基于以太坊排序的Based Rollup

主要内容

• Rollup网络存在各种风险，最近，与Sequencer相关的风险正被强调。

• “Based Rollups”指的是rollup网络的排序发生在rollup所基于的 L1 上。

• 使用Based Rollups的优势在于继承了以太坊的去中心化。然而，它在MEV盈利能力和延迟方面存在缺点。

• Taiko 是一个具有代表性的rollup网络，它利用了Based Rollups方法。

1. 介绍

毫无疑问，2022 年至 2023 年是以太坊 Layer 2 崛起的一段时期，在此期间各种rollup网络激增。在Optimistic rollup领域中，Arbitrum 和 Optimism 已经牢固地占据了总锁定价值 (TVL) 的前 10 名。同时，在 zk rollups 领域，第二波 Layer 2 即将到来，尤其是随着 Polygon 的 zkEVM 的推出和 zkSync Era 主网的启动。

1.1 Rollup的各种风险

(截至 2023 年 4 月 15 日的数据 | 来源：l2beat)

然而，由于各种以太坊 layer 2 网络的快速增长，并非所有网络都符合 proper rollup 的标准。上表分析了现有rollup网络的风险，由 l2beat 提供。每个项目都描述了rollup网络所采取的方法，黄色表示轻微风险，红色表示重大风险。

1. 状态验证（State Validation）：由于 Rollup 网络在链下执行计算，因此它必须向以太坊证明其计算结果的有效性。此类别按如何实现此验证进行分类。对于 zk-rollups，这可以通过零知识证明（zk-SNARK、zk-STARK）来完成。在 optimistic rollups 的情况下，至少一个诚实的实体应负责欺诈证明，但许多网络尚未建立欺诈证明系统，即使有，也还有很长的路要走，因为只有白名单实体可以提交欺诈证明。

2. 数据可用性（Data Availability）：基于用于计算的交易数据存储位置的分类。以太坊上的链上存储是最安全的。在外部 (DAC) 的情况下，交易数据由一组称为数据可用性委员会的实体在链下管理，而在 Optimistic (MEMO) 的情况下，交易数据由去中心化存储网络管理，这是 Metis Andromeda 使用的方法。

3. 可升级性（Upgradability）：Rollup 网络在以太坊网络上具有智能合约，该智能合约被分类为是否可升级。不可升级意味着代码是不可变的，这是最安全的，并且通常在决定升级后会有几天的延迟，或者在最坏的情况下，中心化实体无需任何批准即可升级 rollup 合约。在最后一种情况下，如果中心化实体愿意，它可以窃取你的所有资金（尽管这种情况极不可能发生）。

4. Sequencer 故障（Sequencer Failure）：Sequencer 负责确定用户交易在rollup网络上的顺序，此类别对所有Sequencer离线或审查时该怎么办进行分类。使用 L1 进行交易意味着用户可以通过以太坊提交交易以将其添加到rollup网络中，而强制退出到 L1 意味着用户可以强制 Sequencer 插入提款交易。最糟糕的情况是没有机制，如果 Sequencer 离线或审查，用户将无法追索。

5. 验证器故障（Validator Failure）：验证器是负责将rollup网络状态（如果是zkRollup，则为 ZKP）提交给以太坊网络的实体，本节对验证器脱机时该怎么办进行分类。建议区块允许任何人在一段时间后成为验证器，而 Escape hatch (MP) 允许用户通过提交 Merkle 证明安全地提取其资产，这两种方法都非常安全。Escape hatch (ZK) 要求用户提交 ZKP，这对于个人执行来说是一项相当困难的任务，而 Propose blocks (ZK) 除了生成 ZKP 之外，还需要节点执行 ZKP。同样，最糟糕的情况是没有机制，这意味着如果验证器出现故障，所有用户的资产都将被冻结。

1.2 Sequencer 的重要性

到目前为止，我们已经介绍了各种风险，但随着许多 rollups 变得越来越大，其中一个热门话题是Sequencer和验证器的故障。Optimism Network 已发展成为 TVL 上第六大网络，但如果列入白名单的验证器脱机，用户的资金可能会被冻结，并且在最近发布的 zkSync Era 中，无法处理Sequencer和验证器脱机的情况。

造成这种担忧的原因是，目前存在的大多数 rollup 网络都运行着中心化的Sequencer。让我们来看看主要的 rollup 网络如何运行它们的Sequencer：

• Optimism： Sequencer和验证器都是中心化的，由基金会运行 (Sequencer address: 0x68...2985, validator address: 0x47...3A33)。即使中心化的 Sequencer 离线或受到审查，用户仍然可以通过 L1 强制将交易发送到 L2 网络，因为上述“使用 L1 进行交易”是可能的。但是，如果验证器脱机，用户将无法从 L2 提取到 L1。Optimism 计划未来去中心化 Sequencer，他们表示这将通过引入经济博弈论和治理机制来解决。

• Arbitrum： Sequencer是中心化的，由基金会运营（Sequencer address：0xC1...47cc），验证器是 13 个列入白名单的 实体。即使中心化的 Sequencer 离线或受到审查，用户仍然可以通过 L1 强制执行 L2 网络上的交易，因为上述“使用 L1 进行交易”是可能的。与 Optimism 不同，这里还有一个欺诈证明系统，但只有列入白名单的验证器才能访问它，如果所有验证器都脱机且这种情况持续超过 7 天，则任何人都可以成为验证器并进行提款。Arbitrum 计划未来去中心化Sequencer。

• zkSync Era： 有一个中心化的运营商充当 Sequencer 和验证器（运营商地址：0x11...2211）。该项目仍处于起步阶段，因此无法解决运营商的任何问题。zkSync Era 计划通过创建一个名为验证器和守护者的角色家族，未来去中心化运营商。

• Polygon zkEVM： Sequencer由基金会以中心化的方式运营（Sequencer address: 0x14...2800），提交 ZKP 的验证器（Polygon zkEVM 中的 Aggregator）也是中心化的（Aggregator address: 0xdA...86eA）。如果 Sequencer 发生故障，用户的资金将被冻结，但如果 Aggregator 发生故障，任何人仍然可以提交 ZKP 以从 L2 提取到 L1。Polygon zkEVM 稍后将使用一种名为 PoE 的共识算法来去中心化 Sequencer 和 Aggregator。

由于 Sequencer 和验证器的中心化，最近出现了一些尝试去中心化 rollup 网络排序的项目。例如 Astria、Espresso、Radius、OP Stack 和 Suave。它们为 rollup 网络提供自己的Sequencer网络，以便 rollup 网络中的节点只需要进行计算，但它们决定交易的顺序并将其交给 rollup 网络。相反，以太坊基金会研究员 Justin Drake 提出了另一种方法，称为 Based rollups。

2. Based Rollups

“Base 可以通过变成 based 来实现无代币的去中心化。”——Justin Drake

这是以太坊基金会研究员 Justin Drake 对 Based Rollups 的介绍的最后一句话。这是否意味着 Coinbase 推出的 rollup 网络可以利用 Based Rollups 的一种形式来实现无代币的去中心化？（请注意，Based Rollups 和 Coinbase 的 Base 除了名称相似之外，没有其他关系）。

2.1 概述

Based Rollups（或 L1 排序的 Rollups）意味着 rollup 网络的排序发生在 rollup 所基于的 L1 上（在大多数情况下，是以太坊网络）。更具体地说，对于以太坊，这意味着网络上的搜索者、构建者和提议者都参与了 rollup 网络的排序。

2.2 区块生成参与者

(MEV-Boost | 来源: Flashbots)

目前，大多数以太坊网络区块都是通过一种名为 MEV-Boost 的中间件创建的，未来，这个过程将被构建到以太坊协议本身，即提议者-构建者分离 (PBS)。在这种方法中，搜索者最初监听 mempool，识别 MEV 机会，将它们捆绑在一起，然后将它们提交给构建者。构建者获取 mempool 中的交易和他们从搜索者那里收到的捆绑包，并使用他们自己的算法来创建最大化 MEV 收入的完整区块，然后将其交付给提议者并添加到以太坊网络。

在这个过程中，搜索者和构建者竞标他们可以产生的几乎所有 MEV 收入，以获得他们捆绑包和交易的选择，其效果是 MEV 收入从搜索者 - 构建者 - 提议者流动。

2.3 Based Rollups 的优势

Based Rollups 相比于自己处理排序的传统 rollup 网络，具有许多优势。首先，它们依赖以太坊来对交易进行排序，因此它们受益于以太坊的活跃性（liveness）。当我们在上面查看不同 rollups 的风险时，我们看到如果 Sequencer 或验证器出现故障，可能会发生很多问题，但对于 Based Rollups，除非以太坊网络发生问题，否则这种风险不存在。

第二个是去中心化。Based rollups 仍然可以利用在以太坊网络上创建区块的各种参与者，并且当他们在 Based Rollups 的 mempool 中看到 MEV 机会时，任何人都可以无需许可地加入排序。

第三个是与以太坊的经济一致性。如果在 Based Rollups 中识别出 MEV 机会，以太坊网络上的搜索者和构建者将提交相应的出价来对其进行排序，因此来自 Based Rollups 的 MEV 收入的价值将自然地流入以太坊 L1。

第四个是简单性。以 Based Rollups 形式的rollup网络也比拥有中心化的Sequencer更简单。Based Rollups 不需要验证Sequencer的签名，构建 escape hatch（一种允许用户在验证器安全脱机时提取资金的系统），或者稍后为去中心化的Sequencer引入新算法。

第五，不需要代币。传统的 rollup 网络需要代币的存在，以便稍后去中心化Sequencer。但是，由于 Based Rollups 的排序是在以太坊网络上完成的，因此不需要代币。

2.4 Based Rollups 的劣势

Based Rollups 也有许多劣势。首先，rollup 网络自己的 MEV 收入流入以太坊 L1，并且不会在 L2 上积累价值。但是，除了 MEV 收入之外，提交交易的基础费用可以在 L2 端积累。

其次，存在排序限制。由于 Based Rollups 完全依赖于以太坊网络上的排序过程来对交易进行排序，因此很难引入他们自己的排序过程。此外，依赖以太坊进行排序的缺点是它遵循以太坊的最终性，这可能对 UX 非常不友好，但是许多研究人员目前正在研究通过 EigenLayer、包含列表、构建者债券等方式提前实施最终性的方法。

3. 示例

尽管 Based Rollups 是否会被应用尚不确定，但 Taiko（一个著名的 Layer 2 zkEVM 项目）在 ethresearch 上发布了一篇研究报告。

(来源: Taiko)

如果 L2 应用 Based Rollups，MEV 的流动方式如下：

• L2 搜索者捆绑 L2 交易并将其发送给 L2 的区块构建者。

• L2 区块构建者创建 L2 区块，然后将其发送给 L1 搜索者，并且可以用作 L1 捆绑包的一部分。

• 请注意，在发送到 L1 时，L2 区块必须以私有顺序流发送，否则 MEV 可能会被盗。

综上所述，如果 L1 搜索者同时监视 L2 和 L1 的 mempool，他们可以使用 Based Rollups 提取以太坊和 L2 之间的跨链 MEV，并且 L2 的 MEV 价值可以在以太坊中积累。

4. 最后的思考

随着各种 rollup 网络的增长，人们越来越关注中心化的Sequencer。虽然有很多排序层项目可以解决这个问题，但 Justin Drake 的 Based Rollups 是一个令人耳目一新的想法。

我已经在上面提到了缺点，但在我看来，Based Rollups 最大的弱点是盈利能力和缓慢的最终性。以太坊网络区块生产者参与 Based Rollups 排序的唯一动机是 MEV 收入，这可能并不划算。此外，由于排序发生在以太坊网络上，因此它们不是受益于以太坊的活跃性，而是被锁定在缓慢的最终性中。如果目前存在中心化问题的 Sequencer 部分也由以太坊处理，可以说它更接近于真正的 rollup，但在 Based Rollups 得到广泛使用之前，还需要进一步研究激励计划和抢先授予完整性的方法。

美国最大的加密货币交易所 Coinbase 推出了自己的 rollup 网络 Base，其有两个设计目标：1) 无代币和 2) 去中心化。Base 发布了一个通过利用 Optimism 的 OP Stack 来实现这一目标的路线图，但是通过采用名称相似的 Based Rollups 方法可以轻松实现这两个目标。如果你是一家构建区块链网络的企业，并且你正在寻找高可扩展性和去中心化，并且你无法铸造代币，那么 Based Rollups 可能是一个不错的选择。

感谢 Kate 为本文设计了图形。

• 原文链接： 4pillars.io/en/articles/...
• 登链社区 AI 助手，为大家转译优秀英文文章，如有翻译不通的地方，还请包涵～