从理论到实践：Based Rollup 能否实现 L1 排序驱动的 Rollup 方案？

原文作者：YBB资本研究员Ac-Core

前言：

以太坊的工作原理是每个节点都会存储并执行用户提交的每一笔交易。为了扩展整个网络，以太坊采用了 Rollup 的解决方案，简单来说就是将大部分交易处理移到链下（L2），从而减轻以太坊主网（L1）的负担，降低交易手续费。即 Rollup = 一组 L1 中的智能合约 + L2 中的网络节点，即链上智能合约和链下聚合器。其自身的结算、共识和数据可用性依赖于以太坊本身，而它只负责执行交易。L2 网络节点由多个部分组成，其中最重要的是排序器，但目前 Rollup 的排序器面临着中心化的问题。

汇总和分类器

Rollup 是以太坊（L1）的扩容解决方案，将交易在链下执行并打包成区块。对于每个区块，Rollup 都会将重建链状态所需的数据（作为数据可用性的来源）发布到数据可用性层，并将链下执行的正确性证明发布到结算层（Rollup 有两种类型，ZK-rollup 每个区块发布零知识证明；Optimistic rollup 仅在发生争议时发布错误性证明）。在 EIP-4844 之后，当数据发布切换到 blob 时，这一层可能会被称为数据发布层。Rollup 的智能合约会在 L1 上验证已发布的证明，每个 Rollup 都会有一个或多个桥梁来实现链间数据传输以及存款和取款。

在 Rollup 的实现逻辑中，Sequencer 是关键的组件，主要负责接收 L2 上的交易请求、确定交易的执行顺序，并将交易打包成批并最终传输到 L1 上的 Rollup 智能合约，在提高交易处理效率、降低成本等方面发挥着重要作用。

定序器的功能和工作原理主要包括四个部分。

1. 接收交易：分类器接收来自用户或应用程序的交易请求，这些交易首先在 L2 上进行处理，而不是直接在以太坊主网上进行处理；

2. 对交易进行排序：排序器负责对收到的交易进行排序，并确定交易的执行顺序，这个过程类似于以太坊矿工在将交易打包成区块之前所做的工作；

3、打包交易：排序器将排序后的交易打包成批次，批次中包含多笔交易的摘要信息；

4 提交给 L1：最后，分类器将打包好的交易批次提交给以太坊主网（L1）进行结算和数据存储。这样，L1 就可以在 L2 上验证和存储状态更新。

虽然 Rollup 技术提供了有效的扩容方案，但排序器的设计和实现上仍然存在一些问题。首当其冲的就是中心化问题。目前大多数 Rollup 项目都依赖于中心化的排序器，这些排序器通常由单一实体或少数实体控制，其带来的直观风险就是缺乏透明度和单点故障。

抛开上述僵硬的解释，关于L2去中心化排序器方案的讨论，无论是Metis直接向市场开放的排序池节点Staking的L2方案，还是YBB资本前文提到的独立项目Espresso方案，本质上都是排序利润蛋糕的分配和对未来市场投机空间的预期，因此利益和正统的正确性是难以回避的关键。

基于 Rollup 的历史背景和设计

图片来源：@drakefjustin

Rollup 的概念最早是由以太坊创始人 Vitalik Buterin 提出的，其最初的想法是实现一个完全不受约束的 Total Anarchy 状态，让任何人都可以不受限制地扩充交易。针对当前排序器的上述问题，2023 年，以太坊研究员：Justin Drake 提出了一种基于 Rollups 的解决方案，由以太坊 L1 自己管理排序器，其内容如下（来源见扩展链接 1）：

定义：

“当 rollup 的排序由基础层 (L1) 驱动时，我们称其为基于 L1 或 L1 排序的 rollup。具体来说，基于 L1 的 rollup 是指下一个 L1 提议者可以与 L1 搜索者和构建者协作，以无权限的方式将下一个 Rollup 区块纳入下一个 L1 区块中。”

优势：

• 活性：Based Rollup 享有与 Layer1 相同的活性保证。请注意，非 Base Rollup 有逃生舱的活性会降低（逃生舱是 Rollup 中的一种安全机制，当 Rollup 系统出现问题时，用户可以安全地将资产从 Layer2 提回到 Layer1 主链，类似于一个紧急出口）；

结算保障较弱：Escape Pod 交易必须等待超时才能保证结算；

基于审查的 MEV：带有逃生舱的 Rollup 容易受到超时期间短期测序器审查产生的不利 MEV 的影响；

网络效应面临风险：排序器活跃度故障（例如对去中心化 PoS 排序机制的 51% 攻击）引发的大规模退出将破坏 Rollup 的网络效应。请注意，与 L1 不同，Rollup 无法使用社交共识从排序器活跃度故障中优雅地恢复。在所有已知的非基于 Rollup 的设计中，大规模退出都是达摩克利斯之剑；

天然气罚款：通过安全出口结算的交易通常会给用户带来天然气罚款（例如，由于交易未分批时数据压缩不理想）。

• 去中心化：Based Rollup 继承了 L1 的去中心化，并自然地重用了 L1 搜索者-构建者-提议者的基础架构。L1 搜索者和构建者受到激励，将 rollup 区块包含在他们的 L1 区块中，以提取 rollup MEV。这反过来又激励了 L1 区块提议者在 L1 上打包 rollup 区块。

• 简单性：Based Rollup 排序最为简单，甚至比中心化排序还要简单很多。Based Rollup 不需要排序者签名验证，不需要逃生舱，也不需要外部 PoS 共识。

历史记录：2021 年 1 月，Vitalik 称基于 L1 顺序的方案完全是无政府状态，这冒着同时提交多个 rollup 区块的风险，导致 gas 和工作浪费。当前的 Proposer-Builder Separation (PBS) 方案允许严格控制 L1 顺序，每个 L1 区块最多一个 rollup 区块，并且不会浪费 gas。当 rollup n+1 区块（或 n+k，对于 k >= 1）包含区块 n 的 SNARK 证明时，可以避免 ZK-rollup 证明工作的浪费。

• 成本：Based Rollup 的 gas 成本为零——无需验证来自去中心化或中心化排序器的签名。Based Rollup 的简单性降低了开发成本，缩短了发布时间，并减少了代码漏洞的暴露。Based Rollup 排序也不需要代币，避免了基于代币的排序器的监管负担。

• L1 经济一致性：源自 Based Rollup 的 MEV 自然会流向其所基于的 L1。这种流动加强了 L1 的经济安全性，并且在 MEV 被销毁的情况下，增加了 L1 原生代币的经济稀缺性。这种与 L1 的紧密经济一致性可能有助于建立 Based Rollup 的合法性。重要的是，尽管牺牲了 MEV 收入，但 Based Rollup 保留了从 L2 拥堵费（例如 EIP-1559 形式的 L2 基础费）中产生收入的选择。

• 主权：尽管将排序委托给了 L1，但 Based Rollup 仍保留主权。Based Rollup 可以拥有治理代币，收取基础费用，并可以在适当的时候使用这些基础费用的收益（例如 Optimism 用于资助公共物品）。

缺点：

• 没有 MEV 收入：Based Rollup 将 MEV 让渡给 L1，将其收入限制在基本费用上。与直觉相反，这可能会增加 Based Rollup 的总收入。原因是 Rollup 格局似乎是赢家通吃，获胜的 Rollup 可能会利用 Based Rollup 的安全性、去中心化、简单性和一致性来占据主导地位，并最终实现收入最大化。

• 受限排序：将排序委托给 L1 会降低排序灵活性。这使得某些排序服务更难甚至无法实现：

预确认：快速预确认对于中心化排序来说不是问题，可以通过外部 PoS 共识实现。使用 L1 排序的快速预确认是一个开放问题，有许多有前景的研究方向，包括 EigenL、Inclusion Lists 和 Builder Bonds。

先来先服务 (FCFS)：目前还不确定是否可以在 Based Rollup 上实现 Arbitrum 风格的 FCFS 排序。EigenL 可能会为 L1 排序的 Based Rollup 提供 FCFS 覆盖。

姓名：

“Based Rollup” 这个名字源于它与基础链（Base L1）的接近性。这与 Coinbase 最近宣布的 Base 链相冲突，这是一个奇怪的巧合。事实上，Coinbase 在他们的 Base 公告中分享了两个设计目标：

• 无代币性：“我们没有发行新网络代币的计划。”

• 去中心化：“我们计划随着时间的推移逐步实现区块链的去中心化。”

Base 可以通过成为 Based Rollup 实现无代币去中心化。

图片来源：@jchaskin 22

理论上，Based Rollup 允许任何人对 Rollup 区块进行扩展，将排序后的交易状态变化发布到 L1，从 L2 中提取 MEV，这样所有的排序和安全都由以太坊 L1 提供。这可以规避外部的权益证明共识和特定 Rollup 的 token 要求。同时，相较于其他对资产安全至关重要的 Rollup，在 Based Rollup 的愿景中可以去掉紧急逃生舱功能，只需要在保证以太坊安全运行的同时，让 Rollup 上的交易顺利完成即可。

Taiko Labs 关于 Based Rollup

图片来源：Taiko官网

Taiko Labs 是开发和推广 Based Rollup 的主要团队，Baseline Rollup 是 Taiko Labs 在以太坊第二层扩容解决方案中的项目，其愿景是通过 Based Rollup 等创新技术解决以太坊主网的可扩展性问题，主要有三大特点：

1、完全等同于以太坊的EVM（Type 1）ZK-EVM：所采用的（Type 1）zkEVM具有完全以太坊兼容性，开发者可以在以太坊与Taiko之间无缝迁移去中心化应用程序（dApp），而不必担心智能合约执行失败的风险；

2. 开源：Taiko 的所有源代码均在 GitHub 上公开，任何人都可以查看、构建或修改。这种开源模式确保区块链技术的发展不仅限于小团队的努力，还覆盖了全球的社区和开发者；

3. 完全去中心化：除了保证与EVM的高度兼容性之外，Taiko还致力于实现协议的完全去中心化。Taiko计划通过去中心化的提议者和验证者来提交区块和生成zkP，以保证系统的去中心化特性。

Taiko 致力于构建与以太坊完全等同的 Type 1

ZK-EVM，也就是 Vitalik Buterin 在《ZK-EVM 的不同类型》中提到的追求与以太坊完全对等（见扩展链接 2），其目的是完全兼容以太坊来验证以太坊区块（至少是可验证执行层，不包括信标链共识但包括所有交易、智能合约和账户逻辑，不会取代哈希、状态/交易树等共识逻辑），因此相比其他类型，类型 1 是最复杂、最难接近原生方案的。

图片来源：Vitalik Buterin：不同类型的 ZK-EVM

其他核心结构：

竞争性汇总（BCR - 基础竞争性汇总）

它是 Taiko Labs 开发的创新型区块链扩展解决方案。BCR 旨在通过竞争机制提高 Rollup 的效率和安全性，让不同的参与者自由竞争提交区块和生成证明，从而提高整个网络的性能和去中心化程度。整体总结如下。

• 特征

开放竞争：允许任何符合条件的参与者竞争提交区块和生成证明。这种开放机制减少了中心化控制，提高了网络的去中心化程度。竞争对手通过提供更好的服务赢得奖励和交易费；

高效扩展：可以有效提高区块生成和验证的效率，多个竞争者可以并行工作，避免单点瓶颈，提高交易处理速度和网络扩展能力；

安全性：通过多方竞争机制，提高系统抵御攻击的能力。多方竞争产生的区块和证明，增加了系统的透明度和安全性，很难被单一实体控制或攻击。

• 优势

EVM 兼容性：BCR 与以太坊虚拟机（EVM）完全兼容，允许现有的以太坊智能合约和去中心化应用程序（DApps）轻松迁移到 BCR 而无需进行重大修改；

高吞吐量：由于BCR可以并行处理交易和生成区块，网络吞吐量显著提高，能够处理更高的交易量，降低交易成本和延迟；

去中心化：通过去中心化的区块生成和证明机制，保证网络的去中心化特性，降低被中心化实体控制的风险。

• 缺点

复杂性增加：系统复杂性需要复杂的算法和协议来协调多个竞争对手之间的区块生成和验证。智能合约复杂性可能需要额外的逻辑来处理竞争结果。

潜在问题：在BCR的竞争机制下，当多个竞争对手同时计算并提交区块时，费用可能会上升。用户在使用BCR进行交易时可能会面临更高的交易费用，尤其是在网络繁忙或竞争激烈的时候。同时，拥有丰富资源的大型节点可能在竞争中占据优势，从而导致中心化。

基于 BBR 的 Booster Rollup

Booster 是 BBR 中一个特殊的参与者，负责优化交易批次、压缩交易数据以及并行处理多个交易批次，其实际作用是将执行和存储分离，在 L1 保持去中心化的同时保持 L2 的执行，并保持 L1 和所有 BBR 上的智能合约地址一致。

与此同时，也面临着系统复杂度增加、资源消耗、潜在中心化等挑战，未来BBR仍需进一步优化和扩展，以满足不断发展的区块链技术的需求。

图片来源：Taiko Labs

结论

从目前的整体观察来看，Baseline Rollup 可以视为以太坊第二层扩展方式的巨大改变。Rollup 的排序直接委托给第一层提议者，通过提议者和构建者的分离设计，让第一层为 Rollup 承担所有排序角色。同时还扩展了 MEV，使得 L2 搜索者可以将交易捆绑发送给 L2 构建者，而构建者也是 L1 搜索者，这些完整的 L2 区块随后成为 L1 区块的一部分，最终由 L1 构建者和以太坊主网处理。

基于 Rollup 的方案是否能被认定为 Rollup 的最终解决方案还有待考证，但不可否认它是现阶段以太坊第二层扩容的一大创新，为扩容提供了更安全、更去中心化的解决方案。如果将同样的思维带入比特币生态，相比以太坊原生实现的、具有强扩容性的去中心化 VM，其实现难度可想而知，因此整个行业在解决真正去中心化扩容的问题上还有很长的路要走。

扩展链接：

【 1 】 基于汇总——来自 L1 排序的超能力 https://ethresear.ch/t/based-rollups-superpowers-from-l1-sequencing/15016/1

【2】ZK-EVM 的不同类型 https://vitalik.eth.limo/general/2022/08/04/zkevm.html

参考文章：
【1】信用游戏：由多重签名和委员会控制的 Rollupshttps ://mp.weixin.qq.com/s?__biz =Mzk0OTYwMDM1Mg==mid=2247486544idx=1sn=7a0ee8eb1d32e6ef0bd08354986c0a1fsource=41#wechat_redirect

【2】Taiko研究报告：以太坊Layer 2解决方案实现无缝扩展和全面兼容https ://www.panewslab.com/zh/articledetails/id09jfto.html

本文来源于网络：从理论到实践：Based Rollup 能否实现 L1 排序驱动的 Rollup 方案？

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