基于Rollup的区块链扩容技术深度解析

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本文探讨了基于以太坊的Based Rollup技术,该技术通过直接利用L1层提议者作为共享排序器,继承基础层的活跃性和去中心化特性。与传统Rollup相比,Based Rollup无需依赖中间件区块链或外部共识机制,在保持简单性的同时增强了经济协调性和可信中立性。文章分析了中心化排序器、共享排序器和Based排序三种架构的优劣,指出Based Rollup能有效解决现有方案在互操作性、MEV滥用和抗审查方面的缺陷。尽管存在MEV收入损失等潜在缺点,但通过EigenLayer等技术可实现快速预确认,平衡安全性与用户体验。首个Based Rollup项目Taiko预计2024年Q1上线主网。

本文灵感来源于justin的研究成果,由arixon参与撰写。文章部分观点源自charlie 和 dan的早期工作。特别感谢barnabe、mike 和 Justin 对初稿提出的宝贵意见。

以太坊L1的核心特性在于所有应用都在共享状态机上以原子方式运行,但随着以rollup为中心的扩展路线图推进,这一特性正面临挑战

当前rollup方案在本地应用层面运行良好,但由于固有的顺序瓶颈,单个rollup能支持的应用程序数量有限,且不同rollup间的通信设计并不完善。监管压力和互操作性缺失正推动中间件区块链(或超级链框架)的发展,通过共享排序实现流动性共享和原子可组合性。

这种演进可能导致每个新L2都需要依赖第三方中间件(共享排序器服务)来实现有效通信。这种架构的重要权衡在于,rollup不再继承L1的基础活力保证(这正是以太坊独特之处),也削弱了其可信中立性核心价值,因为rollup需要依赖以太坊之外的共识机制。

基于rollup提出了一个不同愿景,将基础层的中立性和活力作为首要原则。这个愿景具有包容性,不与现有rollup形成竞争关系。Optimism等平台可以转型为基于rollup,同时保持其商业模式。

基于Rollup的本质

基于(或L1排序)rollup是rollup的特殊子集,其排序机制直接继承L1的活力和去中心化特性,在经济层面也与基础L1高度一致。具体而言,基于rollup允许下一个L1提议者与非许可的L1搜索者和构建者合作,将下一个rollup区块包含在L1区块中。

基于rollup的独特之处在于它们既能继承基础层的活力属性,又能在不依赖中间件区块链的情况下实现互操作性,从而增强可信中立性而不降低效率。这些特性在与其它rollup架构对比时体现得尤为明显。

Rollup架构演进

目前大多数rollup采用中心化排序器,从内存池收集交易并批量发布到L1。这种设计的优势在于能为用户提供快速预确认,同时降低早期无欺诈证明rollup的风险。当排序器由可信实体(如乐观基金会)运营时,无效状态转换的可能性显著降低。

中心化排序器的主要问题(除潜在的MEV滥用外)是构成单点故障,影响活力和抗审查性。虽然现有rollup提供出口通道和强制包含机制,但实际使用成本高昂,多数L2用户难以承担。另一个潜在风险是监管机构可能通过排序器强加KYC或制裁要求。

共享排序器方案(如Espresso系统Astria)旨在解决这些问题,提升去中心化程度和互操作性。这种设计的一个优势是现有rollup(无论是optimistic还是zk)都能采用,在保持去中心化的同时实现原子组合能力。

但外部共享排序器模型也存在劣势:rollup无法继承基础层的活力属性(这一抗审查关键因素常被低估),且可能需要发行专属代币(或参与特定MEV提取模式),导致与基础层的经济一致性降低。

基于rollup直接利用L1提议者作为共享排序器,无需依赖外部共识系统(如Espresso的HotShot)及其附带的中介代币或MEV策略,从而更好地继承基础层的中立性。

互操作性实现

通过利用基础层的构建者和提议者,基于rollup能在同一区块内提交批次,保持rollup间的互操作性,无需额外中间件。虽然中心化排序能轻松实现100毫秒级的快速预确认,但通过EigenLayer(包含列表、SSLE和MEV增强)同样可以实现L1排序的快速预确认。

简洁性优势

基于排序极为简洁,比中心化排序简单得多(尽管预确认机制引入了一定复杂性)。它不需要排序器签名验证、逃生通道或外部PoS共识。目前基于排序(无预确认)已在测试网运行,首个基于rollup项目Taiko计划于2024年第一季度上线主网。

基于Rollup提案

以太坊相比Solana或Cosmos BFT链的一个关键优势是其能在停滞时自我修复(活力保证的直接体现)。这种动态可用性设计使基础层在对抗性环境中异常强健——事实上,抵御第三次世界大战是明确的设计目标。

虽然普遍认为强制包含设计能让rollup利用L1活力,但现实是非基于rollup在活力方面存在缺陷(即使有出口通道)。相比基于rollup,非基于rollup结算保证较弱(交易需等待超时)、易受有毒MEV影响(短期排序器审查所致),且用户退出需要承担时间和Gas成本(非批处理数据压缩效率低)。

基于rollup的核心思想是使用L1提议者-构建者分离机制直接包含L2 blob(含压缩数据),而非依赖排序器。这种方式完整继承了L1的所有特性。Arbitrum最初实现就是基于rollup,后来为加速交易才引入排序器。基于预确认解决了这一矛盾。待EigenLayer、包含列表和SSLE上线(延长提议者前瞻窗口),基于rollup将能在不影响用户体验的前提下继承L1的活力和抗审查特性。

这一愿景具有普惠性,不与现有rollup及其收入模式形成竞争。基于rollup保留从L2拥堵费(如EIP-1559式基础费用)中获利的选项,尽管可能牺牲部分MEV收入。同时,基于rollup仍可拥有治理代币、收取基础费用,并自主决定资金用途(如Optimism的公共物品资助模式)。

总结展望

Rollup协议设计具有模糊性,不存在绝对的”正确”去中心化或安全标准。当前行业趋势是推动rollup采用具有外部共识的区块链中间件以实现去中心化排序和跨域互操作性,而基于rollup提供了一种更简单、中立且经济高效的替代方案。

带快速预确认的基于rollup正在验证一个假设:应用开发者(及其用户)是否能在不牺牲效率的前提下,充分享受以太坊的活力和可信中立超能力基于预确认的引入消除了用户体验方面的权衡顾虑。

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