从cannon的角度理解Layer2 - 2：cannon登场

现在，让我们通过聚焦在Optimistic-Rollup的核心，也就是争议处理的部分，通过cannon项目来看看Optimistic-Rollup运行的大致过程，后面的内容会涉及繁琐的交互内容，如果你对这些细节不感兴趣，可以选择性跳过，有时抓大放小反而可能更加清晰明了

Optimistic-rollup Cannon

cannon项目是optimistic-rollup方案中OVM2.0（Optimism虚拟机）的争议处理机制，相比于OVM1.0中的争议处理机制（下简称“OVM1.0”），cannon具有以下特点，建议阅读OVM1.0的外联后，再继续阅读：

• 易迁移：
  • 在OVM1.0中，争议的仲裁是通过在L1上使用solidity模拟EVM字节码运行的方式（EVM-in-EVM），重跑L2上的智能合约，并得到最终结果而完成的，其问题在于模拟EVM的复杂性，以及，在L1上重跑时，为得到当时的运行时数据（想想，仲裁时的余额，和当时交易的余额一样吗？），L1是无法直接运行L2的智能合约的，而是需要对L2智能合约的字节码进行迁移改造后，才能迁移到L1上的，这些改造包括从特定内存读取数据快照等等
  • 在cannon中，仲裁过程避免了在EVM层面运行，而是将EVM的模拟交给了简化过的Geth（MiniGeth）工具，并直接使用MIPS的指令集和其内存快照进行，所以，对于用户而言，从L1迁移到L2的过程是无缝和平滑的
• 通用性：
  • 由于cannon是依赖MIPS平台进行仲裁的，所以，理论上，cannon所支持的rollup方案，可以适用于任何有能力模拟MIPS指令的主链虚拟机
  • 由于cannon是使用MiniGeth工具对EVM进行模拟的，这本质上是对rollup方案与主链的解耦，一方面可以通过升级MiniGeth适应EVM的升级，另一方面可以将MIniGeth换成其他工具，以支持其他主链虚拟机实现rollup方案

核心业务

俗话说，一图胜千言，让我们画张图，看看cannon的核心过程，请注意，下面的内容仅包含对cannon的分析，仅为Optimistic-rollup方案的争议处理机制，其他过程并没有涉及

从本质上讲，cannon的仲裁能力来源于：不同层以及不同节点之间，统一的CPU运行架构，也就是说，不管是在L1上，还是在L2上，都能以同一套CPU指令集（MIPS），在相同的内存快照中，得出严格相等运行结果，这样，就可以在受信的环境中通过重跑争议指令，从而得出受信的结果，并最终得出仲裁结论

就如图中所描述的，当L2与L1同步内存快照后，L2与L1的运行内存就完全相同了，在正常情况下，L1（受信环境）通过智能合约模拟MIPS的指令集，模拟后的内存快照，与L2提供的内存快照应该是完全一致的，如果不一致的话，就可以证明L2提供的内存快照有作弊行为，应该使用处罚机制进行处理

流程中隐藏了很多细节

当然，这里隐藏了很多运行的细节，让我们通过流程图将细节展开，看看cannon的运行过程

在开始流程之前，我们先来做一些前置说明：

• 所有L2与L1的交互，都是以交易的形式完成的，也就是说，是可信并且不可篡改的
• Defender：是被质疑的一方，因为其提供的区块具有作弊的可能性
• Challenger：是发起质疑的一方，它发现Defender提供的区块Hash与自己计算出来的不一致
• Defender与Challenger其实也是L2的节点，图中单独画出来，仅仅是为了方便表达
• Defender与Challenger中的MIPS环境一般由模拟器提供，cannon中的默认模拟器为unicorn
• MiniGeth：是Geth针对cannon进行裁剪后的精简版本
• 内存快照：是以内存地址作为key，内存值做value，构建的MPT数据结构，其主要用于支持模拟运行，以及通过RootHash，简化状态一致性的判断

现在，让我们根据图中的流程，逐步梳理一下细节部分，下述的序号与图中序号一一对应：

1. Challenger日常会检验区块的合法性，并希望可以通过发现非法区块得到挑战收益
2. 1. 通过计算和对比block header hash，Challenger发现了异常区块，它会马上将区块高度（blockNumber）送入MiniGeth，MiniGeth根据区块高度与L1或L2进行交互（L1还是L2取决于业务设计），并模拟blockNumber到blockNumber+1的所有过程，注意，MiniGeth与Geth的功能是一样的，并都与主链的运算结果严格一致
   2. 就像你所知道的，所有应用的运行基础都是OS的操作码，所以，当MiniGeth在MIPS环境中，将状态从blockNumber推进到blockNumber+1后，MIPS的内存快照、操作码数量、内存快照RootHash、可能的争议步骤序号（step）等数据，就会通过回调的形式流回到Challenger中（回调方式在代发分析中会有详细介绍）
   3. Challenger将MIPS内存以及block的相关数据，打包到挑战请求中，以交易的形式调用L1的智能合约，智能合约则会在storage中生成challengerId以及相关数据结构，以支持后续的挑战过程
3. 1. Defender得知自己打包的blockNumber被挑战后（如何得知可以自由设计），需要到L1的智能合约中获取挑战的上下文，包括challengerId、blockNumber、step（当前争议的MIPS操作码）等
   2. Defender根据blockNumber和step，使用MiniGeth进行按步模拟，并输出step那一步执行完毕后的MIPS内存数组
   3. 将MIPS内存MPT化（内存快照），并得出RootHash
   4. 将MIPS内存快照的Root Hash提交到L1的智能合约
4. Challenger与Defender的攻与防是来回多次的（也就是3与4过程是多次运行的），Challenger也通过与Defender相同的步骤，向L1智能合约持续提供新step的RootHash，这也是为什么cannon被称为“交互式仲裁机制”的原因，你可以想象一条由几千万个整数组成的数轴（如：[0,1,2...85619095]），其中每个整数都对应着一个MIPS操作码，而数组的顺序就是MIPS操作码运行的顺序，Challenger与Defender的攻防过程，其实，就是需要在这条数轴中寻找到那个真正有争议的操作码，也就是，该操作码在Challenger与Defender各自的MIPS中运行后，得出了不相等的结果，这个操作码被称为“确定的争议步骤”，当然，这个寻找的过程，cannon使用的二分查找的模式，具有O(logn)的性能
5. 1. 当“确定的争议步骤”被找出后，Challenger/Defender需要通过MiniGeth得到步骤运行前的MIPS内存快照，可以简称为“前内存快照”
   2. 通过向L1智能合约提供challengerId，以及前内存快照，Challenger发起了仲裁过程
   3. L1智能合约（受信环境）使用前内存快照，将step推进到step+1，并得到后内存快照的RootHash，这里需要注意一下，L1的智能合约是怎样知道step+1的操作码的呢？那是因为，所有数据其实都存在于前内存快照中，例如：pc地址、操作码地址等等
   4. L1的智能合约通过运算，得出了可信的step+1的RootHash，现在，只需要将这个RootHash与Challenger/Defender“攻防阶段”已经提供了的step+1的RootHash进行对比，就可以知道Defender是否有作弊行为了，并可以判断是否需要运行惩罚的过程

以上，我们通过一个实际例子梳理了cannon的运行过程，更细节的部分，之后我们会使用代码的形式进行详细了解