BIT: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。

金色晚報 | 5月9日晚間重要動態一覽:12:00-21:00關鍵詞：CME、馬云、四川政府、V神、3iQ

1. CME比特幣期貨未平倉頭寸逼近5億美元連續創下新高。

2. 四川政府工作報告：四川將搶占區塊鏈等產業高地。

3. 貴州出臺意見 擬打造2至3個區塊鏈產業基地。

4. 馬云：相信區塊鏈技術正在解決保護知識產權的問題。

5.《2019年度上海金融檢察白皮書》：“虛擬貨幣”雖具有財產屬性，但不具備貨幣的法律地位。

6. 3iQ：已完成比特幣基金A類、F類份額發行，總價值約4800萬美元。

7. V神：以太坊或會成為央行數字貨幣CBDC的無許可平臺。

8. Willy Woo：減半將使交易所成為最大的比特幣凈賣家。

9. 數據：ETH/BTC隱含波動率差正迅速收窄。[2020/5/9]

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。

金色晨訊 | 1月5日隔夜重要動態一覽:21:00-7:00關鍵詞：婁底政協委員、北美、黑客、芝商所、Telegram

1.婁底市政協委員聶東平：加快建立區塊鏈產業風險防控體系。

2.“比特幣”搜索熱度區域排名南非躍居第一。

3.2019年北美的加密貨幣和區塊鏈投資最多。

4.Matt Odell：缺乏金融隱私是比特幣最大的漏洞。

5.Upbit黑客錢包地址再轉出3000枚ETH。

6.芝加哥商品交易所2020年3月BTC合約的期貨溢價有所下降。

7.Lisa Neigut：Libra的引入可能會使人們避免使用信用卡付款。

8.Telegram代表律師：SEC要求其提交ICO相關數據是“釣魚行動”。

9.比特幣日內窄幅震蕩，最高漲至7400美元，最低跌至7270.88美元。[2020/1/5]

執行與證明

分析 | 金色盤面：BTC/USD短線上漲走勢明顯:金色盤面綜合分析：BTC/USD在1小時K線圖上，維持在通道內向上運行，建議晚間繼續關注其向上的力度。[2018/8/24]

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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