Foresight Ventures：我們想要什麼樣的 Ethereum Rollup?

Foresight Ventures

2023-09-25 22:42:54

Rollup 不僅繼承以太坊的安全性，還要繼承其生存性、去中心化性和抗審查性。

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作者: Maggie，Foresight Ventures

大家下午好，歡迎。我叫 Maggie，是 Foresight Ventures 的技術總監。今天我們會用 30 分鐘聊一聊「我們想要什麼樣的 Ethereum Rollup？」

現在，我想先簡要介紹一下我們公司。

Foresight Ventures 是一家以研究驅動的專注於區塊鏈技術與 Crypto 行業的投資機構。我們的產品矩陣包括幾個關鍵組成部分。
Foresight News 是亞太地區最大的多語種 web3 媒體平台。
我們還運營著 Foresight X，這是一個加速器，為 Crypto 初創公司提供專屬支持，並在此過程中建立一個蓬勃發展的全球 Web3 開發者社區。

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現在讓我們轉到今天的議程。首先，讓我們回顧一下最近關於「以太坊 L2 是什麼」和 Rollups 的爭議。之後，我們將討論「我們期待什麼樣的以太坊 Rollups？」

1. 關於「什麼是 Ethereum L2」的爭議

上個月，Dankrad 在推特上發表了這樣的言論：「如果不使用以太坊作為數據可用性層（DA），那它就不是以太坊的 Rollup，因此也不是以太坊的 L2。」 他還表示，Plasma 和狀態通道被認為是 L2，但 Validium 不是。Dankrad 發表了他的觀點之後，許多 L2 領域的建設者和研究人員開始對此提出質疑。有很多 L2 項目並不將以太坊作為數據可用性層以節省成本。如果這些項目不被列入 L2 列表，將會對這些擴容網絡項目產生重大影響。此外，一些人認為如果 Validium 不算作 L2，那麼 Plasma 也不應該被計算在內。

所以，如果你在以太坊的文檔中深挖，你可能會注意到他們對於 Validium 是否屬於 L2 平台並沒有明確說明。但他們確實提到 Validium 比 Plasma 更安全，因為它們使用了有效性證明。這似乎與 Dankred 的觀點相矛盾，他認為從某些角度來看 Plasma 比 Validium 更安全，因為用戶可以使用過去的狀態退出，而 Validium 不能支持。所以，沒有確切的答案來證明 Plasmas 和 Validiums 是否應該包括在 L2 中。

然而，L2BEAT 在其網站上應用了一個「僅顯示 Rollup」過濾器，使用戶可以過濾掉所有不使用以太坊作為 DA 層的項目。關於 L2 和 Rollup 的爭論遠不止於此。我們還聽到了很多不同的觀點，比如「Data availability 是一個令人困惑的術語，Data publishing 更好」，「經典 Rollup 也是主權 Rollup」，「主權 Rollup 根本就不是 Rollup」等等。

所以，與其糾結於那些定義，不如我們關注一個更有意義的話題，我們想要什麼樣的以太坊 L2 呢？

2. 我們想要什麼樣的 Ethereum Rollup?

定義上，Layer 2 是一個獨立的區塊鏈，擴展了以太坊，並繼承了以太坊的安全保證。

以太坊 Rollup 的安全性問題低估了。我們希望 Rollup 提高安全性，且希望有更多的為應用定制的模塊化區塊鏈。

以下是我們在 Layer 2 解決方案中希望擁有的特性：

首先，我們希望 L2 能夠擴展以太坊，這意味著 L2 必須具有與以太坊的驗證橋接，使用戶能夠在 L2 和以太坊之間轉移資產，並從以太坊獲得安全保障。例如，我可以在 Arbitrum L2 上使用我的 ETH 進行某些交易，成本相對較低，同時保留以太坊的安全性。
其次，我們希望L2 通過繼承以太坊的安全性來實現超高的安全性。
首先，我們希望L2 能夠繼承以太坊的安全性。實現這一目標的最佳方式是使用以太坊作為數據可用性（DA）層，作為以太坊的 Rollup。理想情況下，我們希望使 L2 節點成為無信任節點，只需信任以太坊完全保證 Rollup 的安全性。
其次，我們希望 Rollup 能夠繼承以太坊的活性。即使 Rollup 節點不工作用戶也應能夠自行運行 Rollup，或者至少有一種方式退出 L2 並將資金取回到 L1。
此外，我們還希望 Rollup 能夠繼承以太坊的去中心化和抗審查性。

2.1 繼承以太坊安全性

為了更好地繼承以太坊（ETH）的安全性，不僅要將以太坊用於數據可用性和交易排序，還要將其用於結算。Rollup 層負責執行交易，並進行狀態轉換。通過欺詐證明或有效性證明來用以太坊進行結算。

正如您在圖上所看到的，Rollup 節點的角色可以分為 2-3 種不同類型：Sequencer( 排序器 )、Proposer( 提議者 ) 和 ZK prover( 證明者 )。

Sequencer 在 Rollup 中扮演著重要角色，它將交易打包並將其提交到以太坊網絡，利用以太坊來確保數據可用性和交易順序。
與此同時，Proposer 執行這些交易並生成 Rollup 的最新狀態，然後將新狀態的 Merkle 根提交給以太坊。如果這是一種樂觀 Rollup，並且在指定時間內沒有人發起挑戰，那麼這個狀態根將被接受，然後交易也將被確認。
在 ZK Rollup 的情況下，證明者生成零知識證明，證明狀態根的有效性。一旦 ZKP 被提交並在以太坊上確認，交易也將被確認。

因此，一旦所有這些數據都被提交並在以太坊上確認，要回滾 Rollup 的交易就需要回滾以太坊，因此繼承了以太坊的安全保障。此外，這三個角色有時由同一個節點扮演。在某些協議中，例如 Optimism，Sequencer 會同時提交交易批次和 Merkle 狀態根。

另一個與安全相關的問題是 Rollup 的狀態驗證，正如之前提到的，樂觀 Rollup 使用欺詐證明，而 ZK Rollup 使用有效性證明，比如零知識證明。

使用欺詐證明（如 Optimism 和 Arbitrum）的優勢在於 Rollup 可以等效於以太坊虛擬機（EVM）。但是，用戶必須驗證鏈以保護他們的資金，並且由於其長達約 7 天的挑戰期限，交易的最終確認較慢。
ZK Rollup，如 Starknet、zkSync、Scroll 和 Polygon zkEVM，通過使用零知識證明來證明狀態是正確計算的，者提供了更強大的安全性。一旦 ZKP 在 L1 上驗證通過，交易將立即完成。這只需要幾分鐘或最多幾小時，比樂觀 Rollup 快得多。然而，ZK Rollup 通常不是完全等效於 EVM 的。

從安全的角度來看，零知識證明效果更好。它們依賴於無需信任的密碼學機制來進行狀態驗證，而不是像樂觀 Rollup 那樣依賴有激勵的參與者的誠實。 但交易費用可能會更高，並且不完全等效於 EVM。因此，選擇使用哪種取決於網絡的目標。

在某些情況下，混合方法可以結合兩種 Rollup 的特點。一個名為 Morphism 的新項目使用 ZK 有效性證明來回應樂觀 Rollup 設計中的挑戰，可以將挑戰窗口從 7 天減少到 1 天，並降低 DA 成本。OP stack 也探索了使用 ZKP 來證明 Optimism 故障程序的方法。

然而，Rollup 的可升級性存在著巨大的安全擔憂。當 Rollup 需要緊急修復錯誤或需要升級來支持新功能時，有時就需要升級以太坊上的 Rollup 智能合約。因此，誰控制這些智能合約至關重要。

對於許多 Rollup，控制升級的密鑰由核心團隊成員持有。從理論上講，這些成員有能力通過使用升級機制竊取用戶的資金。正如 Vitalic 所說，這就像是開發者的「後門」。
為了避免這個問題，可以禁用可升級性。例如，Fuel V1 禁用了可升級性，但每個更新迭代都需要重新部署智能合約，用戶需要手動遷移其資產到新版本。這個過程類似於啟動一個新項目，導致了流動性的碎片化和靈活性顯著降低。
更好的方法是使用 DAO 進行治理升級，並設置延遲，以允許不同意升級的用戶在升級發生之前退出。 這為 Rollup 增加了一些 DAO 的安全假設，如誠實多數假設。

總的來說，為了繼承以太坊的安全性，我們建議 Rollup 在數據可用性、交易排序和結算方面使用以太坊。對於狀態驗證，使用零知識證明更可靠。如果我們希望支持可升級性，最好使用 DAO 來管理升級，並給用戶足夠的時間（例如 30 天）來退出。

2.2 繼承以太坊存活性

現在，讓我們談談如何從以太坊繼承活性。

我們希望即使當前的序列化器和提議者宕機，借助以太坊主網的幫助，用戶仍然可以重新創建 L2 狀態，並保持 Rollup 的運行，或者至少用戶有一種方法可以在無需信任的情況下退出到 L1。

然而，我們發現到目前為止，許多現有的 Rollup 缺乏這種機制，比如 Optimism、zkSync Era 和 Base。因此，如果發生這種情況，Rollup 將停止運行，每個人都會在 L2 上失去他們的資金。
一些 Rollup 允許用戶通過提交 L2 上的資金的 Merkle 證明或 ZK 證明來強制退出並在 L1 上提取他們的資金。
但有些 Rollup 除了抵押品之外不允許您提取資產，這意味著您的 L2 本地資產無法提取。如果您將您的抵押品交易為 NFT 或 LP 代幣，您可能無法在以太坊 L1 上取回它們。
像 dYdX 這樣的 Rollup 允許您強制執行將 L2 本地資產轉換為抵押品，然後在 L1 上提取它們。
一些 Rollup 還支持將 NFT 提取到 L1。

一個更好的解決方案是允許用戶也成為 Sequencer 和 Proposer，以保持 Rollup 的運行。例如，Polygon zkEVM 使用無需許可的 Sequencer。而 Arbitrum 允許用戶通過將交易發送到 L1 來強制將其包含在 Rollup 中（此操作有一天的延遲）。此外，在當前的白名單 Proposer 如果連續不活躍了 6 天後，任何人都可以成為提議者。

事實上，活性與去中心化程度也有關。Rollup 節點如果更好的去中心化和抗審查性，則 Rollup 會有更好的活性。

因此，為了提高 Rollup 的生存性，我們建議去中心化節點，允許用戶在出現故障時自行進行交易排序和提議。

2.3 繼承以太坊的去中心化和抗審查性

Rollup 去中心化的研究主要集中在去中心化的 Sequencer上。

如今，幾乎所有的 Rollup 網絡都只使用一個中心化的 sequencer。sequencer 有能力拒絕用戶的交易並惡意提取 MEV，這會對用戶在經濟上造成傷害。此外，使用單一 sequencer 缺乏審查抵抗性。
因此，Rollup 正在探索一些有望實現去中心化 sequencer 的方法之一是無許可的 PoS 去中心化 sequencer。這種方法在 Morphism Rollup 中使用，sequencer 根據 POS 規則進行選擇，並執行基於 BFT 的共識算法來就交易批處理達成共識。其他一些 Rollup 則嘗試使用領導者選舉方法來在每個紀元選舉一位 leader sequencer。
另一種方法是通過 MEV 拍賣。在每個時代，參與者根據從交易費和他們可以作為 sequencer 提取的 MEV 所期望的利潤來出價。獲勝者支付他們的出價金額給 Rollup 財政，並獲得在該時代內進行交易排序和捕獲所有利潤的權利。
Polygon 的 Proof-of-Efficiency 是另一種方法，其中任何人都可以成為 sequencer 或 aggregator。sequencer 在向以太坊 L1 提出交易批處理時，需要支付額外的費用以防止 spam attacks。aggregator 驗證 sequencer 發布的批量交易，第一个提交有效性證明的 aggregator 將獲得 sequencer 存入的代幣。但是，落後的 aggregator 的計算資源可能會被浪費。
在共享 sequencer 方法中，一組節點向多個 Rollup 提供排序服務。Rollup 連接到共享 sequencer 網絡以處理其交易排序和塊生成。而共享 sequencer 池是去中心化的（它們執行共識協議對交易達成一致並提交批量交易）

所有這些關於去中心化 sequencer 的技術仍處於初級階段，仍在不斷發展。因此，目前我們只能提供中立的評估。

ZKP 證明者可以像 Polygon 的 Proof-of-Efficiency 一樣去中心化和無許可，因為它們無法執行 MEV 並且難以惡意行為。

總之，我們需要去中心化的序列化器和證明者來增強 Rollup 的去中心化和審查抵抗性。

除了安全性問題之外，還有許多其他因素需要考慮。以下是一些相關問題：

如何平衡 sequencer 和 ZKP prover 的激勵？sequencer 可以執行 MEV，而 prover 不能。這個機制使人們更願意成為序列化器。然而，實際上我們需要的 prover 多於 sequencer，因為，生成零知識證明需要比打包交易更多的計力。那么，如何平衡這兩者之間的激勵？我認為我們需要設計一個巧妙的動態費用模型和激勵模型。
在 EIP4844 升級後，Rollup 將使用 blob 存儲數據，而 blob 數據只在以太坊上保存 1-3 個月，那麼這會影響 Rollup 嗎？我的答案是肯定的，我認為會有一些小的影響，但很容易解決。Rollup 的歷史數據可以上傳到去中心化存儲進行歸檔。如果 Rollup 的所有節點都下線（特別是在當前的單一序列化器情況下），用戶將需要從去中心化存儲系統下載歷史數據，並與來自以太坊 L1 的 Blob 數據相結合重建狀態。
如何降低 Rollup 的交易費用？設計 Rollup 時，安全性、去中心化和成本效益之間存在許多權衡。例如，我們使用 ZKP 來驗證狀態以獲得增強的安全性，但這需要更多的計算能力，同時也使交易變得更加昂貴。這是安全性和成本之間的權衡。一些 ZK Rollup 使用遞歸證明來聚合多個交易批次的 ZKP，然後將聚合的證明提交給 L1。這可以節省以太坊上的 Gas 成本並降低 L2 交易費用，但也會拉長交易的最終確認的時間。

總結

總結一下，回到我們一開始的問題，我們在想要什麼樣的以太坊 Rollup？

首先，我們希望 Rollup 不僅繼承以太坊的安全性，還要繼承其生存性、去中心化性和抗審查性。
實際上，創建一個沒有引入額外信任假設的 L2 Rollup 是非常困難的，因為可升級性、去中心化序列化器和零知識證明的受信任設置都可能涉及額外的信任假設。不能說 L2 Rollup 在不信任任何 L2 Rollup 節點的情況下完全繼承 ETH 的安全性。
為了更好的安全性。L1 Rollup 智能合約的升級應該由 DAO 進行治理，並設置延遲，以允許用戶有足夠的時間退出，如果他們不同意升級。但是，這種方法也將 DAO 的安全假設引入到系統中。
最後但同樣重要的是，不要使用單一序列化器，而是使用去中心化序列化器來實現更好的生存性、去中心化性和抗審查性。