解讀下一代以太坊 L2：原生 Rollups

原生 Rollups 利用 L1 自己的 STF 作為應用層狀態轉換的驗證器。

撰文：登鏈社區

在過去兩年中，以太坊已全面致力於「Rollup 中心」路線圖。該策略涉及在橋接合約中鎖定 ETH，在鏈外執行交易，並使用證明——無論是欺詐證明還是零知識證明（ZKP）——來驗證 Layer2 （L2）的狀態並處理提款。

然而，存在一個重大挑戰：以太坊本身不原生驗證 EVM 執行，迫使 rollup 獨立在鏈上實現自己的證明系統以驗證狀態轉換。

以太坊頻繁經歷硬分叉，這可能會修改 EVM，這意味著 rollup 團隊必須負責維護和更新他們的自定義實現。這通常需要成立安全委員會或採用基於代幣的投票治理系統，以管理對其橋接合約和證明機制的更新。

在我們的前一系列中，我們探討了 Based rollup 和 Booster rollup。現在，我們將轉向更深入地探討原生 rollup 的概念。

Based、Booster 和原生有什麼區別？

在 Based rollup、Booster rollup 和原生 rollup 的定義之間可能存在很多混淆。在之前的系列中，我們已經介紹了 Based rollup 和 Booster rollup，因此建議你在閱讀本文之前查看那些內容。但我們會快速回顧這三種類型。

Based Rollups 使用 L1 驗證者集進行交易排序，促進去中心化，但由於相對較長的 L1 區塊時間（例如 12 秒），可能會影響吞吐量。然而，正在努力改進這一體驗，使用預確認技術，使用戶能夠在社區持續創新時享受更快的交易最終確認。

Booster Rollups 通過在 L2 上模擬 L1 處理來擴展執行和存儲，使應用程序在不重新部署的情況下成長。儘管這種方法提供了可擴展性，但與傳統 rollups 相比，它引入了額外的複雜性，需要更復雜的工程努力來開發和維護。

原生 Rollups 利用 L1 自己的狀態轉移功能（STF）作為應用層狀態轉換的驗證器。然而，儘管 Optimism、Arbitrum 和其他 rollups 在 EVM 等價環境中運行，但它們通常包含無法直接在以太坊上實現的複雜或不切實際的自定義修改。

原生 rollups 曾被稱為法定 rollups，已在各種寫作中詳細討論。此外，「規範 rollup」這一術語曾被 @apolynya 短暫使用。然而，「法定」的術語最終被「原生」取代，以表明現有的 EVM 等價 rollups 可能會升級到這種模型。「原生」這一術語是由 @danrobinson 和一位來自 Lido 的匿名貢獻者提出的。

原生 rollup 是如何工作的？

原生 rollup 提案引入了 EXECUTE 預編譯，旨在作為 rollup 狀態轉換的驗證器。此預編譯將允許 rollup 團隊在他們的驗證器合約中使用它，為證明系統提供 Based，並使 rollup 繼承以太坊的原生驗證。

由於這個新預編譯在某種程度上類似於「EVM 中的 EVM」概念，它將通過以太坊的硬分叉過程在其社會共識下進行更新。這確保了對 EVM 的更改反映在預編譯中，使 rollup 能夠繼承以太坊的驗證，並減輕 rollup 團隊在安全委員會或多簽名方面的治理責任，從而使 rollup 對用戶更具本質安全性。

EXECUTE 預編譯作為 EVM 狀態轉換的驗證器，允許 rollup 在應用層利用以太坊的原生 Based 設施。它使用 pre_state_root、post_state_root、trace 和 gas_used 等輸入來驗證轉換，利用類似 EIP-1559 的 gas 定價機制。根據 rollup 的可擴展性需求，驗證者可以通過重新執行或 SNARK 證明來強制執行 rollup 狀態轉換的正確性。此外，集成了一個一個槽的延遲，以減輕中心化風險，例如基於 MEV 的證明競爭。

這一預編譯通過在證明系統中的「無信任 rollup」支持簡化 rollup 開發。如果與 Based rollup 設計結合，其中排序和證明系統均由以太坊管理，這種結構可實現完全的無信任性，通常被稱為「超聲 rollup」。它提高了可組合性，並具有實時結算的潛力，從而鼓勵更具可組合性和安全性的 rollup 設計。

提議的預編譯的行為類似於 EVM，重新執行 rollup 交易以驗證正確性。這與 rollup 的核心優勢相悖，因為 rollup 的優勢在於鏈外執行，僅向以太坊提交有效性證明。相反，預編譯本質上反映了以太坊已經做的事情，並未在減輕來自 L1 的計算負擔方面增加任何價值。

選擇類似 EVM 的驗證器而非 zk 驗證器源於 ZK 技術目前的不成熟。目前廣泛使用的 zkVM 已經顯示出脆弱性，而 ZKP 的快速演變使得在鏈上硬編碼特定 zk 驗證器存在風險且不靈活。以太坊反而優先考慮多樣性和中立性，允許對不同 zk 客戶端進行實驗，而不鎖定到單一驗證器上。

然而，這並不意味著預編譯未能為以太坊的可擴展性做出貢獻。儘管以太坊通過將 zk 證明驗證器保持在鏈外來確保其安全性，但它利用此預編譯來驗證 rollup 提交的 zk 證明。這使得以太坊驗證者能夠避免從頭到尾完全模擬所有 rollup 交易。相反，通過依賴鏈外的 zk 證明，網絡保持其安全保證，同時努力在執行方面實現可擴展性。

原生 rollup 的主要優點是什麼？

通過原生 rollup，許多複雜的工作可以由預編譯處理，使欺詐證明或 SNARK 檢查等變得更簡單。這意味著更少的代碼需要編寫和維護，無需額外的系統，如證明網絡或安全委員會。

鏈上 SNARK 驗證成本高昂，因此許多 zk-rollup 為了節省成本而不頻繁結算交易。EXECUTE 預編譯可以幫助通過使用 SNARK 遞歸將多個證明打包在一起來降低這些成本。這種方法可以使 rollup 更有效地驗證交易，從而使鏈外驗證更具成本效益。

在傳統 rollup 中確保無錯誤操作是一項挑戰，通常需要廣泛的檢查。許多團隊通過採用集中排序來降低風險，以防止惡意區塊的產生。然而，通過預編譯的原生執行，可能會實現更安全和無權限的排序機制。這種方法可以使 rollup 不僅繼承 L1 的安全性，還繼承資產的可替代性，因為交易直接在以太坊的信任環境中得到驗證。

有很多與 EVM 兼容的 rollup，但幾乎沒有與 EVM 等價的：保持與主區塊鏈的變化同步通常需要一個團隊或投票系統來更新 rollup，這可能帶來風險。原生 rollup 可以與主區塊鏈自動更新，保持一切同步，無需額外的規則或投票者。

對於 zk-rollups，實現超低延遲的證明時間，例如 100 毫秒，是一項高度挑戰性的工程任務。相比之下，原生 rollups 可能允許更加「寬鬆」的證明時間表，將其延長至一個完整的插槽。這種方法減輕了立即生成證明的壓力，可能提高了可靠性並增強了與 L1 的集成。

所有 rollup 都會是原生的嗎？

目前所有的 rollup 堆棧，如 OP Stack 和 Arbitrum Orbit Stack，都有潛力轉變為「原生 rollups」，直接繼承以太坊的安全特性。這一升級將使用戶感到更滿意，因為安全性得到了增強，而 rollup 團隊則因不再需要安全委員會而感到更舒心。同時，rollup 團隊仍然可以通過提供高效的共享排序層來繼續競爭，並捕獲排序費用，最大化 MEV。

然而，並不是所有的 rollup 都會過渡到原生形式。一些 L2 特性與原生 rollups 天生不兼容，包括獨特的交易類型、不同的 gas 記賬方法以及在主 L1 區塊鏈上找不到的預編譯。L2 rollups 之間 VM 的多樣性，各自共享一個共同的安全 Based，是今天 L2 生態系統的一大優勢，例如

• @EclipseFND 是 SVM rollup
• @movementlabsxyzMoveVM rollup
• @Starknet 是 CairoVM rollup

正如 @doganeth_en 所指出的，未來的 rollups 將分為三個類別：企業 rollups、性能導向的 rollups，以及「對齊」的原生 rollups。

企業將專注於管理、排序和擁有他們的 rollups，非常適合希望在交易順序、執行和應用程序上享有類似 web2 控制權的企業。

專注於性能的 rollups 將使用以太坊的結算，但依賴替代數據可用性來實現最佳性能，例如@megaeth_labs 用 @eigen_da 來實現數據可用性。這些 rollups 的去中心化程度較低，但提高了 ETH 的效用，但犧牲了某些以太坊特性。

原生 rollups 將與以太坊的 Based 設施全面集成，並提供：以太坊級別的去中心化、與直接狀態訪問的共享執行，以及更便宜的鏈外 ZK 證明驗證。這些 rollups 有助於以太坊的網絡效應，可能共享收入，但其可持續性依賴於自然的經濟激勵。

結論

原生 rollups 代表了以太坊 rollup 中心路線圖的一項重大進展，提供了一種與以太坊 Based 設施更對齊的方法。通過引入 EXECUTE 預編譯，原生 rollups 簡化了治理，消除了對多重簽名、保安委員會或基於代幣的投票系統的依賴。這種方法不僅增強了安全性，而且使 rollups 能夠更高效地擴展，利用鏈外 zk 證明，從而確保了信任最小化和可擴展性。

儘管這一提案前景廣闊，但並非沒有挑戰。儘管大多數現有的 rollup 被標稱為 EVM 等價，但它們通常對 EVM 有輕微的修改。因此，過渡到原生 rollup 模型可能會給具有定製的 EVM 實現的 rollups 帶來額外的開發負擔。

儘管如此，原生 rollups 提供了一條引人注目的路徑，將以太坊的安全性和靈活性與 rollup 設計結合起來。通過促進與 L1 的對齊，它們鼓勵創新，同時減少碎片化，使以太坊的生態系統在未來更加緊密和韌性。