從理論到實踐：Based Rollup能否實現L1排序驅動的Rollup方案

作者：YBB Capital Researcher Ac-Core

前言：

以太坊的工作原理是每個節點都會儲存並執行用戶提交的每筆交易，為對整個網路進行擴展，以太坊採用了Rollup解決方案。簡單來說它將大部分交易處理移到鏈下（L2），從而減輕以太坊主網（L1）的負擔並降低交易費用，即Rollup=L1的一組智能合約+L2的網路節點，即鏈上智慧合約和鏈下聚合器，它本身的結算、共識和數據可用性都依賴以太坊本身，僅負責執行交易。 L2網路節點由多個部分組成，其中最重要的是排序器，但目前Rollup的排序器都面臨中心化的問題。

Rollup和排序器

Rollup是以太坊（L1）的一種擴容解決方案，它在鏈下執行交易，將交易打包在區塊中。對於每個區塊，Rollup會將重建鏈狀態所需的資料（作為資料可用性的來源）發佈到資料可用層，並將鏈下執行正確性的證明發佈到結算層（Rollup有兩種類型，在ZK-rollup的情況下，每個區塊都發布零知識證明；而在Optimistic rollup的情況下，只有在發生爭議時才發布欺詐證明）,在EIP-4844後，當數據發布切換到blobs 時，可能會將此層稱為「資料發布層」。其中Rollup的智慧合約在L1上驗證所發布的證明，每個Rollup都會存在一個或多個橋樑來實現鏈之間的資料傳輸以及存款和提款。

在Rollup的實作邏輯中，排序器（Sequencer）是一個關鍵元件，它主要負責接收L2上的交易請求，確定其執行順序，並將交易打包成批次（Batch）最終傳送給L1上的Rollup智能合約，在提高交易處理效率和降低成本方面發揮了重要作用。

排序器的功能與運作原理主要有四個部分。

1.接收交易：排序器接收來自使用者或應用程式的交易請求。這些交易首先在L2上被處理，而不是直接在以太坊主網上進行；

2 排序交易：排序器負責對接收到的交易進行排序，確定它們的執行順序。這個過程類似於以太坊礦工在將交易打包成區塊之前所做的工作；

3 打包交易：排序器將已排序的交易打包成批次，這些批次包含了多筆交易的匯總信息；

4 提交到L1：最終，排序器將打包的交易批次提交到以太坊主網（L1），在主網上進行結算和資料存儲。這樣，L1便可以驗證並儲存L2上的狀態更新。

儘管Rollup技術提供了一種有效的擴展方案，但在排序器的設計和實施上仍然存在一些問題，首當其衝的是中心化問題，多數Rollup項目目前依賴中心化的排序器，通常由單一實體或少數實體控制，帶來的直覺風險是缺乏透明性和單點故障。

拋開上述刻板生硬的解釋，關於L2去中心化排序器解決方案的討論，在YBB Capital往期文章中提到的無論是Metis直接面向市場放開的排序池節點質押的L2方案，還是另起爐灶的獨立項目Espresso方案，其本質都是排序」利潤蛋糕「的分配和未來對市場炒作的空間預期，所以利益和正統性正確才是難以避忌​​的關鍵。

Based Rollup的歷史背景與設計

图源：@drakefjustin

Rollup概念最早由以太坊創始人Vitalik Buterin提出，其最初設想是實現一個完全無約束的「Total Anarchy（無政府）」狀態，以允許任何人無限制的交易擴展。結合上述當前排序器存在的問題，在2023年Ethereum Researcher ：Justin Drake，提出了將排序器由以太坊L1自身管理的解決方案Based Rollups，其內容如下（出處見擴展鏈接1）：

定義：

「當匯總的排序由基礎層（L1）驅動時，我們稱其為基於L1或由L1排序的匯總。具體地說，基於L1的匯總總是指下一個L1提議者可以與L1搜索者和建構者合作，無需許可地將下一個Rollup區塊包含在下一個L1區塊中。請注意，帶有逃生艙（Escape Hatches）的非Based Rollup 的活性會降低（逃生艙是Rollup 中的安全機制，允許用戶在Rollup 系統出現問題時，將資產從L2 安全地提取回L1 主鏈。

基於審查的MEV：帶有逃生艙的Rollups 在超時期間，容易受到短期內排序器審查帶來的不利MEV 影響；

網絡效應面臨風險：由排序器活性故障觸發的大規模退出（例如對去中心化PoS 排序機制的51% 攻擊）將破壞Rollup 的網路效應。請注意，與 L1 不同，Rollup 不能使用社會共識從排序器活性故障中優雅地恢復。在所有已知的非Based Rollup 設計中，大規模退出是達摩克利斯之劍；

Gas 懲罰：透過逃生艙結算的交易通常會為其用戶帶來Gas 懲罰（例如由於交易非批量打包的次優資料壓縮）。

• 去中心化（decentralization） : Based Rollup 繼承了 L1 的去中心化，自然復用了 L1 搜尋者 - 建造者 - 提議者的基礎設施。 L1 搜尋者和建構者受到激勵，在他們的 L1 區塊中包含 rollup 區塊來提取 rollup 的 MEV。然後這又會激勵 L1 區塊提議者在 L1 上打包 rollup 區塊。

• 簡潔性（simplicity）：Based Rollup 排序是最簡單的，甚至比中心化排序簡單得多。 Based Rollup 不需要驗證排序器簽名，不需要逃生艙，也不需要外部 PoS 共識。

歷史註釋：2021 年 1 月，Vitalik 將基於 L1 排序的方案稱為“完全無政府狀態”，這有同時提交多個 rollup 區塊的風險，導致 Gas 和工作量的浪費。現在的區塊提議者 — 建構者分離方案（Proposer-Builder Separation, PBS）可以嚴格控制的 L1 排序，每個 L1 區塊最多有一個 rollup 區塊，並且沒有 Gas 浪費。當 rollup 的 n+1 區塊（或對於 k >= 1，n+k）包含區塊 n 的 SNARK 證明時，可以避免浪費 ZK-rollup 的證明工作。

• 成本：Based Rollup 的 Gas 開銷為零 —— 甚至不需要驗證來自去中心化或中心化排序器的簽名。 Based Rollup 的簡潔性降低了開發成本，縮短了發佈時間，並減少了程式碼漏洞的暴露面積。 Based Rollup 的排序也是無需代幣的，避免了基於代幣的排序器的監管負擔。

• 與 L1 經濟一致（L1 economic alignment）：源自 Based Rollup 的 MEV 自然流向了其基於的 L1。這種流向加強了 L1 經濟安全，並且在 MEV 銷毀的情況下，提高了 L1 原生代幣的經濟稀缺性。這種與 L1 在經濟上的緊密結合可能有助於建構 Based Rollup 的合法性。重要的是，儘管犧牲了 MEV 收入，Based Rollup 保留了從 L2 擁塞費（例如 EIP-1559 形式的 L2 基礎費用）中獲得收入的選項。

• 主權性（sovereignty）：儘管將排序委託給了 L1，但 Based Rollup 保留了主權性。 Based Rollup 可以有一個治理代幣，收取基本費用，並且可以在適當的時候使用這些基本費用的收益（例如 Optimism 為公共產品提供資金）。

缺點：

• 無 MEV 收入：Based Rollup 將 MEV 放手給了 L1，使其收入限制為基本費用。反直覺的是，這可能會增加 Based Rollup 的總收入。原因是 rollup 的格局似乎是贏家通吃，獲勝的 rollup 可能會利用 Based Rollup 的安全性、去中心化、簡潔性和一致性來實現主導地位並最終實現收入最大化。

• 受約束的排序：將排序委託給 L1 會降低排序彈性。這使得某些排序服務變得更加困難，甚至可能是無法實現的：

• 預先確認：快速預確認對於中心化排序不是問題，並且可以透過外部 PoS 共識來實現。使用 L1 排序進行快速預先確認是一個開放性問題，有著許多有前景的研究方向，包括 EigenL、打包交易清單 (Inclusion Lists) 和建構者債券 (Builder Bonds)。

• 先到先得 (FCFS)：Arbitrum 式的 FCFS 排序不確定能否在 Based Rollup 上實現。 EigenL 可能給予 L1 排序的 Based Rollup 提供 FCFS 的覆蓋層。

命名：

「Based Rollup」 這個名稱源自於與基礎鏈 (Base L1) 的親近性。這與 Coinbase 最近宣布的 Base 鏈有所衝突，是一個奇妙的巧合。事實上，Coinbase 在他們的 Base 公告中分享了兩個設計目標：

• 無代幣 (tokenlessness)：「我們沒有發行新網路代幣的計劃。」

• 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

以上是從理論到實踐：Based Rollup能否實現L1排序驅動的Rollup方案的詳細內容。更多資訊請關注PHP中文網其他相關文章！