ARB:金色觀察｜簡析Arbitrum Rollup虛擬機的設計原理

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。

金色午報 | 2月8日午間重要動態一覽:7:00-12:00關鍵詞：CFTC、速匯金、David Pike、BB、Athena

1. CFTC技術咨詢委員會2月會議議程包含穩定幣和加密貨幣自律組織演講。

2. 美國當局指控與OneCoin騙局有關的David Pike參與合謀實施銀行欺詐。

3. 速匯金在全球五個支付通道使用Ripple跨境支付解決方案ODL。

4. 玳鴿區塊鏈獲上市公司中裝建設千萬元級融資。

5. 2014年7月至今，已有5700個項目通過ICO籌集逾270億美元。

6. BB：所有公共區塊鏈均由多數投票控制，DPoS更加去中心化。

7. 比特幣ATM提供商Athena：哥倫比亞的委內瑞拉人是ATM的最大用戶。

8. BTC現報9738美元，近24小時下跌0.51%，市值為1772.03億美元。[2020/2/8]

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。

行情 | 金色熱搜榜：BTC搜索度重回第一:根據金色財經獨家數據顯示，在過去24小時內，BTC的搜索量再次回到第一。具體前十名單如下：BTC、EOS、ETH、ADA、ONT、QTUM、PAI、DASH、ETC、BCH。[2018/8/2]

執行與證明

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。

金色財經現場報道 Ryan Zurrer：2018年是區塊鏈、數字貨幣行業進行整頓的一年:在2018年世界數字資產峰會（WDAS）暨FBG年會上，來自Polychain公司的Ryan Zurrer表示，由于行業會建立不同級別的信任，不同級別的信任會存在套利的空間，這時候我們需要有更長遠的思考，技術執行想要形成保護者的策略需要有長遠設計，更需要監管的加入。如果沒有監管，區塊鏈、數字貨幣的發展速度就不會有這么快，可以說，2018年是區塊鏈、數字貨幣行業進行整頓的一年。[2018/5/2]

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（至少包括所有匯總協議）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（“元組”）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（當不需要證明時），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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