Decoding the Next Generation of Ethereum L2 (III): Native Rollups

在過去兩年中，以太坊完全致力於 “Rollup-centric” 路線圖。該策略涉及在橋接合約中鎖定 ETH，離線執行交易，並使用證明——無論是欺詐證明還是零知識證明（ZKP）——來驗證第二層（L2）的狀態並處理提款。

然而，存在一個重大挑戰：以太坊本身並不原生驗證 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。

以太坊經常進行硬分叉，這可能會修改 EVM，這意味着 rollup 團隊必須負責維護和更新他們的自定義實現。這通常需要成立一個安全委員會或採用基於代幣的投票治理系統來管理他們的橋接合約和證明機制的更新。

在我們之前的系列中，我們探討了基於 rollup 和助推器 rollup。現在，我們將深入研究原生 rollup 的概念。

基於 rollup、助推器 rollup 和原生 rollup 之間有什麼區別？

基於 rollup、助推器 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，我們已經介紹了基於 rollup 和助推器 rollup，因此建議您在閲讀本文之前先查看這些內容。但我們將快速回顧這三種類型。

基於 rollup 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，正在努力改善這種體驗，使用預確認技術使用户能夠享受更快的交易最終確認，因為社區持續創新。

助推器 rollup 通過在 L2 上模擬 L1 處理來擴展執行和存儲，允許應用程序在不重新部署的情況下增長。雖然這種方法提供了可擴展性，但它引入了額外的複雜性，並需要比傳統 rollup 更復雜的工程努力來開發和維護。

原生 rollup 利用 L1 自身的狀態轉移功能（STF）作為應用層狀態轉換的驗證者。然而，儘管 Optimism、Arbitrum 和其他 rollup 在 EVM 等效環境中運行，它們通常包含複雜或不切實際的自定義修改，無法直接在以太坊上實現。

原生 rollup，曾被稱為法幣 rollup，已在各種著作中詳細討論。此外，@apolynya 曾簡要使用 “規範 rollup” 一詞。然而，“法幣” 一詞最終被 “原生” 取代，以表明現有的 EVM 等效 rollup 可能會升級到此模型。“原生” 一詞由 @danrobinson 和 Lido 的一位匿名貢獻者創造。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 狀態轉換的驗證者。該預編譯將允許 rollup 團隊在其驗證者合約中使用它，為證明系統提供基礎，並使 rollup 繼承以太坊的原生驗證。由於這個新的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重簽名方面的治理責任，使 rollup 對用户更具內在安全性。

EXECUTE 預編譯作為 EVM 狀態轉換的驗證者，允許 rollup 在應用層利用以太坊的原生基礎設施。它使用預狀態根、後狀態根、跟蹤和使用的 gas 等輸入來驗證轉換，利用類似於 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，集成了一個單槽延遲，以減輕中心化風險，例如基於 MEV 的證明競爭。

該預編譯通過在證明系統中支持 “無信任 rollup” 簡化了 rollup 開發。如果與基於 rollup 設計相結合，其中排序和證明系統均由以太坊管理，這種結構實現了完全的無信任，通常被稱為 “超聲波 rollup”。它改善了可組合性，並具有實時結算的潛力，鼓勵更具可組合性和安全性的 rollup 設計。

所提議的預編譯行為類似於 EVM，重新執行 rollup 交易以驗證正確性。這違背了 rollup 的核心優勢，即離線執行並僅向以太坊提交有效性證明。相反，該預編譯基本上反映了以太坊已經做的事情，並沒有在減輕 L1 的計算負擔方面增加任何價值。

選擇 EVM 類驗證者而不是 zk 驗證者源於 ZK 技術的當前不成熟。目前廣泛使用的 zkVM 顯示出脆弱性，ZKP 的快速演變使得在鏈上硬編碼特定 zk 驗證者風險高且不靈活。以太坊則優先考慮多樣性和中立性，允許對不同的 zk 客户端進行實驗，而不鎖定到單一驗證者。

然而，這並不意味着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 證明驗證者保持在鏈外來確保其安全性，但它利用該預編譯來驗證 rollup 提交的 zk 證明。這使得以太坊驗證者避免完全模擬所有 rollup 交易的開始到結束。相反，通過依賴鏈外的 zk 證明，網絡在努力實現執行可擴展性的同時保持其安全保證。

原生 Rollups 的主要好處是什麼？

通過原生 Rollups，許多複雜的工作可以由預編譯處理，使得欺詐證明或 SNARK 檢查等變得更簡單。這意味着需要編寫和維護的代碼更少，並且不需要像證明網絡或安全委員會這樣的額外系統。

鏈上 SNARK 驗證成本高昂，因此許多 zk-rollups 為了節省成本而不頻繁結算交易。EXECUTE 預編譯可以通過使用 SNARK 遞歸將多個證明打包在一起，從而幫助降低這些成本。這種方法可以使 Rollups 在驗證交易時更高效，使得鏈下驗證更具成本效益。

在傳統 Rollups 中確保無錯誤操作是具有挑戰性的，通常需要進行廣泛的檢查。許多團隊通過採用集中排序來降低風險，以防止生成惡意區塊。然而，通過原生執行預編譯，可以實現更安全和無權限的排序機制。這種方法可以使 Rollups 不僅繼承 L1 的安全性，還能繼承資產的可替代性，因為交易是在以太坊的可信環境中直接驗證的。

目前有許多與 EVM 兼容的 Rollups，但很少有與 EVM 等效的：與主區塊鏈的變化保持同步通常需要一個團隊或投票系統來更新 Rollup，這可能存在風險。原生 Rollups 可以自動與主區塊鏈更新，保持一切同步，而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，是一項極具挑戰性的工程任務。相比之下，原生 Rollups 可能允許更 “寬鬆” 的證明時間表，將其延長到一個完整的時隙。這種方法減少了立即生成證明的壓力，可能提高可靠性並增強與 L1 的集成。

所有 Rollups 都會是原生的嗎？

所有當前的 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。這一升級將使用户感到更滿意，因為安全性得到了增強，而 Rollup 團隊也會感到更安心，因為他們不再需要安全委員會。同時，Rollup 團隊仍然可以通過提供高效的共享排序層來競爭，並獲取排序費用以最大化 MEV。

然而，並非所有 Rollups 都會轉變為原生形式。一些 L2 特性與原生 Rollups 天生不兼容，包括獨特的交易類型、不同的燃氣計費方法，以及在主 L1 區塊鏈上找不到的預編譯。L2 生態系統中各個 Rollups 之間的虛擬機多樣性是其主要優勢之一，

@EclipseFND 是一個 SVM Rollup，

@movementlabsxyz

是一個 MoveVM Rollup，或者 @Starknet 是一個 CairoVM Rollup。

正如 @doganeth_en 指出的，未來的 Rollups 將分為三類：企業 Rollups、以性能為中心的 Rollups 和 “對齊” 的原生 Rollups。

企業將專注於管理、排序和擁有他們的 Rollups，適合希望對交易順序、執行和應用程序擁有類似 web2 控制的企業。

以性能為中心的 Rollups 將使用以太坊的結算，但依賴於替代的數據可用性以實現最佳性能，例如

@megaeth_labs">@megaeth_labs 使用 @eigen_da

來提供數據可用性。這些 Rollups 的去中心化程度較低，但在犧牲某些以太坊特性的情況下提高了 $ETH 的效用。原生 Rollups 將與以太坊的基礎設施完全集成，提供：以太坊級別的去中心化、與直接狀態訪問的共享執行，以及更便宜的鏈下 ZK 證明驗證。這些 Rollups 有助於以太坊的網絡效應，並可能分享收入，但其可持續性依賴於自然經濟激勵。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基礎設施更為一致的方法。通過引入 EXECUTE 預編譯，原生 Rollups 簡化了治理，消除了多重簽名、安全委員會或基於代幣的投票系統的需要。這種方法不僅增強了安全性，還使 Rollups 能夠更高效地擴展，利用鏈下 zk 證明，從而確保信任最小化和可擴展性。

儘管這一提議充滿希望，但並非沒有挑戰。雖然大多數現有的 Rollups 被標記為 EVM 等效，但它們通常對 EVM 進行了輕微修改。因此，轉向原生 Rollup 模型可能會給具有自定義 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凝聚和韌性。如果你還沒有查看，請務必查看

我們 Rollups 2.0 系列的第一部分和第二部分，分別關注基礎 Rollups 和增強 Rollups。在我們的下一篇文章中，我們將深入探討 gigagas Rollups 的概念，並探索這種創新的 Rollup 設計如何推動以太坊的可擴展性邊界，並進一步增強 Rollup 生態系統。

致謝：本文由 @paramonoww 撰寫。特別感謝 @korayakpinarr 的反饋和審閲。