Von der Theorie zur Praxis: Kann Based Rollup eine sortierungsgesteuerte L1-Rollup-Lösung implementieren?

Autor: YBB Capital Researcher Ac-Core

Vorwort:

Das Arbeitsprinzip von Ethereum besteht darin, dass jeder Knoten jede vom Benutzer übermittelte Transaktion speichert und ausführt. Um das gesamte Netzwerk zu erweitern, übernimmt Ethereum die Rollup-Lösung. Einfach ausgedrückt: Der Großteil der Transaktionsverarbeitung wird außerhalb der Kette (L2) verlagert, wodurch die Belastung des Ethereum-Hauptnetzwerks (L1) verringert und die Transaktionsgebühren gesenkt werden, d. h. Rollup = eine Reihe intelligenter Verträge von L1 + Netzwerkknoten von L2, also On-Chain-Smart-Verträge und Off-Chain-Aggregatoren, die für ihre eigene Abwicklung, ihren Konsens und ihre Datenverfügbarkeit auf Ethereum selbst angewiesen sind, sind nur für die Ausführung von Transaktionen verantwortlich. Der L2-Netzwerkknoten besteht aus mehreren Teilen, von denen der wichtigste der Sequenzer ist. Derzeit haben die Sequenzer von Rollup jedoch mit Zentralisierungsproblemen zu kämpfen.

Rollup und Sequencer

Rollup ist eine Skalierungslösung für Ethereum (L1), die Transaktionen außerhalb der Kette ausführt und Transaktionen in Blöcken verpackt. Für jeden Block veröffentlicht Rollup die Daten, die zur Rekonstruktion des Kettenstatus (als Quelle der Datenverfügbarkeit) erforderlich sind, auf der Datenverfügbarkeitsschicht und veröffentlicht Beweise für die Korrektheit der Off-Chain-Ausführung auf der Abrechnungsschicht (es gibt zwei Arten von Daten). Beim Rollup werden Zero-Knowledge-Beweise für jeden Block ausgestellt. Beim Optimistic-Rollup werden Betrugsbeweise nur dann ausgestellt, wenn nach EIP-4844 eine Datenveröffentlichung auf Blobs umgestellt wird , Diese Schicht könnte als „Datenveröffentlichungsschicht“ bezeichnet werden. Unter anderem überprüft der Smart-Vertrag von Rollup den ausgestellten Nachweis auf L1, und jeder Rollup verfügt über eine oder mehrere Brücken, um die Datenübertragung zwischen Ketten sowie Ein- und Auszahlungen zu realisieren.

In der Implementierungslogik von Rollup ist der Sequenzer eine Schlüsselkomponente. Er ist hauptsächlich dafür verantwortlich, Transaktionsanfragen auf L2 zu empfangen, ihre Ausführungsreihenfolge zu bestimmen, die Transaktionen in Stapel zu packen (Batch) und sie schließlich an Rollup Smart zu übertragen Verträge spielen eine wichtige Rolle bei der Verbesserung der Effizienz der Transaktionsabwicklung und der Kostensenkung.

Die Funktion und das Funktionsprinzip des Sortierers bestehen hauptsächlich aus vier Teilen.

1. Transaktionen empfangen: Der Sequenzer empfängt Transaktionsanfragen von Benutzern oder Anwendungen. Diese Transaktionen werden zunächst auf L2 statt direkt im Ethereum-Mainnet verarbeitet.

2 Transaktionen sortieren: Der Sequenzer ist für die Sortierung der empfangenen Transaktionen und die Festlegung ihrer Ausführungsreihenfolge verantwortlich. Dieser Prozess ähnelt dem, was Ethereum-Miner tun, bevor sie Transaktionen in Blöcke packen.

3 Gepackte Transaktionen: Der Sortierer packt sortierte Transaktionen in Stapel, die aggregierte Informationen aus mehreren Transaktionen enthalten verpackter Transaktionsstapel an das Ethereum-Mainnet (L1), wo die Abwicklung und Datenspeicherung erfolgt. Auf diese Weise kann L1 Statusaktualisierungen auf L2 validieren und speichern.

Obwohl die Rollup-Technologie eine effektive Skalierungslösung bietet, gibt es immer noch einige Probleme beim Design und der Implementierung von Sequenzern. Das erste ist das Zentralisierungsproblem, das derzeit auf zentralisierten Sequenzern basiert, die normalerweise von einer einzigen Einheit verwaltet werden Bei einigen Unternehmen bestehen die intuitiven Risiken in mangelnder Transparenz und Single Points of Failure.

Abgesehen von der obigen starren Erklärung geht es bei der Diskussion über die dezentrale L2-Sortierlösung, die in den vorherigen Artikeln von YBB Capital erwähnt wurde, darum, ob es sich um die L2-Lösung des Sortierpool-Knotenabsteckens handelt, die Metis direkt für den Markt öffnet, oder um die L2-Lösung Bei Espresso Plan, einem neu gestarteten unabhängigen Projekt, geht es im Wesentlichen um die Verteilung des „Gewinnkuchens“ und die Raumerwartungen für zukünftige Marktspekulationen. Daher sind richtige Interessen und Legitimität die Schlüssel, die sich nur schwer vermeiden lassen.

Historischer Hintergrund und Design von Based Rollup

图源：@drakefjustin

Das Rollup-Konzept wurde zuerst von Vitalik Buterin, dem Gründer von Ethereum, vorgeschlagen. Seine ursprüngliche Idee bestand darin, einen völlig uneingeschränkten „Total Anarchy“-Zustand zu erreichen, um jede unbegrenzte Transaktionserweiterung zu ermöglichen für Menschen. Durch die Kombination der oben genannten Probleme mit dem aktuellen Sortierer schlug der Ethereum-Forscher Justin Drake im Jahr 2023 eine Lösung namens Based Rollups vor, bei der der Sortierer von Ethereum L1 selbst verwaltet wird. Der Inhalt ist wie folgt (Quelle siehe erweiterter Link 1):

Definition:

„Wenn die Reihenfolge der Aggregationen von der Basisschicht (L1) gesteuert wird, nennen wir sie L1-basierte oder L1-geordnete Aggregation. Konkret bedeutet L1-basierte Aggregation, dass der nächste L1-Antragsteller mit der L1 übereinstimmen kann Sucher und Builder arbeiten zusammen, um den nächsten Rollup-Block ohne Erlaubnis in den nächsten L1-Block aufzunehmen. Bitte beachten Sie, dass die Aktivität von nicht-basiertem Rollup mit Escape Hatches reduziert wird (Escape Hatches ist ein Sicherheitsmechanismus in Rollup, der es Benutzern ermöglicht, Assets sicher von L2 zurück zum L1-Master zu extrahieren, wenn ein Problem mit der Rollup-Systemkette auftritt . Es ähnelt einem Notausgang);

Zensurbasiertes MEV: Rollups mit Notluken sind anfällig für nachteilige MEV-Effekte durch kurzfristige Sequenzer-Zensur während Timeouts;

Gefährdet durch Netzwerkeffekte: Massenexits, die durch Ausfälle der Sequenzer-Liveness ausgelöst werden (z. B. für 51 % Angriff auf den dezentralen PoS). Sortiermechanismus) zerstört den Netzwerkeffekt von Rollup. Beachten Sie, dass Rollup im Gegensatz zu L1 keinen sozialen Konsens nutzen kann, um sich nach Ausfällen der Sequenzer-Lebendigkeit ordnungsgemäß zu erholen. In allen bekannten nicht-basierten Rollup-Designs ist der Massenausstieg das Damoklesschwert;

Gasstrafe: Über Rettungskapseln abgewickelte Transaktionen ziehen oft Gasstrafen für ihre Benutzer nach sich (z. B. weil Transaktionen nicht stapelweise gepackt werden) Suboptimale Datenkomprimierung).

• Dezentralisierung: Basierendes Rollup erbt die Dezentralisierung von L1 und verwendet natürlich die L1-Sucher-Builder-Vorschlags-Infrastruktur wieder. L1-Suchende und -Builder erhalten einen Anreiz, Rollup-Blöcke in ihre L1-Blöcke aufzunehmen, um den MEV des Rollups zu extrahieren. Dies schafft dann einen Anreiz für Anbieter von L1-Blöcken, Rollup-Blöcke auf L1 zu bündeln.

• Einfachheit: Die basierte Rollup-Sortierung ist die einfachste, sogar viel einfacher als die zentralisierte Sortierung. Das basierte Rollup erfordert keine Überprüfung der Unterschrift des Bestellers, keine Notausstiege und keinen externen PoS-Konsens.

Historische Anmerkung: Im Januar 2021 bezeichnete Vitalik die auf L1-Sortierung basierende Lösung als „vollständige Anarchie“, die das Risiko birgt, mehrere Rollup-Blöcke gleichzeitig einzureichen, was zu einer Verschwendung von Gas und Arbeitsaufwand führt. Das aktuelle PBS-Schema (Block Proposer-Builder Separation) kann die L1-Reihenfolge streng steuern, mit höchstens einem Rollup-Block pro L1-Block und ohne Gasverschwendung. Dadurch wird vermieden, dass die Beweisarbeit eines ZK-Rollups verschwendet wird, wenn Block n+1 des Rollups (oder n+k für k >= 1) einen SNARK-Beweis von Block n enthält.

• Kosten: Basierend auf Rollup gibt es keinen Gas-Overhead – es ist nicht einmal erforderlich, die Unterschriften von dezentralen oder zentralen Bestellern zu überprüfen. Die Einfachheit von Based Rollup reduziert die Entwicklungskosten, verkürzt die Release-Zeit und verringert den Gefährdungsbereich für Code-Schwachstellen. Die basierte Rollup-Sortierung ist außerdem tokenfrei, wodurch der regulatorische Aufwand tokenbasierter Sortierer entfällt.

• Im Einklang mit der wirtschaftlichen Ausrichtung auf L1: MEV, der aus dem Based Rollup stammt, fließt natürlich in die L1, auf der es basiert. Dieser Fluss stärkt die wirtschaftliche Sicherheit von L1 und erhöht im Falle einer MEV-Zerstörung die wirtschaftliche Knappheit der nativen Token von L1. Diese starke wirtschaftliche Integration mit L1 kann dazu beitragen, die Legitimität von Based Rollup zu stärken. Wichtig ist, dass Based Rollup trotz der Einbußen bei den MEV-Einnahmen die Möglichkeit behält, Einnahmen aus L2-Überlastungsgebühren zu generieren (z. B. L2-Grundgebühren in Form von EIP-1559).

• Souveränität: Obwohl die Sortierung an L1 delegiert wird, behält Based Rollup die Souveränität. Based Rollup kann über ein Governance-Token verfügen, Grundgebühren erheben und die Einnahmen aus diesen Grundgebühren können bei Bedarf verwendet werden (z. B. Optimism finanziert öffentliche Güter).

Nachteile:

• Kein MEV-Einkommen: Basierender Rollup übergibt MEV an L1 und beschränkt seine Einnahmen auf die Grundgebühren. Entgegen der Intuition kann dies den Gesamtumsatz von Based Rollup erhöhen. Der Grund dafür ist, dass es in der Rollup-Landschaft offenbar nur um Gewinner geht, wobei das siegreiche Rollup wahrscheinlich die Sicherheit, Dezentralisierung, Einfachheit und Konsistenz von Based Rollup nutzt, um die Vorherrschaft zu erlangen und letztendlich den Umsatz zu maximieren.

• Eingeschränkte Sortierung: Die Delegierung der Sortierung an L1 verringert die Sortierflexibilität. Dies macht bestimmte Bestelldienste schwieriger und möglicherweise sogar unmöglich:

• Vorabbestätigung: Eine schnelle Vorbestätigung ist für zentralisierte Bestellungen kein Problem und kann durch externen PoS-Konsens erreicht werden. Eine schnelle Prävalidierung mithilfe der L1-Sortierung ist ein offenes Problem bei vielen vielversprechenden Forschungsrichtungen, einschließlich EigenL, Einschlusslisten und Builder Bonds.

• Wer zuerst kommt, mahlt zuerst (FCFS): Die FCFS-Sortierung im Arbitrum-Stil ist nicht sicher, ob sie auf Based Rollup implementiert werden kann. EigenL kann ein Overlay von FCFS für L1-basiertes Rollup bereitstellen.

Benennung:

„Based Rollup“ Der Name kommt von der Nähe zur Basiskette (Base L1). Dies steht im Widerspruch zur kürzlich angekündigten Base-Chain von Coinbase, was ein wunderbarer Zufall ist. Tatsächlich teilte Coinbase in seiner Base-Ankündigung zwei Designziele mit:

• Tokenlosigkeit: „Wir haben keine Pläne, neue Netzwerk-Token auszugeben

  .“

• 去中心化 (decentralisation)：「 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 来实现无代币的去中心化。

图源：@jchaskin22

综上理论，Based Rollup可让任何人都可扩展到Rollup区块，把排序后的交易状态变化发布到L1即可从L2中提取MEV，让所有的排序和安全性均由以太坊L1提供。这样可以规避外部权益证明共识和特定的Rollup的Token需求，同时相比于其他Rollup为保住资产安全必不可少的”紧急逃生舱“功能相比，在Based Rollup的愿景中可以去除，其过程只需在保住以太坊安全运行的前提下，在Rollup上的交易既可顺利完成。

Based Rollup上的Taiko Labs

图源：Taiko官网

Taiko Labs是开发和推广Based Rollup的主要团队，而Based Rollup是Taiko Labs在以太坊第二层扩展解决方案方面的项目。其愿景是通过Based Rollup等创新技术，解决以太坊主网的扩展性问题。其主要有三个特点：

1.完全等同于以太坊的EVM(Type 1) ZK-EVM：使用的（Type1) zkEVM具备完全的以太坊兼容性，开发者可以无缝地在以太坊和Taiko之间迁移去中心化应用（dApps），而无需担心智能合约执行失败的风险；

2.开源：Taiko的所有源代码都公开在GitHub上，任何人都可以查看、构建或修改。这种开源模式确保了区块链技术的发展不仅局限于一个小团队的努力，还涵盖了全球范围内的社区和开发者；

3.完全去中心化：除了确保与EVM的高度兼容性，Taiko还致力于实现协议的完全去中心化。Taiko计划通过去中心化的提议者和验证者来提交区块和生成zkPs，从而保障系统的去中心化特性。

Taiko致力构建类型1完全等效于以太坊(fully Ethereum-equivalent)

的ZK-EVM，即Vitalik Buterin 在《The different types of ZK-EVMs》（见扩展链接2），中提到的追求完全且毫无妥协地与以太坊等效。其目的是与以太坊完全兼容来验证以太坊区块（至少可验证执行层，不包括信标链共识但包括所有的交易，智能合约和账户逻辑，且不会取代哈希，状态/事务树和其他共识逻辑），所以相比于其他类型，为接近原生解决方案，Type 1 是最具复杂性和挑战性的一种。

图源：Vitalik Buterin：《The different types of ZK-EVMs》

其他核心结构：

可竞争的Rollup(BCR - Base Competitive Rollup)

是Taiko Labs开发的一种创新型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，使得不同的参与者可以自由竞争提交区块和生成证明，从而提升整个网络的性能和去中心化程度，综合来看总结如下。

• 特点

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，提高了网络的去中心化程度。竞争者通过提供更优质的服务来赢得奖励和交易费用；

高效扩展：可以有效提升区块生成和验证的效率。多个竞争者可以并行工作，避免了单点瓶颈，提升了交易处理的速度和网络的扩展能力；

安全性：通过多方参与的竞争机制，提高了系统的抗攻击能力。多方竞争生成的区块和证明，增加了系统的透明度和安全性，难以被单一实体控制或攻击。

• 优势

EVM兼容：BCR与以太坊虚拟机（EVM）完全兼容，使得现有的以太坊智能合约和去中心化应用（DApps）可以轻松迁移到BCR上运行，而无需进行重大修改；

高吞吐量：由于BCR可以并行处理交易和生成区块，网络的吞吐量显著提高，能够处理更高的交易量，降低了交易成本和延迟；

去中心化：通过去中心化的区块生成和证明机制，确保了网络的去中心化特性，降低了被中心化实体控制的风险。

• 劣势

复杂性增加：系统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，智能合约复杂性让智能合约可能需要额外的逻辑来处理竞争结果；

潜在问题：在BCR的竞争机制下，多个竞争者同时计算和提交区块时，可能导致的费用上升，用户在使用BCR进行交易时可能面临较高的交易费用，尤其是在网络繁忙或竞争激烈的情况下。同时资源丰富的大节点可能在竞争中占据优势，造成中心化的集中。

基于助推器的Rollup(BBR-Based Booster Rollup)

助推器（Booster）在BBR中是一个特殊的参与者，它负责优化交易批次，对交易数据进行压缩和并行处理多个交易批次的作用，实际作用是将执行和存储进行分离，保持L2执行的同时L1保持去中心化，并且让智能合约在L1和所有BBR上的地址保持一致。

与此同时，它也面临系统复杂性增加、资源消耗、潜在中心化等问题的挑战。未来，BBR仍需要进一步优化和扩展，以满足区块链技术不断发展的需求。

图源：Taiko Labs

结语：

当下整体观察来看，Based Rollup算得上以太坊二层扩展方式的巨大转变，将Rollup的排序直接委托在一层提议者，利用提议者与构建者的分离设计， 让一层为 Rollup 执行所有的排序者角色。同时也让MEV得到扩展，这样 L2 搜索者可将交易捆绑发送给 L2 构建者，同样后者也是 L1 的搜索者，而这些完整的 L2 区块随后成为 L1 区块的一部分，最终由 L1 构建者和以太坊主网处理。

能否将Based Rollup假设为Rollup的最终解我们还有待考证，但不可否认的是它在现阶段是以太坊二层扩展的一次重大创新，为扩展提供了更安全，去中心化解决方案。如果将同等思维带入比特币生态，与有强可扩展性的以太坊实现原生且去中心化的VM相比，其实现难度都无可厚非，所以目前整个行业在解决真正去中心化扩展的问题上仍有很长一段路要走。

 

扩展链接：

【1】 Based rollups—superpowers from L1 sequencing https://ethresear.ch/t/based-rollups-superpowers-from-l1-sequencing/15016/1

【2】The different types of ZK-EVMs https://vitalik.eth.limo/general/2022/08/04/zkevm.html

参考文章：

【1】信用的游戏：被多签和委员会操控的Rollup们 https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=Mzk0OTYwMDM1Mg==&mid=2247486544&idx=1&sn=7a0ee8eb1d32e6ef0bd08354986c0a1f&source=41#wechat_redirect

【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 https://www.panewslab.com/zh/articledetails/id09jfto.html

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