Tổng quan

Arbitrum ra đời với sứ mệnh giúp Ethereum: “nhanh hơn, rẻ hơn, mở rộng hơn”. Arbitrum sở hữu công nghệ như thế nào để thực hiện sứ mệnh này. Trong bài nghiên cứu này, GFS Blockchain sẽ đi sâu tìm hiểu công nghệ của Arbitrum để cung cấp thêm thông tin hữu ích cho bạn đọc.

Hiện nay các layer 2 đang phát triển dựa trên 3 nền tảng công nghệ chính: State Chanel, Plasma và Rollup. Với Rollup thì có Zk – Rollup và Optimistic Rollup,  Arbitrum đang được phát triển dựa trên Optimistic Rollup.  

*** Bài viết này thuộc chuỗi Series Arbitrum Universe của GFS Blockchain nhằm theo dõi từng bước phát triển của Hệ sinh thái này. Tổng hợp các bài viết của Arbitrum Universe -> Xem tại đây

Các khái niệm cơ bản cần nắm

• Rollups là một cách tiếp cận chung để mở rộng quy mô hợp đồng mở, tức là những hợp đồng mà mọi người đều có thể xem và tương tác. Trong Rollup, các giao dịch được viết trên Ethereum (dưới dạng calldata), nhưng việc tính toán và lưu trữ thực tế của hợp đồng thông minh được thực hiện ngoài chuỗi.
• Optimistic Rollup là một loại cấu trúc layer 2 (L2) không chạy trên lớp cơ sở của Ethereum mà chạy trên lớp của nó. Điều này cho phép chạy các hợp đồng thông minh trên quy mô lớn trong khi vẫn được bảo mật bởi Ethereum. Optimistic Rollup có thể hiểu là khi một xác nhận được gửi trên chuỗi, nó không chứa bằng chứng kèm theo đảm bảo tính hợp lệ của nó. Thay vào đó, khi xác nhận được gửi trên chuỗi, người xác thực đưa ra khẳng định sẽ đăng một liên kết và có một khoảng thời gian trong đó để bất kỳ ai cũng có thể đăng liên kết của riêng họ và thách thức khẳng định liên kết đó, nếu họ cho rằng điều đó là sai. Đây đôi khi được gọi là “bằng chứng gian lận”. Nếu người khẳng định sai, họ sẽ mất mối liên kết. Nếu thời gian thử thách kết thúc mà không có thử thách nào thành công, thì khẳng định đó được chấp nhận và trở thành quyết định cuối cùng.
• Arbitrum là một Optimistic Rollup.

Thiết kế công nghệ của Arbitrum

Phần lớn thiết kế của Arbitrum được thúc đẩy bởi các cơ hội mở ra bằng cách chứng minh tương tác. Vậy chứng minh tương tác là như thế nào?

Ý tưởng về việc chứng minh tương tác là Alice và Bob sẽ tham gia vào một giao thức qua lại, được tham chiếu bởi hợp đồng layer1 (L1), để giải quyết tranh chấp của họ với công việc tối thiểu được yêu cầu từ bất kỳ hợp đồng L1 nào.

Cách tiếp cận của Arbitrum dựa trên việc mổ xẻ tranh chấp. Nếu yêu cầu của Alice bao gồm N bước thực hiện, cô ấy đăng hai yêu cầu có kích thước N/2 kết hợp để mang lại yêu cầu N bước ban đầu của cô ấy, sau đó Bob chọn một trong các yêu cầu N/2 bước của Alice để thách thức. Bây giờ quy mô của cuộc tranh chấp đã được cắt giảm một nửa. Quá trình này tiếp tục, cắt đôi tranh chấp ở mỗi giai đoạn, cho đến khi họ không đồng ý về một bước thực hiện duy nhất. Lưu ý rằng cho đến nay trọng tài L1 vẫn chưa phải nghĩ đến việc thực hiện “on the merits”. Chỉ khi tranh chấp được thu hẹp xuống một bước duy nhất, trọng tài L1 cần giải quyết tranh chấp bằng cách xem hướng dẫn thực sự làm gì và liệu tuyên bố của Alice về nó có đúng hay không.

Nguyên tắc quan trọng đằng sau việc chứng minh tương tác là nếu Alice và Bob đang tranh chấp, Alice và Bob nên làm nhiều công việc ngoài chuỗi nhất có thể để giải quyết tranh chấp của họ, thay vì đưa công việc đó vào hợp đồng L1.

Kiến trúc công nghệ Arbitrum

Sơ đồ khái quát hóa kiến trúc của Arbitrum

Dưới đây là mô tả một cách cơ bản hoạt động của sơ đồ: ở bên trái (vùng màu xanh da trời) là người dùng và nhà cung cấp dịch vụ được kết nối với chuỗi mà họ lựa chọn. Ở bên phải, đó là hệ thống Arbitrum, được xây dựng trong các lớp trên Ethereum.

Chúng ta sẽ làm việc ở phía bên phải để mô tả cách thức hoạt động từng ngăn xếp của Arbitrum, sau đó chúng ta sẽ nói về những gì xảy ra ở phía bên trái để kết nối người dùng với nó.

Khu vực bên phải sơ đồ

• Ở phía dưới cùng bên phải (màu cam) là Ethereum. Arbitrum được xây dựng trên Ethereum và kế thừa tính bảo mật của nó từ Ethereum.
• Trên Ethereum là EthBridge , một tập hợp các hợp đồng Ethereum quản lý một chuỗi Arbitrum. EthBridge tham chiếu đến Arbitrum rollup protocol, đảm bảo rằng các lớp phía trên nó hoạt động chính xác. EthBridge cũng duy trì inbox và hộp thư đi của chuỗi, cho phép mọi người và hợp đồng gửi thông điệp giao dịch đến chuỗi, đồng thời quan sát và sử dụng kết quả đầu ra của các giao dịch đó. Người dùng, hợp đồng Ethereum L1 và các node Arbitrum thực hiện call đến các hợp đồng EthBridge để tương tác với chuỗi Arbitrum.
• Ranh giới lớp ngang phía trên EthBridge được gắn nhãn kiến trúc AVM, vì những gì EthBridge cung cấp cho lớp phía trên nó là Máy ảo Arbitrum, có thể thực thi một chương trình máy tính đọc đầu vào và tạo đầu ra. Đây là giao diện quan trọng nhất trong Arbitrum, vì nó phân chia L1 với L2 – nó phân chia các thành phần L1 cung cấp inbox/thực thi/hộp thư abstraction đi từ các thành phần L2 sử dụng abstraction.

• Lớp tiếp theo là ArbOS. Đây là một chương trình phần mềm, được viết bởi Offchain Labs, chạy trên máy ảo Arbitrum và đóng vai trò là người lưu giữ hồ sơ, người giám sát và người thực thi để thực hiện các hợp đồng thông minh trên chuỗi Arbitrum. Nó được gọi là ArbOS vì nó đóng một vai trò giống như phiên bản nhẹ của hệ điều hành trên máy tính xách tay hoặc điện thoại. Nó là chương trình khởi động trước và quản lý việc thực thi tất cả các mã khác trên chuỗi. Quan trọng là, ArbOS chạy hoàn toàn ở Lớp 2, ngoài chuỗi Ethereum, vì vậy nó có thể tận dụng khả năng mở rộng và chi phí thấp của tính toán Lớp 2.
• Ranh giới lớp ngang phía trên ArbOS được gọi là khả năng tương thích EVM vì ArbOS cung cấp môi trường thực thi tương thích máy ảo Ethereum cho các hợp đồng thông minh. Nghĩa là, bạn có thể gửi cho ArbOS mã EVM cho một hợp đồng, giống như cách bạn gửi hợp đồng đó đến Ethereum và ArbOS sẽ tải hợp đồng và cho phép nó thực hiện các giao dịch, giống như trên Ethereum. ArbOS quan tâm đến các chi tiết về khả năng tương thích. Vì vậy, lập trình viên hợp đồng thông minh có thể chỉ cần viết mã của họ giống như họ làm trên Ethereum (hoặc thông thường, chỉ cần lấy các hợp đồng Ethereum hiện có và triển khai lại chúng).
• Ở đầu ngăn xếp, phần trên cùng bên phải của sơ đồ là các hợp đồng EVM đã được các nhà phát triển triển khai cho chuỗi Arbitrum và thực hiện các giao dịch được gửi đến chuỗi.

Đó là phía bên phải của sơ đồ, cung cấp chức năng chuỗi Arbitrum. Bây giờ chúng ta hãy chuyển sang phía bên trái, hỗ trợ trực tiếp hơn cho người dùng.

Khu vực bên trái sơ đồ

• Ở phía dưới bên trái là các node Ethereum tiêu chuẩn , được sử dụng để tương tác với chuỗi Ethereum.
• Ngay phía trên đó là các node Arbitrum . Như tên cho thấy, chúng được sử dụng để tương tác với Arbitrum. Chúng hỗ trợ API tương tự như các node Ethereum, vì vậy chúng hoạt động tốt với các công cụ Ethereum hiện có, bạn có thể trỏ ví hoặc công cụ tương thích với Ethereum của mình vào một node Arbitrum và chúng sẽ có thể nói chuyện với nhau. Cũng giống như trên Ethereum, bất kỳ ai cũng có thể chạy một node Arbitrum, nhưng thay vào đó, nhiều người sẽ chọn dựa vào một node do người khác điều hành. Một số yêu cầu của người dùng dịch vụ node Arbitrum và những yêu cầu khác chỉ đóng vai trò là trình xác thực, hoạt động để đảm bảo tính đúng đắn của chuỗi Arbitrum.
• Cuối cùng, nhưng chắc chắn không kém phần quan trọng, chúng ta thấy người dùng ở phía trên cùng bên trái. Người dùng sử dụng ví, giao diện người dùng dapp và các công cụ khác để tương tác với Arbitrum. Vì các node Arbitrum hỗ trợ API giống như Ethereum, người dùng không cần công cụ hoàn toàn mới và các nhà phát triển không cần phải viết lại các dapp của họ.

Những thành phần quan trọng trong kiến trúc của Arbitrum

EthBridge

EthBridge là một tập hợp các hợp đồng Ethereum quản lý một chuỗi Arbitrum. EthBridge theo dõi nội dung inbox của chuỗi, băm trạng thái của chuỗi và thông tin về kết quả đầu ra. EthBridge là nguồn thẩm quyền cuối cùng về những gì đang diễn ra trong chuỗi Arbitrum.

EthBridge là nền tảng mà bảo mật của Arbitrum được xây dựng. EthBridge chạy trên Ethereum, vì vậy nó minh bạch và thực thi một cách đáng tin cậy.

Các inbox hợp đồng quản lý inbox của chuỗi. Inbox theo dõi (hash) mọi thư trong inbox. Hàm Call là một trong các phương thức gửi của inbox sẽ chèn một tin nhắn vào inbox của chuỗi Arbitrum.

Hợp đồng inbox đảm bảo rằng thông tin nhất định trong các thư đến là chính xác, rằng người gửi được ghi lại chính xác, số khối Ethereum và dấu thời gian được ghi chính xác trong thư.

Không có gì đáng ngạc nhiên, cũng có một hợp đồng Outbox, quản lý đầu ra của chuỗi. Tức là, các thông báo bắt nguồn từ Arbitrum về điều gì đó sẽ diễn ra trở lại trên Ethereum (đặc biệt là việc rút tiền). Khi một khối rollup được xác nhận, các đầu ra được tạo ra trong khối rollup đó sẽ được đưa vào hộp thư đi.

Hợp đồng rollup và thành phần liên quan của nó chịu trách nhiệm quản lý giao thức rollup. Nó theo dõi trạng thái của chuỗi Arbitrum: các khối rollup đã được đề xuất, chấp nhận hoặc bị từ chối, và theo dõi ai đã đặt cược, đặt vào các nút rollup nào. Hợp đồng thử thách và thành phần liên quan của nó có trách nhiệm theo dõi và giải quyết mọi tranh chấp giữa những người xác thực về việc khối rollup nào là chính xác.

AVM (Arbitrum Virtual Machine) – máy ảo Arbitrum

AVM là giao diện giữa các phần L1 và L2 của Arbitrum. L1 cung cấp giao diện AVM và đảm bảo máy ảo thực thi chính xác. L2 chạy trên máy ảo AVM và cung cấp chức năng triển khai và chạy các hợp đồng, theo dõi số dư và tất cả những việc mà một blockchain hỗ trợ hợp đồng thông minh cần phải làm.

Mỗi chuỗi Arbitrum đều có một AVM duy nhất thực hiện tất cả tính toán và duy trì tất cả lưu trữ cho mọi thứ xảy ra trên chuỗi. Không giống như một số hệ thống khác có một “VM” riêng cho mỗi hợp đồng, Arbitrum sử dụng một máy ảo duy nhất cho toàn bộ chuỗi, giống như Ethereum. Việc quản lý nhiều hợp đồng trên một chuỗi Arbitrum được thực hiện bằng phần mềm chạy trên AVM.

Về cốt lõi, máy ảo của một chuỗi thực thi trong mô hình đơn giản này, sử dụng các thông điệp từ inbox của nó, thay đổi trạng thái của nó và tạo ra kết quả đầu ra.

Điểm khởi đầu cho thiết kế AVM là máy ảo Ethereum (EVM). Vì Arbitrum nhằm mục đích thực thi hiệu quả các chương trình được viết hoặc biên dịch cho EVM, AVM sử dụng nhiều khía cạnh của EVM không thay đổi. Ví dụ: AVM thông qua kiểu dữ liệu số nguyên cơ bản của EVM (một số nguyên không dấu lớn 256-bit big-endian), cũng như các hướng dẫn hoạt động trên số nguyên EVM.

ArbOS

ArbOS là một “hệ điều hành” đáng tin cậy ở L2 giúp cô lập các hợp đồng không đáng tin cậy với nhau, theo dõi và giới hạn việc sử dụng tài nguyên của chúng cũng như quản lý mô hình kinh tế thu phí từ người dùng để tài trợ cho hoạt động của các trình xác thực của chuỗi. Khi một chuỗi Arbitrum được bắt đầu, ArbOS được tải sẵn vào phiên bản AVM của chuỗi và sẵn sàng chạy. Sau một số công việc khởi tạo, ArbOS nằm trong vòng chạy chính của nó, đọc thư từ hộp thư đến, thực hiện công việc dựa trên thông báo đó, bao gồm cả việc có thể tạo đầu ra, sau đó vòng quay lại để nhận thông báo tiếp theo.

Trong Arbitrum, thay vì phần lớn công việc tốn kém sẽ phải thực hiện ở L1 thì giờ sẽ được thực hiện bởi ArbOS, thực hiện các chức năng này một cách đáng tin cậy với tốc độ nhanh và chi phí thấp của L2.

Việc hỗ trợ các chức năng này trong phần mềm đáng tin cậy L2, thay vì xây dựng chúng theo các quy tắc được thực thi bởi L1 của kiến ​​trúc như Ethereum, mang lại lợi thế đáng kể về chi phí vì các hoạt động này có thể được hưởng lợi từ chi phí tính toán và lưu trữ thấp hơn ở L2, thay vào đó phải quản lý các tài nguyên đó như một phần của hợp đồng EthBridge L1. Có một hệ điều hành đáng tin cậy ở L2 cũng có lợi thế đáng kể về tính linh hoạt, vì mã L2 dễ phát triển hoặc tùy chỉnh cho một chuỗi cụ thể hơn so với kiến ​​trúc VM được thực thi ở L1.

Việc sử dụng hệ điều hành đáng tin cậy L2 yêu cầu một số hỗ trợ trong kiến ​​trúc, chẳng hạn như để cho phép hệ điều hành giới hạn và theo dõi việc sử dụng tài nguyên theo hợp đồng. Kiến trúc AVM cung cấp sự hỗ trợ đó.

Kết luận

Trên đây, GFS đã trình bày về những điểm trọng yếu trong công nghệ của Arbitrum. Hy vọng khi hiểu được những điểm cốt lõi trong công nghệ của Arbitrum sẽ giúp các bạn có tầm nhìn rõ ràng về Arbitrum và L2, từ đó có thể tìm được những hiden gem chất lượng trên Arbitrum cũng như có những dự đoán xa hơn về thị trường trong tương lai.

*** Hãy cùng theo dõi sự phát triển của Arbitrum qua các bài viết cập nhật sau này thông qua chuyên đề Hệ sinh thái Arbitrum -> Tại đây

Hàng tuần, GFS Blockchain sẽ cập nhật các thông tin mới nhất về thị trường Crypto, mọi người hãy thường xuyên theo dõi tại website và đừng quên tham gia vào nhóm cộng đồng của GFS để thảo luận với các thành viên khác nhé.