以太坊 layer2: optimism 源码学习 (一)

作者：林冠宏 / 指尖下的幽灵。转载者，请: 务必标明出处。

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

博客：http://www.cnblogs.com/linguanh/

GitHub ： https://github.com/af913337456/

出版的书籍：

前序：

对于区块链每个阶段的风口产品，我都会挑选其中某个研究其源码，当作学习并增加经验。早前看的是 zkSync，难度巨大而能力有限，遂转于 Optimism。

本次是系列文章，这是第一篇。

这里就不说什么是 Layer2 了，可以去网络搜索其它文章来阅读。在 Layer2 的扩容方案中目前有 3 种，Rollups 是其中一种，称为打包。打包又分两大派别：

乐观打包，Optimistic rollups；
零知识打包，ZK rollups。；

这两派的风格各异，特点突出。Optimistic rollups 对智能合约的支持可以说是完全兼容，而 ZK rollups目前对智能合约支持不友好，但是在交易提款上链这块非常快、更安全却计算量巨大，技术难度复杂。关于它们的对比，我后续再写篇文章详细说说

提款到 Layer1 的周期，约一周。下面简称 L1；
速度，L2 内交易，极快，手续费很低；
通用性，EVM 兼容，基于以太坊的修改
技术复杂度，简单；
链下成本，低。链上成本，高；
交易安全保证，基于默克尔树--树根哈希的欺诈证明；
源码：https://github.com/ethereum-optimism/optimism

2. Op 的程序组件

虽说 Op 是个 L2 应用，但它的组成程序组件非常多。我这里列出会和我本文内容相关的组件：

合约，这些会被部署在 L1 公链上面，由 L2 组件或用户来调用，包含不限于有：
- L2 侧链，基于 geth 源码改造的链，运行在 Op 生态里；
- L1StandardBridge.sol 垮链桥合约，用来处理充值 Token 到 Op 地址或从 Op 地址提现到 L1 地址所用；
- CanonicalTransactionChain.sol 规范处理 L2 --> L1 的交易，下面简称 CTC；
- L1CrossDomainMessenger.sol 跨链信使合约，里面主要编写进行了各种要触发跨链事件的函数。
DataTransportLayer，定时扫描 L1 区块，从中获取到 TransactionEnqueued 事件，并存储到 LevelDB 数据库；
Sequencer：
- 接受用户发来 L2 的交易；
- 定期从数据库中获取 DataTransportLayer 存储的 TransactionEnqueued 事件数据，并把交易在 L2 链中执行，使之正常被打包到 L2 区块中；
Batch-Submitter，定期从 L2 区块中将交易数据以打包的形式组装到交易：
- 打包批量交易 txBatch 提交到 L1 的 CTC 合约；
- 打包批量状态 stateBatch 提交到 L1 的StateCommitmentChain.sol
- 之后这些交易进入等待挑战窗口，挑战方式就是欺诈证明；
Relayer，定时从 L2 区块中过滤交易中的 SentMessage 事件数据：
- 判断当前交易是否过了挑战时间；
- 为此交易生成证明，调用 L1 上的 L1CrossDomainMessenger.relayMessage 函数，使之完成合约检查然后在内部调用目标合约，最终在 L1 完成 L2 交易的最终目的；

它们的组合通讯流程图如下：

注:

目前所有的 Op 组建，都由官方运行着，欺诈证明还在完善。用户必须要相信官方不会做恶。

3. 如何使用 Op

使用 Op 网络分两种情况：

直接使用原生 Token 进行交易，即以太坊，那么：
1. 需要先在 L1 访问 L1StandardBridge.sol 进行充值到 Op；
2. 充值结束后，到账了，可以进行 Op 网络内的交易活动；
3. 提现到 L1 的地址；
4. 流程到这里闭环
其他协议，比如 ERC-20：
1. 先去 Op 网络部署对应的合约；
2. 在 L1 的 L1StandardBridge.sol 充值 Token 到 L2 地址；
3. 到账后，便可自由交易。提现动作和 ETH 的一样。

4. 源码分析 --- 充值与提现

充值部分 --- L1 合约层源码

按照流程，用户需要调用 L1 上的 L1StandardBridge.sol 智能合约充值，如下图所示：

注意，payable 就是 solidity 语法中标明可以接收 ETH 的语法糖。此时充值 ETH 到了 Op 的 L1StandardBridge 跨链桥合约中。

上图，函数走完了，都没有痕迹告诉我们如何在为 L2 的地址充值了 ETH，我们只需要留意其中的 IL2ERC20Bridge.finalizeDeposit.selector 这一行。这里设置了一个 L2 到时需要调用的函数。

上图，结合我们前面的结论 DataTransportLayer，会定时扫描 L1 区块，从中获取到 TransactionEnqueued 事件，并存储到 LevelDB 数据库。

所以在 _sendXDomainMessag 内部，最终会触发 emit TransactionEnqueued 事件。L1 层面的闭环结束

ERC-20 的充值也是一样的，只是函数不一样。如下图：

// TransactionEnqueued 事件在 enqueue 内发生

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 层源码

在这里我们主要看 Sequencer 的是如何执行 TransactionEnqueued 中的交易到 L2 的。

在 Sequencer 的启动中，首先是它会进入一个定时从数据库中获取交易的函数，如下图所示：

接下来的调用链是: s.sequnece --> syncQueueToTip --> syncQueue --> syncQueneTransaction

如下图所示，在 syncQueneTransaction 中，调用 GetEnqueue 从远程接口即 DataTransportLayer 服务中获取目标交易数据。最后执行 applyTransaction 执行交易

回到前面合约层的 IL2ERC20Bridge.finalizeDeposit.selector 这一句，最后交易的执行会走到 L2 合约层的 L2ERC20Bridge 合约的 finalizeDeposit 函数，如下图所示，最终 mint 操作完成充值流程，至此闭环。

提现

内容比较多，提现留给下一篇。持续关注