. Цена на газ L2 на L1 не синхронизируется автоматически, но оценивается с использованием механизма, аналогичного EIP-1559. [14]. Максимальное гарантированное количество газа на блок Ethereum составляет 8 миллионов, с целью из 2 миллионов. Количество 𝑐ETH, необходимое для оплаты газа на L2, равно 𝑐= 𝑔𝑏L2, где 𝑏L2 — это базовая плата за L2. Контракт на L1 сжигает количество газа, равное 𝑐/𝑏L2. Газ, потраченный на звонок депозитная транзакция возмещается на L2: если эта сумма превышает гарантированный газ, газ не горит. Первая транзакция блока rollup — это транзакция с депонированием атрибутов L1, используемая для регистрации на L2 предварительно разверните атрибуты блоков Ethereum. Атрибуты, которые дает предварительное развертывание доступом являются номер блока, временная метка, базовая плата, блок hash и последовательность номер, который является номером блока L2 относительно связанного блока L1 (также называемого эпохой); это число сбрасывается при начале новой эпохи. 2.1.2. Секвенирование Узлы объединения полностью наследуют цепочку Optimism от Ethereum. Эта цепочка расширена каждый раз новые транзакции публикуются на L1, и его блоки каждый раз реорганизуются Блоки Ethereum реорганизованы. Накопительный пакет blockchain разделен на эпохи. Для каждого 𝑛 номер блока Ethereum, существует соответствующая 𝑛эпоха. Каждая эпоха содержит по крайней мере один блок, и каждый блок в эпоху содержит транзакцию депонирования атрибутов L1. Первый блок в эпоху содержит все транзакции, проведенные через Портал. Блоки Layer 2 также могут содержали секвенированные транзакции, т.е. транзакции, отправленные непосредственно в секвенсор. Sequencer принимает транзакции от пользователей и строит блоки. Для каждого блока строится пакет будет опубликован Ethereum. Несколько пакетов могут быть опубликованы в сжатом виде, взяв название канала. Канал можно разделить на несколько кадров, если он слишком велик для одна транзакция. Канал определяется как сжатие с помощью ZLIB [15] файлов, закодированных в rlp. партии. Полями пакета являются номер эпохи, эпоха hash, родительская hash, временная метка и список транзакций. Окно секвенирования, идентифицируемое эпохой, содержит фиксированное количество 𝑤 последовательных L1. блоки, которые на этапе деривации используются в качестве входных данных для создания переменного числа блоков L2. Для эпоха 𝑛, окно последовательности 𝑛 включает блоки [𝑛, 𝑛+𝑤). Это означает, что упорядочение Количество транзакций и блоков L2 в окне последовательности не фиксируется до тех пор, пока окно не завершится. Транзакция rollup называется безопасной, если содержащий ее пакет был подтвержден на L1. Рамкисчитываются из блоков L1 для восстановления пакетов. Текущая реализация не позволяет распаковка канала начнется до тех пор, пока не будут получены все соответствующие кадры. Недействительный пакеты игнорируются. Отдельные блочные транзакции получаются из пакетов, которые используется механизмом выполнения для применения переходов между состояниями и получения состояния Rollup. 2.1.3. Вывод средств Для обработки вывода средств реализована система обмена сообщениями L2-L1. Ethereum необходимо знать состояние L2, чтобы принять вывод средств, и это делается путем публикации на выходе L2 Oracle smart contract на L1 - корень состояния каждого блока L2. Эти корни оптимистично принимаются как действительные (или завершенные), если в течение период спора. Только адреса, обозначенные как Предлагающие, могут публиковать выходные корни. Срок действия выходных корней стимулируется тем, что предлагающие вносят ставку, которая сокращается, если они показано, что он предложил неверный корень. Транзакции инициируются вызовом функции инициироватьВывод средств при предварительном развертывании на уровне L2, а затем завершать на уровне L1, вызывая функцию FinalizeWithdrawalTransaction на ранее упомянутом портале Optimism. Выходной корень, соответствующий блоку L2, получается из выходного оракула L2; это проверил, что он завершен, т. е. период диспута прошел; проверено, что Выход Root Proof соответствует Oracle Proof; подтверждено, что hash вывода включен в нем с использованием Доказательства вывода средств; что вывод еще не завершен; а затем выполняется вызов на целевой адрес с указанным лимитом газа, количеством эфира и данными. 2.1.4. Cannon: надежная система Если объединенный полный узел, локально выполняя пакеты и депонированные транзакции, обнаруживает, что состояние Layer 2 не соответствует корню состояния, опубликованному в цепочке Предлагающим, оно может быть выполнено доказательство неисправности на L1, чтобы доказать, что результат перехода к кадру неверен. Из-за накладные расходы, обработка всего блока Rollup на L1 слишком дорога. Решение реализовано от Bedrock — выполнить по цепочке только первую инструкцию несогласия минигетов, компиляция его в архитектуру MIPS, которая выполняется на интерпретаторе цепочки и публикуется на Л1. minigeth — это упрощенная версия geth 1, в которой консенсус, RPC и база данных были удалены. Для нахождения первой инструкции несогласия проводится интерактивный бинарный поиск между тот, кто инициировал проверку неисправности, и тот, кто опубликовал корень вывода. Когда доказательство начинается, обе стороны публикуют корень состояния памяти MIPS в середине выполнения блок в контракте Challenge: если hash совпадает, это означает, что обе стороны согласны на первая половина выполнения, таким образом публикуя корень половины второй половины, в противном случае половина первой половины публикуется и так далее. Таким образом достигается первая инструкция несогласия. за логарифмическое количество шагов по сравнению с исходным выполнением. Если один из двух останавливается взаимодействуя, по окончании периода спора автоматически побеждает другой участник. Для обработки инструкции интерпретатору MIPS необходим доступ к ее памяти: поскольку корень доступны, необходимые ячейки памяти можно опубликовать, доказав их включение. Чтобы получить доступ состояние EVM, используется Oracle Preimage: учитывая hash блока, который он возвращает 1https://geth.ethereum.org/docs

заголовок блока, из которого можно получить hash предыдущего блока и вернуться в цепочку или получить hash состояния и журналы, из которых можно получить прообраз. oracle реализуется minigeth и заменяет базу данных. Запросы выполняются к другим узлам для получить прообразы.

Сводные данные о сроке действия

1. Сводные данные о сроках действия Целью валидного накопительного пакета является криптографическое доказательство достоверности перехода состояний. учитывая последовательность транзакций с коротким доказательством, которое можно проверить сублинейным сравнением ко времени первоначальных вычислений. Сертификаты такого типа называются доказательствами вычислительной целостности и практически реализуются с помощью SNARK (краткий неинтерактивный аргумент знаний), в которых используются арифметические действия. схемы в качестве их вычислительной модели. Различные реализации SNARK отличаются временем проверки, время проверки, необходимость доверенной установки и квантовое сопротивление [16, 17]. STARK (Масштабируемые Прозрачный аргумент знаний) [18] — это тип SNARK, не требующий доверенного настройки и являются квантово-устойчивыми, но при этом теряют некоторую эффективность при доказательстве и проверке. по сравнению с другими решениями. 3.1. StarkNet StarkNet — это накопительный пакет действительности смарт-контракта, разработанный StarkWare, который использует STARK система доказательства для подтверждения своего состояния до Ethereum. Чтобы облегчить построение доказательств достоверности, используется виртуальная машина, отличная от EVM, языком высокого уровня которой является Cairo. 3.1.1. Депозиты Пользователи могут вносить транзакции через контракт на Ethereum, вызвав sendMessageToL2. функция. Сообщение записывается путем вычисления его hash и увеличения счетчика. Секвенсоры прослушивайте событие LogMessageToL2 и кодируйте информацию в транзакции StarkNet который вызывает функцию контракта, имеющую декоратор l1_handler. В конце исполнения, когда создается доказательство перехода состояния, к нему прилагается потребление сообщения и он удаляется путем уменьшения его счетчика. Спецификация StarkNet не требует включения депонированных транзакций, поэтому газ рынок необходим, чтобы стимулировать секвенаторов публиковать их на L2. В текущей версии, поскольку Секвенсер централизован и управляется StarkWare, стоимость депонируемых транзакций определяется только стоимостью исполнения депозита. Эта стоимость оплачивается путем отправки ETH на sendMessageToL2. Эти эфиры остаются заблокированными на L1 и передаются в секвенсор L1, когда депонированная транзакция включена в переход состояния. Сумма отправленных ETH, если внесенная транзакция включена, расходуется полностью, независимо от количества потребленного газа на Л2. StarkNet не имеет системы, которая автоматически делает атрибуты блока L1 доступными. Альтернативно, Fossil — это протокол, разработанный Oiler Network 2, который позволяет при наличии hash блок, любая информация, которую можно получить от Ethereum путем публикации прообразов. 2https://www.oiler.network/3.1.2. Секвенирование Текущее состояние StarkNet может быть полностью получено из Ethereum. Любая государственная разница между переходами публикуется на L1 как данные вызова. Различия публикуются для каждого контракта и сохраняются как uint256[] со следующей кодировкой: • Количество полей, касающихся развертывания контрактов. • Для каждого опубликованного контракта: – Адрес опубликованного контракта. – hash опубликованного контракта. – Количество аргументов конструктора контракта. – Список аргументов конструктора • Номер контракта, хранилище которого было изменено. • Для каждого измененного контракта: – Адрес измененного контракта. – Количество обновлений хранилища. – Пары ключ-значение адресов хранения с новыми значениями. Государственные различия публикуются по порядку, поэтому достаточно прочитать их последовательно, чтобы реконструировать государство. 3.1.3. Вывод средств Чтобы отправить сообщение с L2 на L1, используется системный вызов send_message_to_L1. Сообщение опубликовано в L1 путем увеличения счетчика hash вместе с доказательством и завершено путем вызова метода функция ConsumerMessageFromL2 на StarkGate smart contract на L1, которая уменьшает счетчик. Любой может завершить вывод средств. 3.1.4. Доказательства действительности Виртуальная машина Cairo [19] предназначена для облегчения построения доказательств STARK. Язык Cairo позволяет описывать вычисления с помощью высокоуровневого программирования. языке, а не непосредственно как цепь. Это осуществляется с помощью системы полиномиальных уравнений 3 представляет одно вычисление: цикл FDE архитектуры фон Неймана. Число Таким образом, количество ограничений фиксировано и независимо от типа вычислений, что позволяет использовать только одно Программа-верификатор для каждой программы, вычисления которой необходимо доказать. StarkNet объединяет несколько транзакций в одно доказательство STARK с использованием общего доказательства. по имени ШАРП. Доказательства отправляются на smart contract Ethereum, который подтверждает их достоверность. и обновляет корень Меркла, соответствующий новому состоянию. Сублинейная стоимость проверки Доказательство действительности позволяет амортизировать его стоимость в рамках нескольких транзакций.
2. называется алгебраическим промежуточным представлением (AIR).

Сравнение

1. Сравнение 4.1. Время вывода Наиболее важным аспектом, который отличает оптимистические сводные данные от сводных данных по достоверности, является время, которое проходит между инициализацией вывода средств и его завершением. В обоих случаях Вывод средств инициализируется на L2 и завершается на L1. На StarkNet финализация возможна как как только подтверждение достоверности нового корня состояния будет принято Ethereum: теоретически это возможен вывод средств в первом блоке L1 после инициализации. На практике частота отправки доказательств достоверности на Ethereum — это компромисс между скоростью блока доработка и агрегирование доказательств. В настоящее время StarkNet предоставляет доказательства действительности для проверки. каждые 10 часов 4, но предполагается, что оно будет уменьшаться по мере увеличения активности транзакций. На Optimism Bedrock завершить вывод можно только по окончании диспута. период (на данный момент 7 дней), по истечении которого рут автоматически считается действительным. Длина этот период главным образом определяется тем фактом, что доказательства ошибок могут подвергаться цензуре Ethereum до тех пор, пока его конец. Вероятность успеха этого типа атаки уменьшается экспоненциально с увеличением времени: E[вычтенное значение] = 𝑉𝑝𝑛 где 𝑛 — количество блоков в интервале, 𝑉 — сумма средств, которую можно вычесть опубликовав недействительный корень, и 𝑝это вероятность успешного выполнения цензуры атаковать одним блоком. Предположим, что эта вероятность составляет 99%, что значение, зафиксированное в сводном списке, составляет один миллион эфиров, а блоков в интервале — 1800 (6 часов блоков по 12 интервал секунд): ожидаемое значение составляет около 0,01391 эфира. Система защищена благодаря просить предлагающих поставить на ставку гораздо большее количество эфира, чем ожидаемое значение. Винзер и др. показал, как осуществить цензурную атаку с помощью простого smart contract это гарантирует, что определенные области памяти в состоянии не изменятся [20]. Моделирование атаки как марковская игра, в статье показано, что цензура является доминирующей стратегией рационального производитель блока, если он получит больше компенсации, чем включая транзакцию, которая меняет память. Обсуждаемое выше значение 𝑝 можно рассматривать как процент рационального блока. производителей в сети, где «рационально» не учитывается возможное наказание внешние эффекты, такие как меньшее доверие к blockchain, что снижает его ценность в криптовалюте. Следующий код представляет smart contract, который можно использовать для проведения цензурной атаки. на Бедроке. Атака использует стимулы производителей блоков, предлагая им взятку. подвергать цензуре транзакции, которые изменят определенные части государства. Основной контракт Функция ClaimBribe позволяет производителям блоков требовать взятку, если они успешно подвергают цензуре целевую транзакцию, проверив, что недействительный выходной корень не затронут. функция претензииBribe (байты памяти StorageProof) внешний { require(!claimed[block.number], "взятка уже заявлена"); Текущий объем памяти OutputProposal = StorageOracle.getStorage(L2_ORACLE, block.number, SLOT, хранилищеДоказательство); require(invalidOutputRoot == current.outputRoot, «атака не удалась»); заявлено [блок.номер] = правда; (bool отправлено, ) =block.coinbase.call{значение: bribeAmount}(""); 4https://etherscan.io/address/0xc662c410c0ecf747543f5ba90660f6abebd9c8c4require(sent, «не удалось отправить эфир»); } Листинг 1: Пример контракта, стимулирующего цензурную атаку на Bedrock. Продолжительность периода спора также должна учитывать тот факт, что доказательство вины интерактивное доказательство, поэтому участникам необходимо предоставить достаточно времени для взаимодействия и что любое взаимодействие может подвергаться цензуре. Если последний ход происходит в момент, очень близкий к В конце периода спора стоимость цензуры значительно меньше. Хотя цензура – это доминирующей стратегии, вероятность успеха ниже, поскольку узлы цензуры уязвимы для Атаки типа «отказ в обслуживании»: злоумышленник может генерировать очень сложные транзакции, которые заканчиваются публикация доказательства неисправности осуществляется бесплатно, поскольку никакие сборы не взимаются. В крайних случаях длительный период спора позволяет скоординировать действия в случае успешного решения спора. цензурная атака для организации форка и исключения атакующих производителей блоков. Другой Возможная атака состоит в публикации большего количества предложений по созданию корней штата, чем могут проверить участники спора, чего можно избежать, используя ограничение частоты. 4.1.1. Быстрый оптимистичный вывод средств Поскольку достоверность оптимистического накопительного пакета может быть проверена в любое время любым полным узлом, доверенный oracle можно использовать, чтобы узнать на L1, можно ли безопасно завершить вывод средств. Это Механизм был впервые предложен Создателем [21]: oracle проверяет вывод средств, публикует результат на L1, по которому пользователю назначается процентный кредит, который автоматически закрывается по истечении 7 дней, т. е. когда вывод действительно может быть завершен. Это решение вводит предположение о доверии, но в случае Maker оно сведено к минимуму, поскольку оператор oracle управляется той же организацией, которая принимает на себя риск, предоставляя кредит. 4.2. Транзакционные издержки Стоимость транзакций L2 в основном определяется взаимодействием с L1. В обоих решениях Вычислительная стоимость транзакций очень низкая, поскольку они выполняются полностью вне сети. Optimism публикует данные вызовов транзакций L2 как данные вызовов и редко (или никогда) выполняет ошибку доказательства, поэтому данные вызова — самый дорогой ресурс. 12 января 2022 года сеть Bedrock был запущен в тестовой сети Goerli Ethereum. Можно рассчитать степень сжатия газа отслеживая количество газа, использованного на Bedrock за определенный период, и сравнивая его с количество газа, потраченного на L1 для соответствующих блоков. С помощью этого метода происходит сжатие газа. Обнаружена скорость ~20:1, но эта цифра может отличаться в зависимости от реальной активности в основной сети. StarkNet публикует на Ethereum каждое изменение состояния L2 в виде данных вызова, поэтому хранилище самый дорогой ресурс. Поскольку сеть не использует EVM, стоимость транзакции сжатие не может быть тривиально оценено. Предполагая, что стоимость выполнения и данные вызова равны быть незначительным, можно вычислить степень сжатия записи в хранилище по сравнению с Л1. Предполагая, что контракт не развернут и 10 ячеек, к которым ранее не осуществлялся доступ на StarkNet, после модификации получена степень сжатия стоимости записи в хранилище ~24:1. Если ячейка перезаписана 𝑛раз между публикациями данных стоимость каждой записи будет равна 1/𝑛по сравнению со стоимостью одной записи, поскольку публикуется только последняя запись. Затраты можно дополнительно минимизировать за счетсжатие часто используемых значений. Стоимость проверки подтверждения действительности делится между транзакции, к которым он относится: например, блок StarkNet 4779 содержит 200 транзакций и его Доказательство действительности потребляет 267830 единиц газа или 1339,15 газа на каждую транзакцию. 4.2.1. Оптимизация данных вызова: контракт кэша Ниже представлен smart contract, который реализует кэш адресов для часто используемых адреса, воспользовавшись тем фактом, что хранение и выполнение обходятся гораздо дешевле. ресурсы вместе с контрактом друзей, который демонстрирует их использование. Последний отслеживает «друзья» адреса, которые можно зарегистрировать, вызвав функцию addFriend. Если адрес уже использовался хотя бы один раз, его можно добавить, вызвав метод addFriendWithCache. функция: индексы кэша представляют собой 4-байтовые целые числа, а адреса представлены 20 байтами, поэтому экономия аргумента функции составляет 5:1. Ту же логику можно использовать и для других данных. такие типы, как целые числа или, в более общем случае, байты. контракт AddressCache { отображение (адрес => uint32) общедоступный адрес2ключ; адрес[] открытый ключ2адрес; функция cacheWrite(address _address) внутренний возврат (uint32) { require(key2address.length < type(uint32).max, "AddressCache: кеш заполнен"); require(address2key[_address] == 0, «AddressCache: адрес уже кэширован»); // ключи должны начинаться с 1, потому что 0 означает «не найдено» ключ uint32 = uint32(key2address.length + 1); адрес2ключ[_адрес] = ключ; key2address.push(_адрес); возвратный ключ; } function cacheRead(uint32 _key) возвращает публичное представление (адрес) { require(_key <= key2address.length && _key > 0, «AddressCache: ключ не найден»); вернуть адрес key2[_key - 1]; } } Листинг 2. Контракт кэша адресов. контракт Друзья — это AddressCache { сопоставление (адрес => адрес []) общедоступных друзей; функция addFriend(адрес _friend) public { друзья[msg.sender].push(_friend); кэшWrite (_друг); } функция addFriendWithCache(uint32 _friendKey) public { друзья[msg.sender].push(cacheRead(_friendKey)); } функция getFriends() возвращает публичное представление (адрес [] памяти) { вернуть друзей[msg.sender];} } Листинг 3. Пример контракта, который наследует кэш адресов. Контракт поддерживает в кеше около 4 миллиардов (232) адресов, а добавление одного байта дает около 1 триллиона (240). 4.2.2. Оптимизация хранения: фильтры Блума На StarkNet есть несколько способов минимизировать использование памяти. Если нет необходимости гарантировать доступность исходных данных, тогда достаточно сохранить в цепочке их hash: это это механизм, используемый для сохранения данных для ERC-721 (NFT) [22], т. е. канала IPFS, который разрешает hash данных, если они доступны. Для данных, которые сохраняются несколько раз, можно использовать поиск. таблица, аналогичная системе кэширования, представленной для Optimism, требующая сохранения всех значений по адресу хотя бы один раз. В некоторых приложениях сохранения всех значений можно избежать, используя фильтр Блума. [23, 24, 25], т.е. вероятностная структура данных, позволяющая с уверенностью знать, элемент не принадлежит множеству, но допускает небольшую, но не пренебрегаемую вероятность ложного результата. позитивы. Фильтр Блума инициализируется как массив 𝑚битов с нулевым значением. Чтобы добавить элемент, используйте функцию 𝑘hash. с равномерным случайным распределением, каждый из которых соответствует биту установленного массива до 1. Чтобы проверить, принадлежит ли элемент множеству, мы запускаем функции 𝑘hash и проверяем что биты 𝑘 установлены в 1. В простом фильтре Блума нет способа отличить элемент на самом деле принадлежит множеству или является ложноположительным, вероятность, которая растет с увеличением числа записей увеличивается. После вставки 𝑛elements: P[ложное срабатывание] = (︃ 1 — [︂ 1-1 𝑚 ]︂𝑘𝑛)︃𝑘 ≈ (︁ 1 −𝑒−𝑘𝑛/𝑚)︁𝑘 предполагая независимость вероятности каждого набора битов. Если 𝑛элементы (произвольного размера!) ожидается, что он будет включен, и вероятность ложного положительного результата равна 𝑝, размер массива можно рассчитать как: 𝑚= −𝑛ln 𝑝 (пер. 2)2 А оптимальное количество функций hash составляет: 𝑘= 𝑚 𝑛ln 2 Если предположить вставку 1000 элементов с допуском 1%, размер массива составит 9585 бит. с 𝑘= 6, а при допуске 0,1% оно становится 14377 бит с 𝑘= 9. Если миллион элементов будут вставлены, размер массива составит около 1170 КБ для 1% и 1775 КБ для 0,1%, с теми же значениями 𝑘, поскольку это зависит только от 𝑝[26]. В игре, где игроки не должны быть назначены противнику, которому они уже бросили вызов, вместо сохранения в хранилище для каждого игрока списка прошлых противников можно использовать Bloom фильтр. Риск не бросить вызов некоторым игрокам часто приемлем, и фильтр можно сбросить. периодически.4.3. Ethereum совместимость Основным преимуществом совместимости с EVM и Ethereum является повторное использование всех доступных инструменты. Ethereum smart contract могут быть опубликованы на Optimism без каких-либо изменений или новые проверки. Кошельки остаются совместимыми, инструменты разработки и статического анализа, общий анализ инструменты, инструменты индексирования и oracles. Ethereum и Solidity имеют долгую историю хорошо изученных уязвимости, такие как повторные атаки, переполнение и недостаточное переполнение, быстрые кредиты и oracle манипуляции. Благодаря этому Optimism смог за короткое время получить большую сумму денег. время. Выбор использования другой виртуальной машины подразумевает необходимость перестройки всей экосистемы. с преимуществом большей свободы реализации. StarkNet изначально реализует учетную запись абстракция, представляющая собой механизм, посредством которого каждая учетная запись представляет собой smart contract, который может реализовать произвольная логика, если она соответствует интерфейсу (отсюда и термин абстракция): это позволяет использование различных схем ЭЦП, возможность изменения закрытого ключа с помощью тот же адрес или используйте мультиподпись. Сообщество Ethereum предложило ввести это механизм с EIP-2938 в 2020 году, но предложение оставалось неактуальным уже более года, поскольку другим обновлениям присвоен больший приоритет [27]. Еще одним важным преимуществом совместимости является повторное использование существующих клиентов: Optimism. использует версию geth для своего собственного узла с разницей всего в ~800 строк, что было разрабатывается, тестируется и поддерживается с 2014 года. Наличие надежного клиента имеет решающее значение, поскольку оно определяет что считается действительным или нет в сети. Ошибка в реализации доказательства неисправности система может привести к тому, что неправильное доказательство будет принято за правильное, а правильное доказательство будет принято за недействительное. блок будет принят как неправильный, ставящий под угрозу систему. Вероятность такого типа Атака может быть ограничена за счет более широкого разнообразия клиентов: Optimism можно повторно использовать в дополнение к получению другие клиенты Ethereum уже поддерживаются, а разработка еще одного клиента на базе Erigon уже идет. В 2016 году проблема с управлением памятью geth была использована для DoS-атака и первая линия защиты заключались в том, чтобы рекомендовать использование четности, второй по значимости используемый клиент на тот момент 5. StarkNet сталкивается с той же проблемой с доказательствами достоверности, но клиенты приходится писать с нуля, а система доказательства гораздо сложнее, и, следовательно, также гораздо сложнее обеспечить правильность.

Заключение

1. Заключение Накопительные пакеты — наиболее многообещающее решение, доступное сегодня для решения проблемы масштабируемости в децентрализованные blockchain, прокладывающие путь к эпохе модульных blockchain в отличие от монолитный blockchainс. В основном показан выбор между разработкой оптимистического сводного отчета или сводного отчета по достоверности. как компромисс между сложностью и гибкостью. StarkNet имеет множество преимуществ, таких как быстрая вывод средств, структурная неспособность иметь недействительные переходы между состояниями, более низкие транзакционные издержки на за счет более длительного периода разработки и несовместимости с EVM, тогда как Optimism имеет использовали сетевую экономику, чтобы быстро завоевать значительную долю рынка. Однако Optimism Bedrock имеет модульную конструкцию, которая позволяет ему стать действительным. 5https://blog.ethereum.org/2016/09/22/ethereum-network-currently-undergoing-dos-attack

Обновление в будущем: Cannon в настоящее время использует minigeth, скомпилированный в MIPS, для защиты от ошибок. система, но ту же самую архитектуру можно использовать для получения схемы и доказательства достоверности. Компиляция сложной машины, такой как EVM, для микроархитектуры приводит к более простому результату. схема, которую не нужно дорабатывать и перепроверять в случае модернизации. RISC Zero — это проверяемая микроархитектура с уже разрабатываемыми доказательствами STARK на основе RISC-V, которая может использоваться для этой цели как альтернатива MIPS [28]. Одним из аспектов, который не следует недооценивать, является сложность понимания того, как технология работает. Сильная сторона традиционных blockchain заключается в возможности проверять состояние blockchain, не доверяя какой-либо третьей стороне. Однако в случае StarkNet это необходимо доверять реализации, когда нет возможности проверить различные компоненты основанный на криптографии и высшей математике. Первоначально это может создать трения для внедрение технологии, но по мере развития инструментов и использования доказательств целостности даже за пределами поля blockchain эта проблема, надеюсь, будет решена.