无信任跨Rollup互操作性发展现状、技术构建与未来挑战解析

介绍

以太坊正在经历一场令人瞩目的Cambrian爆发式增长。L2Beat数据显示，目前已有91个活跃的L2和L3项目，还有82个项目即将上线。这种快速扩张也带来了流动性分散、用户体验碎片化和开发工具不统一等挑战。现有的互操作性解决方案虽然有所进步，但仍然存在诸多不足，主要依赖于第三方桥接、外部包装资产和意图框架等组合方案。

流动性桥接协议往往成为黑客攻击的主要目标，比如Wormhole桥接遭遇的3.21亿美元黑客事件就令人记忆犹新。外部包装资产也并非理想选择，数据显示用户更倾向于持有原生资产——L2Beat统计显示，通过规范桥接的资产价值高达220亿美元，而外部包装资产仅有30亿美元。

意图框架则需要用户信任第三方中介，并需支付额外费用来促进跨Rollup活动。Degen链用户就曾因使用非规范桥接而损失超过80%的代币价值。此外，中心化的意图框架可能导致市场竞争不足，进而影响定价和服务质量。

本文将深入探讨六个层级的碎片化Rollup生态系统互操作性解决方案。我们从最基本的源Rollup异步提现到L1再手动桥接至目标Rollup的默认方案开始，逐步分析直至理论上可以实现单笔交易完成的跨Rollup组合架构。每个层级的互操作性都将从用户体验、开发者体验、MEV潜力以及对Rollup基础设施的影响等维度进行评估。

本文聚焦于以太坊及其L2生态，特别关注无需信任的互操作性方案。这里的”无信任互操作性”特指那些仅依赖Rollup必需基础设施、无需第三方中介的协议内通道。

预赛

定义

无信任互操作性的核心在于共享资源的可获得性。在以太坊L1环境中，所有智能合约共享同一状态空间，自然具备最高级别的互操作性。然而L2仅通过独立的桥接合约与结算层相连，这大大限制了互操作性。

推动无信任互操作性发展的关键基础设施包括共享排序器、超级构建者和共享结算层。这些共享组件提供的保障和新功能虽然相关但本质上是正交的。

共享排序器/超级构建者主要提升交易速度和用户体验；共享结算层则实现了无需外部包装的资产交换和协议内消息传递。

首先我们明确六个层级的无信任互操作性定义：

L1异步互操作性：通过L1手动转移资产，Rollup在该层完成结算。

原子包含：保证跨Rollup交易包中的所有交易要么全部被包含在每个参与Rollup的下一个区块中，要么全部不被包含。

共享结算：多个Rollup通过相同的桥接合约连接到L1。

原子执行：保证跨Rollup包中的所有交易要么全部被包含并成功执行在每个参与Rollup的下个区块中，要么全部不执行。成功执行指交易不回滚且在每个Rollup的更新状态中得到反映。

区块级组合性：对跨Rollup交易包的下个区块保证可以包含依赖交易（如Rollup B上的tx B依赖于Rollup A上的tx A结果）。

交易级组合性：智能合约级别的互操作性，单笔交易即可在多个Rollup上同时引发状态变化（无需捆绑）。在任何Rollup上使用协议在逻辑上等同于在单链上使用不同智能合约，关键是在任何调用前的状态变化可在返回时回滚。

为深入理解每个层级，我们将通过以下关键用例展示其功能特性以及对用户、开发者、Rollup和MEV搜索者的影响。

说明性示例

相同代币转移：在两个Rollup间交换Eth为Eth或ERC-20为ERC-20。

代币购买：使用Rollup A的Eth/ERC-20在Rollup B的DEX购买不同ERC-20，并可选择返回Rollup A。

影响

我们将回答以下问题来评估每个层级对关键利益相关者的影响：

用户体验：该层级的互操作性如何改变用户体验？

开发者体验：开发者体验将发生哪些变化？

MEV潜力：该层级会催生哪些新的MEV机会？

Rollup影响：Rollup需要采用哪些新基础设施？费用结构会有何变化？参与该基础设施可能带来哪些潜在收益？

高层概述

关键利益相关者变更概述

通向无信任互操作性的六级进展

1. L1异步互操作性

所需基础设施

不适用

这是当前无信任互操作性的默认模式。所有Rollup都基于L1作为结算层构建，只能通过桥接合约访问L1来定期发布状态更新以确保网络安全。

在这种模式下，执行任何跨Rollup活动的唯一规范方式是通过规范桥接从源Rollup提取资产，待其在L1可用后手动存入目标Rollup。

乐观Rollup的提现延迟约为7天（考虑故障证明窗口），而ZK Rollup的提现延迟则不太确定，ZkSync的延迟可能在15分钟到1天之间。

虽然可以使用智能合约进行点对点原子交换，但这只是小规模用例且难以扩展。

目前存在的第三方解决方案包括流动性桥接和意图框架。我们的两个示例都需要依赖这些第三方方案。

自我发送：规范方式需从Rollup A提取资产再手动存入Rollup B；第三方方案可使用流动性桥接或求解网络。

跨Rollup限价单：规范方式需从Rollup A提取资产、手动存入Rollup B、执行限价单，若要返回还需外部包装目标ERC-20；第三方方案则包括新兴的跨Rollup限价单解决方案和使用意图的设计。

由于这是默认情况，我们不再讨论其对用户体验、开发者体验、MEV和Rollup的影响。

2. 原子包含

所需基础设施

共享排序器*

原子包含仅保证跨Rollup交易包会被包含在下个区块中。这通常需要共享排序器，但如果两个Rollup的排序器未达最大吞吐量，理论上也可手动实现（可单独向每个Rollup提交交易）。因此我们在所需基础设施上标注星号。

由于共享排序器不一定运行每个连接Rollup的完整节点，无法保证交易的成功执行。它只能保证交易格式正确且会被包含，不一定保证成功执行。

缺乏执行保证意味着无法在无回滚风险的情况下程序化利用原子包含。因此实际上这与L1异步互操作性处于相同状况。

考虑仅使用原子包含保证启动简单跨Rollup交换：交易1在源Rollup锁定/销毁代币，交易2在目标Rollup铸造代币给用户。虽然可获得原子包含保证，但如果交易1回滚而交易2不回滚，将导致目标链错误铸造而源链未锁定/销毁，造成双重支出问题。

任何互操作性解决方案（流动性桥接、意图框架或xERC-20交换）都面临此风险且无法缓解。因此现有方案要求源链交易必须成功执行并包含在区块中，才能通过中继器传递消息并在目标链执行第二笔交易。

关键结论：原子包含对互操作性潜力无实质性影响。

3. 共享结算

所需基础设施

证明聚合层/共享桥接合约

这一阶段开始变得有趣。通过共享桥接合约，所有从L1存入Rollup生态的流动性可在连接的Rollup间自由流动。此前我们只能通过规范渠道、外部包装资产或第三方方案在Rollup间交换。

为何需要共享桥接合约？要理解其如何实现无信任资产转移，先考虑若能在Rollup A销毁以太币后在Rollup B本地铸造而不通过L1共享桥接合约会发生什么。

每个Rollup将与主网桥接合约不同步。Rollup B的桥接合约仍显示50以太币，用户无法将其1以太币提现至L1。

为解决此问题，开发了外部资产包装协议，发行Rollup间外部包装代币代表网络某处的本地版本。

有了共享结算层则不同。由于所有连接Rollup的流动性锁定在同一桥接合约中，可在Rollup间自由移动，因为桥接合约总价值保持不变且始终可提取。

只需在L1合约级别更新流动性位置以允许用户从任何地方提取，这很简单因为所有连接Rollup都可读写共享合约。

在共享结算层下，简单自我发送流程如下：用户创建初始交易在Rollup A提取以太币（附带Rollup B铸造消息）；交易被打包提交至L1合约；聚合到共享结算Rollup的交易根中；Rollup B导入交易根；中继者提交带默克尔证明的铸造交易至Rollup B；Rollup B验证销毁交易；用户在Rollup B获得铸造的以太币；Rollup B将证明提交至L1。

此流程可扩展至共享结算生态中所有具有合约的ERC-20代币。共享桥接合约可视作所有连接Rollup间的协议内消息层，理论上可扩展至任意消息标准。

这使我们更接近可组合性，但由于需聚合证明和等待状态变化反映在L1后中继消息，延迟仍较高（虽显著低于L1异步情况）。复杂跨Rollup活动（如在Rollup B使用DEX从Rollup A发起跨Rollup限价单）对用户仍繁琐，需先自我发送再在目标Rollup手动交换，无法创建原子跨Rollup批量交易。

共享结算的另一重要优势是减轻流动性提供者或求解者在多环境中完成订单的摩擦。因其在所有连接Rollup上的流动性反映在同一桥接合约中，无需等待完整提现窗口管理跨Rollup流动性。

对利益相关者的影响

用户：现在可以原生形式转移资产而无需L1提现时间。

开发者：变化主要影响代币发行者，他们现在可使用协议内消息在所有连接Rollup上发行ERC-20原生版本。

MEV搜索者：由于发生在各Rollup的多个区块上，无新MEV机会。

Rollups：需选择使用共享桥接合约，可能增加预编译处理跨Rollup消息。

关键结论：共享结算允许所有共享桥接合约和证明聚合层的Rollup间进行非外部包装的资产转移和任意消息传递，但仍存在显著延迟（虽远短于L1异步），且无法创建跨Rollup原子批量交易。

4. 原子执行

所需基础设施

共享排序器/超级构建者

原子执行保证跨Rollup交易包的成功执行，但需注意依赖交易的跨Rollup捆绑用例比预期少。若捆绑中任何交易回滚，其他交易都将无效并回滚，如在跨Rollup代币销毁和铸造时。目标Rollup的铸造依赖于源Rollup的销毁/锁定，因此这种销毁和铸造交易是依赖交易的捆绑。

没有中介（如超级构建者）创建目标交易，就无法构建此类捆绑。考虑无用户外其他方时跨Rollup交换捆绑的要求：需在源Rollup锁定/销毁资产并在目标Rollup铸造，但会遇到问题：源Rollup合约只能在锁定/销毁资产时发出消息，不能调用并在目标Rollup创建交易——这正是消息协议和中继网络存在的原因。消息可用于构建目标调用但实际无法创建交易。

在目标Rollup创建铸造交易：用户无权在Rollup B铸造；目标链需证明源链已销毁/锁定代币，但该证明需在初始交易执行后获得，这会破坏原子性；任何其他有权铸造的方理论上可不经源链销毁就在目标链铸造，这是重大漏洞。

可见即使能保证跨Rollup捆绑执行，在构建有价值资产转移时仍面临困难。但对无依赖的跨Rollup捆绑仍有原子执行用例，如跨Rollup套利：

由于这些交易无严格依赖，任何人都可创建原子捆绑提交共享排序器以保证原子执行。

但要获得原子执行保证，Rollup需选择加入共享排序器和超级构建者（需运行所有连接Rollup的完整节点），因此从原子执行到区块级组合性的跨越相对较小。唯一需要改变的是区块构建者或其他第三方需能代表用户创建交易以完成依赖的跨Rollup捆绑。

不太可能建立仅支持原子执行而不进一步实现可组合性的基础设施。鉴于基础设施已支持原子执行，直接实现完整区块级组合性的相对收益远超过实现难度。

对利益相关者的影响

用户：可能无变化，尽管第三方方案如意图可能是原子的，但具体方式尚不明确。

开发者：可能无变化。

MEV搜索者：因原子执行，跨Rollup套利更安全。

Rollups：需选择使用共享排序器/超级构建者提交希望互操作的每个Rollup的交易，可能改变Rollup收入结构（尚不明确）；排序市场可能通过允许复杂构建者购买ToB空间增加Rollup收入。

关键结论：虽然跨Rollup捆绑交易可保证原子执行，但若无超级构建者创建部分捆绑，尚不清楚这些捆绑如何构建，因此单靠原子执行不太可能影响互操作性。共享排序器/超级构建者默认应构建区块级组合性。

5. 区块级组合性

所需基础设施

共享排序器/超级构建者/证明聚合层*/共享桥合约*

在共享排序器和共享结算层讨论中常用”同步组合性”术语。我们稍作修改使其更具描述性。”区块级组合性”意味着跨链交易捆绑可在两个Rollup间组合，这些交易将被成功包含并执行在下个区块中。”同步组合性”可能与下一节讨论的”交易级组合性”混淆。关键是需要中介方（共享排序基础设施）作为依赖交易捆绑的指挥者和创建者。

这一层级开始展现Rollup间真正的组合性，而不仅是通过自我发送参与其他Rollup的dapp。通过添加可创建交易的共享排序器，现在能创建开发者可程序化利用的跨Rollup捆绑。

需考虑两种情况：仅有区块级组合性；区块级组合性加共享结算层。两种情况下都可创建更复杂的跨Rollup活动捆绑，但有共享结算层时能使用原生资产，可能对跨Rollup DEX活动产生更好价格影响。

区块级组合性兼具原子执行优势和创建依赖交易捆绑能力。我们来看两个示例：

通过xERC-20转移相同代币（无共享结算）：用户持有ERC-20；通过dapp创建交易：存入xERC-20锁箱获取xERC-20包装版，销毁xERC-20，发送消息表明启动跨Rollup转移；超级构建者获取交易并创建跨Rollup捆绑：交易1为上述包装销毁交易，交易2在Rollup B铸造xERC-20；超级构建者提交捆绑至共享排序器（因运行全节点可模拟交易保证成功执行）；共享排序器提交含这两交易的区块至DA层；用户在Rollup B获得铸造的xERC-20。

有共享结算层时流程更简化，因无需先将ERC-20包装为xERC-20交换。

再看跨Rollup限价单用例（用Rollup A的初始ERC-20购买Rollup B的ERC-20并返回Rollup A，假设无共享结算）：需交易包括在A包装销毁ERC-20，在B铸造xERC-20，在B用初始xERC-20交换目标ERC-20，在B包装销毁目标ERC-20，在A铸造xERC-20。流程如下：

用户发起第一笔交易包装销毁xERC-20并发送含交换参数的消息；超级构建者创建捆绑：交易1为用户交易，交易2在目标链铸造xERC-20（需铸造权限），交易3执行限价单，交易4在B包装销毁ERC-20（假设订单完全履行）并发送消息在源链铸造，交易5在源链铸造目标xERC-20。因超级构建者创建并排序交易，可模拟每笔交易，若任何交易回滚则省略捆绑（如用户无法获得完全履行时）。

无共享结算层时需使用外部包装资产，可能导致DEX流动性池较薄而市场条件较差。用户或需接受更宽松限价和更大滑点。例外是涉及USDC时，可能与Circle合作获得跨Rollup上USDC合约独占权以促进原生USDC转移交换。

有共享结算层则无需外部包装，因原生资产流动性池更深或提供更好价格，但流程本质相同。

乐观信任排序器

Rollup需乐观信任共享排序器/超级构建者创建有效跨Rollup捆绑。主要因这些捆绑含依赖交易，单个Rollup无法在区块添加到各Rollup链并聚合