以太坊 layer2: optimism 原始碼學習 (一)

作者：林冠宏 / 指尖下的幽靈。轉載者，請: 務必標明出處。

掘金：https://juejin.im/user/1785262612681997

部落格：http://www.cnblogs.com/linguanh/

GitHub ： https://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原始碼，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，可以去網路搜尋其它文章來閱讀。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相容，而 ZK rollups目前對智慧合約支援不友好，但是在交易提款上鍊這塊非常快、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 的週期，約一週。下面簡稱 L1；
速度，L2 內交易，極快，手續費很低；
通用性，EVM 相容，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--樹根雜湊的欺詐證明；
原始碼：https://github.com/ethereum-optimism/optimism

2. Op 的程式元件

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

合約，這些會被部署在 L1 公鏈上面，由 L2 元件或使用者來呼叫，包含不限於有：
- L2 側鏈，基於 geth 原始碼改造的鏈，執行在 Op 生態裡；
- 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，並儲存到 LevelDB 資料庫；
Sequencer：
- 接受使用者發來 L2 的交易；
- 定期從資料庫中獲取 DataTransportLayer 儲存的 TransactionEnqueued 事件資料，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 區塊中將交易資料以打包的形式組裝到交易：
- 打包批次交易 txBatch 提交到 L1 的 CTC 合約；
- 打包批次狀態 stateBatch 提交到 L1 的StateCommitmentChain.sol
- 之後這些交易進入等待挑戰視窗，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 事件資料：
- 判斷當前交易是否過了挑戰時間；
- 為此交易生成證明，呼叫 L1 上的 L1CrossDomainMessenger.relayMessage 函數，使之完成合約檢查然後在內部呼叫目標合約，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，都由官方執行著，欺詐證明還在完善。使用者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 存取 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
其他協定，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. 原始碼分析 --- 充值與提現

充值部分 --- L1 合約層原始碼

按照流程，使用者需要呼叫 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，都沒有痕跡告訴我們如何在為 L2 的地址充值了 ETH，我們只需要留意其中的 IL2ERC20Bridge.finalizeDeposit.selector 這一行。這裡設定了一個 L2 到時需要呼叫的函數。

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，並儲存到 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
    );
}