Arbitrum Optimistic Rollup机制

1.Layer2: Optimistic Rollup 概述

1.1.整体架构

1.2.乐观汇总的核心特点

乐观假设机制：

默认假设所有交易都是有效的
不在链上进行即时验证，显著降低验证成本
采用挑战期机制确保安全性

1.3.交易处理流程

1.4.挑战期（Challenge Period）设计

固定时长：6.4 天（约一周）

支持多个挑战并行处理

使用欺诈证明机制

具有自动超时机制

2.验证层架构

3.核心组件实现

3.1.ArbOS - Arbitrum 操作系统

type ArbosState struct { arbosVersion uint64 upgradeVersion storage.StorageBackedUint64 networkFeeAccount storage.StorageBackedAddress l1PricingState *l1pricing.L1PricingState l2PricingState *l2pricing.L2PricingState }

核心功能：

交易处理和验证
状态管理和更新
安全保障
版本控制和升级
定价机制
可重试交易支持
地址管理
存储系统

3.2.序列器（Sequencer）实现

type RedisCoordinator struct { Client redis.UniversalClient sentinelMaster string }

特点：

Redis 协调序列器选择
单一主序列器负责出块
其他序列器作为备份

3.3. validator - Validation Layer

验证所有交易的执行结果

监控链上状态变化

对可疑的状态变更提出挑战

参与争议解决流程

维护网络安全

3.4. staker - 质押机制实现

在L1进行质押

挑战和惩罚机制

挑战代码：staker/execution_challenge_bakend.go

验证代码：staker/BlockValidator.go

Arbitrum DAO 合约代码库:

https://github.com/ArbitrumFoundation/governance

3.5. daprovider - 数据可用性提供者

Redis 适合分布式场景

S3 云存储：可用性解决方案

Google Cloud 存储：可用性解决方案

LevelDB/PebbleDB 适合持久化存储

3.6. 消息广播系统

type Broadcaster struct { ws *wsbroadcastserver.WSBroadcastServer }

基于 WebSocket 的实时通信：

Sequencer 作为广播服务器
验证者和全节点作为客户端

3.7. arbnode - 节点服务

equencer：序列器：选择与协调:中心化角色

redis协调序列器，选择主序列器

使用 Redis 的分布式锁机制确保同一时间只有一个主序列器

排序打包

通过锁定机制选择主序列器

主序列器负责产生新块和打包交易

其他序列器作为备份,在主序列器故障时接管

序列化消息

负责交易的排序和打包

维护交易的执行顺序

生成批次(Batch)

3.8. arbitrator - 仲裁系统

仲裁系统主要负责：

状态验证：

验证交易执行结果
验证状态转换
处理争议情况

欺诈证明生成：

生成状态证明
验证状态证明
处理挑战响应

4.出块流程详解

4.1. 区块生成者选择

type L1Info struct { poster common.Address // 序列器地址 l1BlockNumber uint64 // L1区块号 l1Timestamp uint64 // L1时间戳 }

序列器选择机制：

Redis 协调器管理：

type RedisCoordinator struct { Client redis.UniversalClient sentinelMaster string // Redis主节点 quorumSize uint64 // 所需法定人数 }

优先级管理：

const ( PRIORITIES_KEY string = "coordinator.priorities" // 序列器优先级列表 WANTS_LOCKOUT_KEY_PREFIX string = "coordinator.liveliness." // 活跃性检查 )

4.2. 交易处理和区块创建

无投票共识：

中心化序列器直接决定
不需要多节点投票
大幅提高效率

func ProduceBlockAdvanced( message *arbostypes.L1IncomingMessage, delayedMessagesRead uint64, lastBlockHeader *types.Header, statedb *state.StateDB, ) (*types.Block, types.Receipts, error) { // 1. 立即处理新交易 txes, err := ParseL2Transactions(message, chainConfig.ChainID) // 2. 快速创建区块 header := createNewHeader(lastBlockHeader, l1Info, arbState, chainConfig) // 3. 无需等待验证 block := types.NewBlock(header, txes, receipts) }

4.3. 区块广播机制

type Broadcaster struct { ws *wsbroadcastserver.WSBroadcastServer } func (b *Broadcaster) BroadcastBlock(block *types.Block) error { // 通过WebSocket实时广播 return b.ws.Broadcast(block) }

4.4. 区块确认和永久存储

func FinalizeBlock( block *types.Block, statedb *state.StateDB, ) error { // 1. 更新状态 if err := statedb.Commit(block.NumberU64()); err != nil { return err } // 2. 永久存储 if err := WriteBlockWithState(block, receipts, statedb); err != nil { return err } }

4.5. 挑战期机制：

6.4天观察期

允许任何验证者挑战

确保安全性

挑战期的特点:

只在有争议时才进行验证

一旦挑战开始,需要在挑战期内完成

支持多个挑战并行处理

使用欺诈证明机制

有自动超时机制

挑战期结束后:

如果没有挑战,状态被确认

如果有挑战且证明成功,错误状态被拒绝

不是真正回滚L1的状态，而是把那些交易回滚，然后重新打包到L1

恶意挑战者的质押会被没收

正确的验证者可以获得奖励

5.去中心化程度

5.1. 排序层：相对中心化

使用中心化序列器

Redis 协调机制

5.2. 验证层：去中心化

任何人都可以成为验证者

只需一个诚实验证者即可保证安全

5.3. 数据存储：去中心化

所有数据最终存储在以太坊

支持完整数据恢复

6.数据可恢复性

完整数据保存：

所有批次数据存储在以太坊
包含完整状态变更信息

压缩存储：

使用高效压缩算法
优化存储成本

7.高性能原因总结

7.1.乐观执行机制