从理论到实践：基于L1排序的Rollup解决方案，Based Rollup能否实现？

作者：YBB Capital 研究员 Ac-Core

前言

以太坊的运作原理是每个节点存储和执行用户提交的每笔交易。为了扩展整个网络，以太坊采用了 Rollup 解决方案。简而言之，它将大部分交易处理移至链下（L2），从而减少了以太坊主网（L1）的负载并降低了交易费用。Rollup = L1 上的一组智能合约 + L2 上的节点网络，其中包括链上智能合约和链下聚合器。它依赖以太坊进行结算、共识和数据可用性，同时仅负责执行交易。L2 网络节点由几个部分组成，其中最关键的是 sequencer。然而，目前 Rollup 的 sequencer 面临着中心化问题。

Rollup 和 Sequencer

Rollup 是一种以太坊（L1）的扩展解决方案，它在链下执行交易并将它们打包成区块。对于每个区块，Rollup 将重建链状态所需的数据（作为数据可用性的来源）发布到数据可用性层，并将链下执行的正确性证明发布到结算层。Rollup 有两种类型：在 ZK-rollup 的情况下，每个块都会发布零知识证明，而在 Optimistic rollup 的情况下，仅在发生争议时才发布欺诈证明。在 EIP-4844 之后，当数据发布切换到 blobs 时，这一层可能被称为“数据发布层”。L1 上的 Rollup 智能合约验证发布的证明。每个 Rollup 都有一个或多个桥，以实现链之间的数据传输以及存款和取款。

在 Rollup 的实现逻辑中，sequencer 是一个关键组件，负责接收 L2 上的交易请求，确定它们的执行顺序，并将交易打包成最终发送到 L1 上的 Rollup 智能合约的批次。这在提高交易处理效率和降低成本方面起着至关重要的作用。

sequencer 的功能和工作原理可以概括为四个主要部分：

1. 接收交易： sequencer 接收来自用户或应用程序的交易请求。这些交易首先在 L2 上处理，而不是直接在以太坊主网上处理。
2. 排序交易： sequencer 负责对收到的交易进行排序，确定它们的执行顺序。这个过程类似于以太坊矿工在将交易打包成区块之前所做的事情。
3. 打包交易： sequencer 将排序后的交易打包成批次，其中包含多个交易的摘要信息。
4. 提交到 L1： 最后，sequencer 将打包的交易批次提交到以太坊主网（L1）进行结算和数据存储。这允许 L1 验证和存储来自 L2 的状态更新。

虽然 Rollup 技术提供了一种有效的扩展解决方案，但在 sequencer 的设计和实现中仍然存在一些问题，其中最主要的是中心化问题。目前大多数 Rollup 项目都依赖于中心化的 sequencer，通常由单个实体或少数几个实体控制，这带来了明显的缺乏透明度和单点故障的风险。

抛开上面僵化的解释，正如 YBB Capital 之前的文章中提到的，关于 L2 的去中心化 sequencer 解决方案的讨论，无论是 Metis 的直接向市场开放 sequencer 池节点 staking 的 L2 解决方案，还是独立项目 Espresso，它们的本质都是 sequencing 的“利润大饼”的分配以及未来市场炒作的预期。因此，利益和正统性正确是不可避免的关键点。

Based Rollup 的历史背景和设计

图片来源：@drakefjustin

Rollup 的概念最初由以太坊创始人 Vitalik Buterin 提出，他最初设想实现一个完全不受约束的“完全无政府状态”状态，以允许无限的交易扩展。鉴于目前 sequencer 存在的问题，2023 年，以太坊研究员 Justin Drake 提出了一个名为 Based Rollups 的解决方案，其中 sequencer 由以太坊 L1 本身管理。详细信息如下（来源：参见扩展链接 1）：

定义：

“当 Rollup 的 sequencing 由基础层 (L1) 驱动时，我们将其称为基于 L1 的或 L1 驱动的 Rollup sequencing。具体来说，基于 L1 的 Rollup 意味着下一个 L1 提议者可以与 L1 搜索者和构建者进行无需许可的合作，以便将下一个 Rollup 区块包含在下一个 L1 区块中。”

优势：

活跃性： Based Rollup 享有与 L1 相同的活跃性保证。请注意，具有 escape hatch 的非 Based Rollup 降低了活跃性（escape hatch 是 Rollup 中的一种安全机制，允许用户在 Rollup 系统出现问题时安全地将资产从 L2 提取回 L1 主链。它类似于紧急出口）。

较弱的结算保证： 通过 escape hatch 进行的交易必须等待超时才能保证结算。

来自审查的 MEV： 具有 escape hatch 的 Rollup 容易受到超时期间短期 sequencer 审查带来的不利 MEV 影响。

网络效应面临风险： 由 sequencer 活跃性失败（例如，对去中心化 PoS sequencing 机制的 51% 攻击）触发的大规模退出将扰乱 Rollup 的网络效应。请注意，与 L1 不同，Rollup 无法使用社会共识优雅地从 sequencer 活跃性失败中恢复。在所有已知的非 Based Rollup 设计中，大规模退出都是达摩克利斯之剑。

Gas 惩罚： 通过 escape hatch 结算的交易通常会给用户带来 gas 惩罚（例如，由于非批量打包交易导致的数据压缩效果不佳）。

去中心化： Based Rollup 继承了 L1 的去中心化，自然地重用了 L1 搜索者-构建者-提议者基础设施。L1 搜索者和构建者有动机将 Rollup 区块包含在其 L1 区块中，以提取 Rollup 的 MEV。这反过来又激励 L1 区块提议者在 L1 上打包 Rollup 区块。

简单性： Based Rollup sequencing 是最简单的，甚至比中心化 sequencing 更简单。Based Rollup 不需要验证 sequencer 签名、escape hatch 或外部 PoS 共识。

历史记录： 2021 年 1 月，Vitalik 将基于 L1 的 sequencing 称为“完全无政府状态”，这存在同时提交多个 Rollup 区块的风险，从而导致 gas 和工作量浪费。当前的 Proposer-Builder Separation (PBS) 方案可以严格控制 L1 sequencing，允许每个 L1 区块最多一个 Rollup 区块，并且不会浪费 gas。当 Rollup 的 n+1 区块（或对于 k >= 1，n+k）包含区块 n 的 SNARK 证明时，可以避免 ZK-rollup 证明的浪费。

成本： Based Rollup 的 gas 开销为零——它甚至不需要验证来自去中心化或中心化 sequencer 的签名。Based Rollup 的简单性降低了开发成本，缩短了发布时间，并最大限度地减少了代码漏洞的暴露。Based Rollup 的 sequencing 也是免 token 的，避免了与基于 token 的 sequencer 相关的监管负担。

L1 经济对齐： 从Based Rollup 衍生的 MEV 自然会流向其基础 L1。这种流动加强了 L1 的经济安全性，并且在 MEV 燃烧的情况下，增加了 L1 原生 token 的经济稀缺性。这种与 L1 的紧密经济对齐可以帮助建立Based Rollup 的合法性。重要的是，尽管牺牲了 MEV 收入，但如果选择赚取 L2 拥塞费收入，Based Rollup 保留了该选项（例如，以 EIP-1559 基础费的形式）。

主权： 尽管将 sequencing 委托给 L1，但Based Rollup 保留了主权。Based Rollup 可以有一个治理 token，收取基本费用，并根据需要使用来自这些基本费用的收入（例如，Optimism 资助公共产品）。

缺点：

没有 MEV 收入： Based Rollup 将 MEV 放弃给 L1，将其收入限制为基本费用。与直觉相反，这可能会增加Based Rollup 的整体收入。原因是 Rollup 格局似乎是赢家通吃，成功的 Rollup 可能会利用Based Rollup 的安全性、去中心化、简单性和一致性来实现主导地位并最终最大化收入。

受限的 Sequencing： 将 sequencing 委托给 L1 会降低 sequencing 的灵活性。这使得某些 sequencing 服务更加困难，甚至不可能：

预确认：快速预确认对于中心化 sequencing 不是问题，并且可以通过外部 PoS 共识来实现。将 L1 sequencing 用于快速预确认是一个悬而未决的问题，有许多有希望的研究方向，包括 EigenL、Inclusion Lists 和 Builder Bonds。

先到先得 (FCFS)：尚不确定是否可以在Based Rollup 上实现 Arbitrum 风格的 FCFS sequencing。EigenL 可能会为 L1 sequencing 的Based Rollup 提供 FCFS 覆盖。

命名：

“Based Rollup”这个名称来自于它与基础链（Base L1）的紧密关系。这碰巧与 Coinbase 最近宣布的 Base 链相冲突。有趣的是，Coinbase 在其 Base 公告中分享了两个设计目标：

无 Token 化： “我们没有发行新网络 token 的计划。” 去中心化： “我们计划随着时间的推移逐步去中心化区块链。”

Base 可以通过成为 Based Rollup 来实现无 token 化的去中心化。

图片来源：@jchaskin22

总而言之，Based Rollup 允许任何人扩展 Rollup 区块，将 sequencing 的交易状态更改发布到 L1，以从 L2 中提取 MEV，所有 sequencing 和安全性由以太坊 L1 提供。这种方法避免了对外部 PoS 共识和特定 Rollup token 的需求。与其他需要基本的“紧急 escape hatch”功能来保护资产的 Rollup 相比，Based Rollup 的愿景消除了这种需求，确保只要以太坊继续安全运行，Rollup 上的交易就能顺利完成。

Based Rollup 和 Taiko Labs

图片来源：Taiko 官方网站

Taiko Labs 是开发和推广Based Rollup 的主要团队，Based Rollup 是一种以太坊 Layer 2 扩展解决方案。他们的愿景是通过Based Rollup 等创新技术来解决以太坊主网的可扩展性问题。Taiko Labs 有三个主要特点：

1. 完全以太坊等效 (Type 1) ZK-EVM： 利用提供完全以太坊兼容性的 Type 1 zkEVM，开发人员可以无缝地在以太坊和 Taiko 之间迁移去中心化应用程序 (dApp)，而无需担心智能合约执行失败。
2. 开源： Taiko 的所有源代码都可以在 GitHub 上找到，允许任何人查看、构建或修改它。这种开源方法确保区块链技术的发展不限于一个小团队，而是包括来自全球开发人员社区的贡献。
3. 完全去中心化： 除了确保与 EVM 的高度兼容性之外，Taiko 还致力于实现完全去中心化。 Taiko 计划通过去中心化的提议者和验证者提交区块并生成 zkP，从而确保协议的去中心化性质。

Taiko 旨在构建一个 Type 1 完全以太坊等效的 ZK-EVM，正如 Vitalik Buterin 在“不同类型的 ZK-EVM”中提到的（参见扩展链接 2）。这种对与以太坊的完全和不妥协的等效性的追求旨在实现完全兼容，以验证以太坊区块（至少是执行层，不包括信标链共识，但包括所有交易、智能合约和帐户逻辑，而不替换哈希、状态/交易树和其他共识逻辑）。因此，与其他类型相比，Type 1 是接近原生解决方案的最复杂和最具挑战性的解决方案。

图片来源：Vitalik Buterin：“不同类型的 ZK-EVM”

其他核心结构：

Base Competitive Rollup (BCR)

Base Competitive Rollup 是 Taiko Labs 开发的一种创新的区块链扩展解决方案。BCR 旨在通过竞争机制提高 Rollup 的效率和安全性，允许不同的参与者自由竞争提交区块和生成证明，从而提高整个网络的性能和去中心化。

特点：

1. 开放竞争： 允许任何符合条件的参与者竞争提交区块和生成证明。这种开放机制减少了中心化控制并增强了网络去中心化。竞争者有动力提供更好的服务以赚取奖励和交易费用。
2. 高效扩展： 有效提高区块生成和验证效率。多个竞争者可以并行工作，避免单点故障，提高交易处理速度和网络可扩展性。
3. 安全性： 通过多方竞争机制，提高了系统的抗攻击性。由多方生成的区块和证明提高了系统的透明度和安全性，使得单个实体难以控制或攻击。

优势：

1. EVM 兼容性： BCR 与以太坊虚拟机 (EVM) 完全兼容，允许现有的以太坊智能合约和 dApp 轻松迁移到 BCR，而无需进行重大修改。
2. 高吞吐量： 由于 BCR 可以并行处理交易和生成区块，因此网络的吞吐量显着提高，能够处理更高的交易量，同时降低交易成本和延迟。
3. 去中心化： 去中心化的区块生成和证明机制确保了网络的去中心化，降低了中心化实体控制的风险。

缺点：

1. 复杂性增加： 系统的复杂性需要复杂的算法和协议来协调多个竞争者之间的区块生成和验证。智能合约可能需要额外的逻辑来处理竞争结果。
2. 潜在问题： 在 BCR 的竞争机制中，多个竞争者同时计算和提交区块可能会导致费用增加。用户可能会面临更高的交易成本，尤其是在繁忙或竞争激烈的时期。此外，资源丰富的大型节点可能会在竞争中占据主导地位，从而导致中心化。

BBR (Based Booster Rollup)

在 BBR 中，Booster 是一种特殊的参与者，负责优化交易批次、压缩交易数据以及并行处理多个交易批次。其主要功能是将执行和存储分离，确保 L2 处理执行的同时，L1 保持去中心化，并且智能合约地址在 L1 和所有 BBR 中保持一致。

然而，BBR 面临着系统复杂性增加、资源消耗和潜在的中心化等挑战。未来的发展将需要进一步的优化和扩展，以满足区块链技术不断变化的需求。

图片来源：Taiko Labs

结论

目前，Based Rollup 代表了以太坊 Layer 2 扩展方法的一个重大转变。它将 Rollup sequencing 直接委托给 Layer 1 提议者，利用提议者-构建者分离设计。这允许 Layer 1 为 Rollup 执行所有 sequencing 角色。同时，它扩展了 MEV，使 L2 搜索者能够捆绑交易并将它们发送给 L2 构建者，这些构建者也是 L1 搜索者。然后，这些完整的 L2 区块成为 L1 区块的一部分，最终由 L1 构建者和以太坊主网处理。

虽然Based Rollup 是否可以被认为是 Rollup 的最终解决方案还有待观察，但它不可否认地代表了以太坊 Layer 2 扩展的一项重大创新，提供了一种更安全和去中心化的解决方案。如果我们将同样的想法应用于比特币生态系统，那么实现具有以太坊可扩展性的原生和去中心化 VM 无疑将具有挑战性。整个行业在解决真正去中心化扩展问题方面还有很长的路要走。

关于 YBB

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网站 | Twi: @YBBCapital

扩展链接：

1. Based Rollup - 来自 L1 sequencing 的超能力
2. 不同类型的 ZK-EVM

参考文献：

1. 信用的游戏：被多签和委员会操控的Rollup们
2. Taiko研报：实现无缝扩展与完全兼容的以太坊Layer 2解决方案

• 原文链接： medium.com/ybbcapital/fr...
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