Optimism и Arbitrum

Зачем это блокчейн-разработчику?

Два доминирующих optimistic rollup: Optimism (~$2.5B TVL) и **Arbitrum** (~$8B TVL). Оба используют Ethereum для безопасности, оба EVM-совместимы, оба Stage 1 с активными fraud proofs. Но архитектура и стратегия РАЗНЫЕ. И оба утверждают, что будущее — за ними.

Optimism делает ставку на модульность и экосистему: OP Stack как фреймворк, Superchain как сеть взаимосвязанных L2, Base (Coinbase) как flagship chain.

Arbitrum делает ставку на производительность и универсальность: Nitro для EVM-оптимизации, Stylus для контрактов на Rust/C/C++, Orbit для кастомных L2/L3.

Для вас как разработчика ключевой инсайт: развертывание контрактов на L2 идентично L1. Тот же Solidity, тот же Hardhat/Foundry, другой RPC URL.

Optimism: OP Stack

Модульная архитектура

OP Stack — модульный фреймворк для построения optimistic rollups. Каждый слой может быть заменен или модифицирован:

Bedrock Upgrade (2023)

Bedrock — фундаментальный ребилд Optimism:

До Bedrock:

• Монолитная архитектура
• Кастомный EVM (не совместим 1:1 с geth)
• Высокие комиссии

После Bedrock:

• Модульная архитектура (OP Stack)
• OP-Geth: модифицированный go-ethereum (EVM-equivalent)
• Минимальные отличия от L1 (те же opcodes, тот же behavior)
• Поддержка EIP-4844 blobs

Cannon FPVM (2024)

Cannon — Fault Proof Virtual Machine для permissionless fraud proofs:

До Cannon:  Fraud proofs отключены. "Optimistic" без verification.
            Security Council может откатить state (centralized fallback).

После Cannon: Permissionless fraud proofs (Stage 1).
              Любой может подать fraud proof.
              Security Council -- fallback для edge cases.

Cannon исполняет EVM opcodes на L1. Single-round: challenger воспроизводит спорную транзакцию, L1 контракт верифицирует результат.

Superchain Vision

Superchain — сеть OP Stack chains с общей безопасностью и интероперабельностью:

                    Ethereum L1
                    (shared security + DA)
                        |
    ┌───────────────────┼───────────────────┐
    |                   |                   |
 Optimism            Base (Coinbase)      Zora
 OP Mainnet          ~$12B TVL            NFT-focused
 ~$2.5B TVL                               |
                                          Mode
                                          DeFi-focused

ERC-7802 — стандарт для seamless token bridging между OP Stack chains. Вместо отдельных bridges для каждой пары — единый стандарт для всех Superchain chains.

Ключевые факты Optimism

Arbitrum: Nitro

Архитектура Nitro

Nitro — переработанная архитектура Arbitrum (upgrade 2022). Ключевое отличие: WASM-based fraud proofs и multi-round bisection protocol.

Geth Core + ArbOS

Arbitrum использует двухслойную execution модель:

Geth Core:

• Стандартный go-ethereum для EVM execution
• Те же opcodes, тот же behavior что на L1
• Максимальная совместимость с существующими контрактами

ArbOS:

• Кастомный L2 layer поверх Geth
• Управляет L2-специфичной логикой:
  • Cross-chain messaging (L1 ↔ L2)
  • Gas metering (L2 gas + L1 data cost)
  • Precompiles (ArbSys at 0x64 для L2 block number)

State Transition Function (STF)

STF — детерминистическая функция: одинаковый input всегда дает одинаковый output.

STF(prev_state, batch_transactions) -> new_state

Свойства:
- Deterministic: любой может воспроизвести результат
- Compiled to WASM: для fraud proof verification
- Verifiable: one-step verification на L1 в bisection protocol

STF компилируется в WASM. При dispute — WASM-код исполняется on-chain для верификации одной инструкции.

Stylus: WASM VM для Rust/C/C++

Stylus — революционная возможность Arbitrum: WASM Virtual Machine рядом с EVM.

Arbitrum One Network
├── EVM (Solidity, Vyper)
│   └── Standard contract execution
│
└── WASM VM (Stylus)
    ├── Rust contracts
    ├── C contracts
    └── C++ contracts

Оба VM работают на одной сети!
Stylus контракты вызывают Solidity контракты и наоборот.

Зачем Stylus?

Пример use case: Cryptographic operations (signature verification, hash computation) на Stylus в 10-100x дешевле, чем на EVM. Compute-heavy tasks (complex math, data parsing) выигрывают больше всего.

AnyTrust и Orbit

AnyTrust mode:

• Off-chain Data Availability через Data Availability Committee (DAC)
• Дешевле (не платить за blob/calldata на L1)
• Слабее безопасность (доверие к DAC вместо Ethereum DA)
• Используется для: gaming, social, high-throughput приложений

Orbit framework:

• Кастомные L2/L3 chains на технологии Arbitrum
• Выбор: Rollup mode (полная Ethereum DA) или AnyTrust mode (DAC)
• Nova (gaming chain) — пример AnyTrust Orbit chain

Ключевые факты Arbitrum

Сравнение: Optimism vs Arbitrum

Наведите на ячейки для подробностей. Зеленый — преимущество:

Что выбрать?

Для стандартной Solidity разработки: оба подходят одинаково. Разницы в DX (developer experience) почти нет. Выбор зависит от экосистемы (где ваши пользователи) и конкретных features.

Для compute-heavy приложений: Arbitrum + Stylus. Rust контракты с 10-100x экономией.

Для экосистемного проекта: OP Stack + Superchain. Interoperability между Base, Optimism, Zora.

ПРАКТИКА: Развертывание на L2

Ключевой инсайт

Развертывание на Optimism или Arbitrum ИДЕНТИЧНО L1. Те же Solidity контракты. Тот же Hardhat/Foundry tooling. Другой RPC URL. Вот и все.

Demo: Counter.sol на Optimism fork

Используем существующий Counter.sol из Phase 4:

// contracts/Counter.sol (уже существует)
contract Counter {
    uint256 public count;
    event CountChanged(uint256 newCount);
    error CounterUnderflow();

    function increment() external {
        count += 1;
        emit CountChanged(count);
    }
    // ...
}

Шаг 1: Fork Optimism локально

# Тот же Anvil, другой RPC URL -- это ВСЕ отличие от L1
anvil --fork-url https://mainnet.optimism.io --fork-block-number 130000000

Anvil форкает state Optimism на указанном блоке. Вы получаете полную копию L2 state локально.

Шаг 2: Deploy контракт

# ИДЕНТИЧНО L1 workflow!
forge create --rpc-url http://localhost:8545 \
  --private-key 0xac0974bec39a17e36ba4a6b4d238ff944bacb478cbed5efcae784d7bf4f2ff80 \
  contracts/Counter.sol:Counter

Шаг 3: Interact

# Вызов view функции (бесплатно)
cast call <ADDRESS> "count()" --rpc-url http://localhost:8545

# Отправка транзакции
cast send <ADDRESS> "increment()" \
  --rpc-url http://localhost:8545 \
  --private-key 0xac0974bec39a17e36ba4a6b4d238ff944bacb478cbed5efcae784d7bf4f2ff80

# Проверка результата
cast call <ADDRESS> "count()" --rpc-url http://localhost:8545
# -> 0x0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000001

Заметили разницу с L1? Её нет. Тот же forge create, тот же cast call, тот же Solidity. Единственное отличие — --fork-url.

Anvil: ограничения L2 fork

Anvil НЕ эмулирует L2-специфичные precompiles:

Arbitrum:  ArbSys (0x64) -- L2 block number, L1 base fee
           ArbRetryableTx (0x6E) -- L1-to-L2 retryable tickets

Optimism:  L1Block (0x4200000000000000000000000000000000000015) -- L1 attributes
           CrossDomainMessenger -- L1<->L2 messaging

Для стандартного Solidity development (Counter, ERC20, DeFi protocols) — Anvil fork работает идеально.

Для L2-специфичных features (ArbSys, L1Block precompile, native bridges) — используйте public testnets:

• Optimism Sepolia: https://sepolia.optimism.io
• Arbitrum Sepolia: https://sepolia-rollup.arbitrum.io/rpc

Что отличается на L2

Для 95% Solidity разработки — ничего. Но есть нюансы:

1. Gas Costs

L1 Ethereum:  Simple transfer = ~$0.50-5.00
L2 Optimism:  Simple transfer = ~$0.01-0.05
L2 Arbitrum:  Simple transfer = ~$0.01-0.05

Экономия: 10-100x (зависит от blob congestion)

L2 gas = L2 execution cost + L1 data posting cost (амортизированный).

2. Finality

L1:  ~12 minutes (finalized epoch)
L2:  Soft = seconds (sequencer confirmation)
     Hard = 7 days (challenge period)

3. L1 Communication

L1 -> L2 (deposit):     минуты
L2 -> L1 (withdrawal):  7 дней (challenge period)
L2 <-> L2:              через L1 или bridge protocol

4. Precompiles

L2 chains добавляют собственные precompiles для L2-специфичной логики:

// Arbitrum: получить L1 block number
interface ArbSys {
    function arbBlockNumber() external view returns (uint256);
}
ArbSys(address(0x64)).arbBlockNumber();

// Optimism: получить L1 base fee
interface L1Block {
    function basefee() external view returns (uint256);
}

Для стандартных контрактов (ERC20, Governor, AMM) — эти precompiles не нужны. Ваш код работает одинаково на L1 и L2.

Алгоритмический уровень: OP Stack layered execution

# OP Stack: 4-layer execution model

class OPStack:
    """Simplified OP Stack execution flow"""

    # Execution layer (OP-Geth)
    def process_batch(self, prev_state, transactions):
        """Execute transactions, produce new state root"""
        state = prev_state
        for tx in transactions:
            state = self.evm.execute(state, tx)
        return state.root()

    # Data Availability layer (Ethereum L1)
    def post_batch(self, batch_data, state_root):
        """Post batch data and state root to L1"""
        self.l1.submit_blob(batch_data)    # EIP-4844 blob
        self.l1.submit_root(state_root)    # State commitment

    # Settlement layer (L1 verification)
    def verify_or_challenge(self, batch_id):
        """After 7 days: finalize. Before: can challenge."""
        batch = self.l1.get_batch(batch_id)
        if block.timestamp > batch.timestamp + 7 * 86400:
            self.finalize(batch_id)
        # else: anyone can submit fraud proof via Cannon FPVM

    # Consensus layer (Sequencer)
    def sequence(self, incoming_txs):
        """Order transactions (currently centralized)"""
        batch = self.order_by_timestamp(incoming_txs)
        state_root = self.process_batch(self.current_state, batch)
        self.post_batch(compress(batch), state_root)
        return state_root

Математический уровень: bisection game

Для execution trace из N шагов, bisection protocol разрешает спор за O(log2 N) раундов:

N = количество инструкций в execution trace
R = количество раундов bisection

R = ceil(log2(N))

Примеры:
  N = 10^6 (1M instructions):   R = 20 rounds
  N = 10^8 (100M instructions): R = 27 rounds
  N = 10^9 (1B instructions):   R = 30 rounds

Gas cost comparison:
  Single-round:  O(N) gas  -- re-execute all N instructions on L1
  Multi-round:   O(R) gas  -- R rounds * constant gas per round
                            + O(1) gas for final 1-instruction verification

  For N = 10^8:
    Single-round:  ~10^8 gas units (impractical for large traces)
    Multi-round:   ~27 * C + K ≈ 27 * 50,000 + 200,000 ≈ 1,550,000 gas
                   (~100x cheaper than re-executing 10^8 instructions)

Bisection эффективнее для больших execution traces. Single-round проще для небольших транзакций.

Итоги

Что дальше: В SCALE-07 мы перейдем к ZK Rollups — альтернативному подходу, где вместо fraud proofs используются validity proofs (криптографические доказательства корректности). Быстрее финальность (часы вместо дней), но сложнее математика. zkSync Era и StarkNet — две ведущие реализации.