Plasma的OVM-2層的正確構造方法

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自於將L2重新定義為以太坊之上的“樂觀”分叉選擇規則。形式化大量借鑑了CBC Casper的研究,並將2層描述為1層共識的直接延伸。這意味著在單一理論和虛擬機器:OVM下可能統一所有“2層可伸縮性”的結構(閃電,plasma等)。介紹OVM的語言簡述如何使用通用爭議合約端到端地編譯一類L2應用程式。第1部分:使用統一語言描述L2第1層(L1)為我們提供了一個值得信賴但價格昂貴的虛擬機器(VM)。第2層提供了一個有效而昂貴的L1 VM的介面 - 而不是直接更新L1狀態的事務,我們使用離線資料來保證L1狀態會發生什麼。我們稱此保證為“樂觀的決定”。做出樂觀決策的三個步驟:
1、看看L1,找出未來可能發生的事情。2、檢視鏈外訊息以及它們保證在L1中使用的內容。3、基於這些保證,限制我們對未來L1狀態的期望。我們將此過程描述為OVM狀態轉換函式的一部分。然而,首先讓我們透過一些關鍵概念來構建“限制對未來L1狀態的期望”的想法。

概念1:以太坊期貨圓錐體


可以想象未來的以太坊狀態是一個無限的擴充套件,其中包含了區塊鏈可能發生的一切。每個可以簽署的交易,都可能慧被駭客攻擊的DAO。為了避免陳詞濫調,這篇文章不會提到“量子”這個詞。然而,即使面對無限期貨,我們仍然可以根據以太坊虛擬機器的規則限制未來的可能。例如,在EVM中,如果5 ETH被燒掉到地址0x000…,我們知道所有未來的以太坊模組仍將燒掉5 ETH。這與CBC未來的協議狀態類似(Barnab_Monnot在這裡提供了很好的例子!)。我們可以將逐漸限制可能的未來的過程視覺化為一個無限大的“錐形”可能性,每當我們挖掘並最終確定一個新區塊時,這些可能性就會縮小。

注意,在L1中對可能的未來狀態的所有限制都是透過挖掘並形成關於(最終確定)新塊的共識來完成的 - 這個過程在EVM內產生不可逆的狀態轉換。

概念2:本地資訊

L2利用本地資訊(例如鏈下訊息)擴充套件共識協議。 例如帶符號的通道更新,或plasma區塊的包含證明。

OVM使用這些本地資訊做出樂觀的決策——我們稱新決策為OVM狀態轉換。但首先OVM必須定義其用於衍生未來以太坊狀態的假設。

概念3:本地假設

OVM程式定義了基於本地資訊確定乙太網狀態可能的假設。這可以表示為函式satisfies_assumptions(guess,ethereum_state,local_information)=> true / false。如果satisfies_assumptions(...)返回true,那麼ethereum_state可以基於這些特定的假設和我們的local_information。

在許多L2解決方案中,這採取“爭議活躍假設”的形式。例如,通道中的參與者假設他們將對任何惡意撤回提出異議。因此,對於包含惡意、無可爭議的退出的任何以太坊狀態,我們都會返回false。

概念4:樂觀決策

隨著我們本地的假設消除了未來的不可能性,我們最終可能會對未來做出“樂觀的決定”。以下是支付通道中常見的樂觀決策:

樂觀地決定餘額(上面定義了我們的三步流程):

1、檢視L1並確定Alice與Bob在付款通道中。
2、檢視離線訊息確定:a)Alice擁有最高簽名的nonce,傳送她的5個ETH; b)Alice可以在爭議期後撤回其5個ETH; c)Alice可以根據她的“爭議活躍假設”回覆任何無效的提款。
3、將我們對未來L1狀態的期望限制為僅向Alice傳送了5個ETH的狀態。

Alice現在樂觀地決定,在以太坊的所有未來狀態中,她最終將擁有至少5個以太坊幣。而無需啟動鏈上交易!

概念5:樂觀的期貨圓錐體

請記住,“以太坊期貨錐”僅受最終確定塊的限制-這是一個完全可追溯的過程。在最後一節中,我們回顧了一種樂觀的方法,這種方法基於本地資訊和本地對未來的假設來限制期貨,這是一個前瞻性的過程。這兩種方法可以相互“分層”,以充分利用這兩個領域:區塊鏈共識的安全性,以及本地訊息傳輸的速度、效率和隱私。

我們可以用一個期貨錐體來視覺化這個混合過程,這個錐體不僅在每個塊之後限制未來的以太坊狀態,而且基於本地資訊限制塊之間的未來狀態。在OVM中,決定一個新的限制被認為是“狀態轉換”。

統一語言

以上概念可以用作2層的共享語言和執行模型的基礎。這包括:

· 零確認交易
· 閃電網路
· 跨分片狀態方案
· plasma,通道,Truebit

在這篇文章的第2部分中,我們將擴充套件這種語言,並展示如何透過構造正確的方法激勵特定的OVM執行時。基於一階邏輯,它支援現有的L2設計 - 包括ETH2的設計。

但是首先,如果你和我們一樣古怪,想要看一些奇特的數學,下面是我們剛剛回顧的關鍵概念的形式化:

更進一步:構建一個OVM runtime

當意識到L2可以用統一的語言來描述時,我們很快發現:我們如何使它有用?我們能建立一個通用的二級執行時環境,支援不同的二級設計嗎?

事實證明,對於廣泛的OVM程式,我們是可以的。訣竅是建立一個爭議合同,解釋OVM所基於的相同數學表示式。這使得用謂詞邏輯編寫的高階語言成為可能。

普遍爭議合同

為此,我們建立了一個仲裁合同處理使用者提交的“索賠”表示式,該表示式的值為真/假。例如,“hash X的預映像不存在。”

爭議涉及邏輯上相互矛盾的反索賠。例如,“hash x的preimage確實存在”將與第一個宣告相矛盾。這概括了二級語言的“挑戰”:到了最後,所有的爭議都是邏輯矛盾(不能都是真的)。

在爭議超時後,合同可以對無異議的索賠作出真實的裁決。然而,如果出現矛盾,就需要做出選擇。判斷真/假語句的邏輯稱為斷言演算。

斷言2.0(Predicates)


在開發廣義Plasma時,我們認識到可插拔的“斷言合約”支援自定義樂觀執行。我們現在理解的是,一個可插入的斷言系統不是廣義plasma,而是廣義第2層。

斷言合約是邏輯上的“評估者”——決定輸入的是真是假。關鍵是他們可以根據其他斷言來決定。這就意味著一小組互動斷言可以仲裁大量的L2系統。

斷言例項

讓我們回顧一下一階邏輯中使用的一些示例謂詞。

NOT

該斷言執行邏輯否定:NOT(aPredicate, anInput),聲稱aPredicate(anInput)可能會引發矛盾。

AND

該斷言是邏輯AND運算子,採用形式AND(predicate1,input1,predicate2,input2)。它可以與NOT(predicate1,input1)或NOT(predicate2,input2)相矛盾。

WITNESS_EXISTS

此斷言聲稱存在某些見證資料:WITNESS_EXISTS(verifier, parameters) 。它是使用活躍度假設給L2系統提供的基本構建塊區塊鏈。只有當它收到一些witness,類似verifier.verify(parameters, witness) 返回true時,它才會確定為真。

UNIVERSAL_QUANTIFIER

這個斷言代表基於一些量詞(“such that”)的通用量化(“for all”) -  UNIVERSAL_QUANTIFIER(aQuantifier,aPredicate)。當且僅當aQuantifier.quantify(someInput)返回true時,它與NOT(aPredicate,someInput)相矛盾。

組成狀態通道

一類被廣泛理解的2層系統是狀態通道,所以讓我們用斷言組成一個狀態通道。退出狀態通道就像聲稱以下內容:“對於所有狀態更新,其nonce值高於此withdrawn_update,所有通道參與者都不存在一致簽名。”

那麼,對於普遍爭議合同,我們會聲稱如下:

UNIVERSAL_QUANTIFIER(HAS_HIGHER_NONCE_QUANTIFIER(withdrawn_update),NOT(WITNESS_EXISTS(VERIFY_MULTISIG,withdrawn_update.participants)))

對於Math人員,這可能看起來更熟悉如下表示式:

因此,可以透過組合四個簡單斷言來構建狀態通道。

樂觀的未來

由於斷言很少,這種通用爭議合約可以仲裁許多L2系統:plasma風格,狀態通道,樂觀的交叉分片狀態方案,Truebit等。斷言執行時為每種方法提供了一個共享平臺 - 支援改進的開發人員工具。它有效地將L2開發人員的工作減少了一半,因為謂詞表示式在鏈上和鏈外解釋。

除了斷言runtime,ovm還有更廣泛的含義:

· 溝通-先前定製概念的數學模型。
· 互操作性-所有樂觀執行的共享記憶體。
· 安全性-二級語言和斷言runtime的形式證明。

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