以太坊 layer2: optimism 源碼學習 (一)

2022 年 7 月 30 日
筆記
golang, 區塊鏈-以太坊

作者：林冠宏 / 指尖下的幽靈。轉載者，請: 務必標明出處。

掘金：//juejin.im/user/1785262612681997

部落格：//www.cnblogs.com/linguanh/

GitHub ： //github.com/af913337456/

出版的書籍：

前序：

對於區塊鏈每個階段的風口產品，我都會挑選其中某個研究其源碼，當作學習並增加經驗。早前看的是 zkSync，難度巨大而能力有限，遂轉於 Optimism。

本次是系列文章，這是第一篇。

這裡就不說什麼是 Layer2 了，可以去網路搜索其它文章來閱讀。在 Layer2 的擴容方案中目前有 3 種，Rollups 是其中一種，稱為打包。打包又分兩大派別：

樂觀打包，Optimistic rollups；
零知識打包， ZK rollups。；

這兩派的風格各異，特點突出。Optimistic rollups 對智慧合約的支援可以說是完全兼容，而 ZK rollups目前對智慧合約支援不友好，但是在交易提款上鏈這塊非常快、更安全卻計算量巨大，技術難度複雜。關於它們的對比，我後續再寫篇文章詳細說說

提款到 Layer1 的周期，約一周。下面簡稱 L1；
速度，L2 內交易，極快，手續費很低；
通用性，EVM 兼容，基於以太坊的修改
技術複雜度，簡單；
鏈下成本，低。鏈上成本，高；
交易安全保證，基於默克爾樹–樹根哈希的欺詐證明；
源碼：//github.com/ethereum-optimism/optimism

2. Op 的程式組件

雖說 Op 是個 L2 應用，但它的組成程式組件非常多。我這裡列出會和我本文內容相關的組件：

合約，這些會被部署在 L1 公鏈上面，由 L2 組件或用戶來調用，包含不限於有：
- L2 側鏈，基於 geth 源碼改造的鏈，運行在 Op 生態里；
- L1StandardBridge.sol 垮鏈橋合約，用來處理充值 Token 到 Op 地址或從 Op 地址提現到 L1 地址所用；
- CanonicalTransactionChain.sol 規範處理 L2 --> L1 的交易，下面簡稱 CTC；
- L1CrossDomainMessenger.sol 跨鏈信使合約，裡面主要編寫進行了各種要觸發跨鏈事件的函數。
DataTransportLayer，定時掃描 L1 區塊，從中獲取到 TransactionEnqueued 事件，並存儲到 LevelDB 資料庫；
Sequencer：
- 接受用戶發來 L2 的交易；
- 定期從資料庫中獲取 DataTransportLayer 存儲的 TransactionEnqueued 事件數據，並把交易在 L2 鏈中執行，使之正常被打包到 L2 區塊中；
Batch-Submitter，定期從 L2 區塊中將交易數據以打包的形式組裝到交易：
- 打包批量交易 txBatch 提交到 L1 的 CTC 合約；
- 打包批量狀態 stateBatch 提交到 L1 的StateCommitmentChain.sol
- 之後這些交易進入等待挑戰窗口，挑戰方式就是欺詐證明；
Relayer，定時從 L2 區塊中過濾交易中的 SentMessage 事件數據：
- 判斷當前交易是否過了挑戰時間；
- 為此交易生成證明，調用 L1 上的 L1CrossDomainMessenger.relayMessage 函數，使之完成合約檢查然後在內部調用目標合約，最終在 L1 完成 L2 交易的最終目的；

它們的組合通訊流程圖如下：

注:

目前所有的 Op 組建，都由官方運行著，欺詐證明還在完善。用戶必須要相信官方不會做惡。

3. 如何使用 Op

使用 Op 網路分兩種情況：

直接使用原生 Token 進行交易，即以太坊，那麼：
1. 需要先在 L1 訪問 L1StandardBridge.sol 進行充值到 Op；
2. 充值結束後，到賬了，可以進行 Op 網路內的交易活動；
3. 提現到 L1 的地址；
4. 流程到這裡閉環
其他協議，比如 ERC-20：
1. 先去 Op 網路部署對應的合約；
2. 在 L1 的 L1StandardBridge.sol 充值 Token 到 L2 地址；
3. 到賬後，便可自由交易。提現動作和 ETH 的一樣。

4. 源碼分析 — 充值與提現

充值部分 — L1 合約層源碼

按照流程，用戶需要調用 L1 上的 L1StandardBridge.sol 智慧合約充值，如下圖所示：

注意，payable 就是 solidity 語法中標明可以接收 ETH 的語法糖。此時充值 ETH 到了 Op 的 L1StandardBridge 跨鏈橋合約中。

上圖，函數走完了，都沒有痕迹告訴我們如何在為 L2 的地址充值了 ETH，我們只需要留意其中的 IL2ERC20Bridge.finalizeDeposit.selector 這一行。這裡設置了一個 L2 到時需要調用的函數。

上圖，結合我們前面的結論 DataTransportLayer，會定時掃描 L1 區塊，從中獲取到 TransactionEnqueued 事件，並存儲到 LevelDB 資料庫。

所以在 _sendXDomainMessag 內部，最終會觸發 emit TransactionEnqueued 事件。L1 層面的閉環結束

ERC-20 的充值也是一樣的，只是函數不一樣。如下圖：

// TransactionEnqueued 事件在 enqueue 內發生
function _sendXDomainMessage(
    address _canonicalTransactionChain,
    bytes memory _message,
    uint256 _gasLimit
) internal {
    // slither-disable-next-line reentrancy-events
    ICanonicalTransactionChain(_canonicalTransactionChain).enqueue(
        Lib_PredeployAddresses.L2_CROSS_DOMAIN_MESSENGER,
        _gasLimit,
        _message
    );
}

充值部分 — L2 層源碼

在這裡我們主要看 Sequencer 的是如何執行 TransactionEnqueued 中的交易到 L2 的。

在 Sequencer 的啟動中，首先是它會進入一個定時從資料庫中獲取交易的函數，如下圖所示：

接下來的調用鏈是: s.sequnece --> syncQueueToTip --> syncQueue --> syncQueneTransaction

如下圖所示，在 syncQueneTransaction 中，調用 GetEnqueue 從遠程介面即 DataTransportLayer 服務中獲取目標交易數據。最後執行 applyTransaction 執行交易

回到前面合約層的 IL2ERC20Bridge.finalizeDeposit.selector 這一句，最後交易的執行會走到 L2 合約層的 L2ERC20Bridge 合約的 finalizeDeposit 函數，如下圖所示，最終 mint 操作完成充值流程，至此閉環。

提現

內容比較多，提現留給下一篇。持續關注

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