解读下一代以太坊 L2（III）：原生 Rollups

在过去两年中，以太坊已全面致力于“Rollup 中心”路线图。该策略涉及在桥接合约中锁定 ETH，在链外执行交易，并使用证明——无论是欺诈证明还是零知识证明（ZKP）——来验证 Layer2 （L2）的状态并处理提款。

然而，存在一个重大挑战：以太坊本身不原生验证 EVM 执行，迫使 rollup 独立在链上实现自己的证明系统以验证状态转换。

以太坊频繁经历硬分叉，这可能会修改 EVM，这意味着 rollup 团队必须负责维护和更新他们的自定义实现。这通常需要成立安全委员会或采用基于代币的投票治理系统，以管理对其桥接合约和证明机制的更新。

在我们的前一系列中，我们探讨了Based rollup 和Booster rollup。现在，我们将转向更深入地探讨原生 rollup 的概念。

Based、Booster和原生有什么区别？

在Based rollup、Booster rollup 和原生 rollup 的定义之间可能存在很多混淆。在之前的系列中，我们已经介绍了Based rollup 和Booster rollup，因此建议你在阅读本文之前查看那些内容。但我们会快速回顾这三种类型。

Based Rollups 使用 L1 验证者集进行交易排序，促进去中心化，但由于相对较长的 L1 区块时间（例如 12 秒），可能会影响吞吐量。然而，正在努力改进这一体验，使用预确认技术，使用户能够在社区持续创新时享受更快的交易最终确认。

Booster Rollups 通过在 L2 上模拟 L1 处理来扩展执行和存储，使应用程序在不重新部署的情况下成长。尽管这种方法提供了可扩展性，但与传统 rollups 相比，它引入了额外的复杂性，需要更复杂的工程努力来开发和维护。

原生 Rollups 利用 L1 自己的状态转移功能（STF）作为应用层状态转换的验证器。然而，尽管 Optimism、Arbitrum 和其他 rollups 在 EVM 等价环境中运行，但它们通常包含无法直接在以太坊上实现的复杂或不切实际的自定义修改。

原生 rollups 曾被称为法定 rollups，已在各种写作中详细讨论。此外，“规范 rollup”这一术语曾被 @apolynya 短暂使用。然而，“法定”的术语最终被“原生”取代，以表明现有的 EVM 等价 rollups 可能会升级到这种模型。“原生”这一术语是由 @danrobinson 和一位来自 Lido 的匿名贡献者提出的。

原生 rollup 是如何工作的？

原生 rollup 提案引入了 EXECUTE 预编译，旨在作为 rollup 状态转换的验证器。此预编译将允许 rollup 团队在他们的验证器合约中使用它，为证明系统提供Based，并使 rollup 继承以太坊的原生验证。

由于这个新预编译在某种程度上类似于“EVM 中的 EVM”概念，它将通过以太坊的硬分叉过程在其社会共识下进行更新。这确保了对 EVM 的更改反映在预编译中，使 rollup 能够继承以太坊的验证，并减轻 rollup 团队在安全委员会或多签名方面的治理责任，从而使 rollup 对用户更具本质安全性。

EXECUTE 预编译作为 EVM 状态转换的验证器，允许 rollup 在应用层利用以太坊的原生Based设施。它使用 pre_state_root、post_state_root、trace 和 gas_used 等输入来验证转换，利用类似 EIP-1559 的 gas 定价机制。根据 rollup 的可扩展性需求，验证者可以通过重新执行或 SNARK 证明来强制执行 rollup 状态转换的正确性。此外，集成了一个一个槽的延迟，以减轻中心化风险，例如基于 MEV 的证明竞争。

这一预编译通过在证明系统中的“无信任 rollup”支持简化 rollup 开发。如果与Based rollup 设计结合，其中排序和证明系统均由以太坊管理，这种结构可实现完全的无信任性，通常被称为“超声 rollup”。它提高了可组合性，并具有实时结算的潜力，从而鼓励更具可组合性和安全性的 rollup 设计。

提议的预编译的行为类似于 EVM，重新执行 rollup 交易以验证正确性。这与 rollup 的核心优势相悖，因为 rollup 的优势在于链外执行，仅向以太坊提交有效性证明。相反，预编译本质上反映了以太坊已经做的事情，并未在减轻来自 L1 的计算负担方面增加任何价值。

选择类似 EVM 的验证器而非 zk 验证器源于 ZK 技术目前的不成熟。目前广泛使用的 zkVM 已经显示出脆弱性，而 ZKP 的快速演变使得在链上硬编码特定 zk 验证器存在风险且不灵活。以太坊反而优先考虑多样性和中立性，允许对不同 zk 客户端进行实验，而不锁定到单一验证器上。

然而，这并不意味着预编译未能为以太坊的可扩展性做出贡献。尽管以太坊通过将 zk 证明验证器保持在链外来确保其安全性，但它利用此预编译来验证 rollup 提交的 zk 证明。这使得以太坊验证者能够避免从头到尾完全模拟所有 rollup 交易。相反，通过依赖链外的 zk 证明，网络保持其安全保证，同时努力在执行方面实现可扩展性。

原生 rollup 的主要优点是什么？

通过原生 rollup，许多复杂的工作可以由预编译处理，使欺诈证明或 SNARK 检查等变得更简单。这意味着更少的代码需要编写和维护，无需额外的系统，如证明网络或安全委员会。

链上 SNARK 验证成本高昂，因此许多 zk-rollup 为了节省成本而不频繁结算交易。EXECUTE 预编译可以帮助通过使用 SNARK 递归将多个证明打包在一起来降低这些成本。这种方法可以使 rollup 更有效地验证交易，从而使链外验证更具成本效益。

在传统 rollup 中确保无错误操作是一项挑战，通常需要广泛的检查。许多团队通过采用集中排序来降低风险，以防止恶意区块的产生。然而，通过预编译的原生执行，可能会实现更安全和无权限的排序机制。这种方法可以使 rollup 不仅继承 L1 的安全性，还继承资产的可替代性，因为交易直接在以太坊的信任环境中得到验证。

有很多与 EVM 兼容的 rollup，但几乎没有与 EVM 等价的：保持与主区块链的变化同步通常需要一个团队或投票系统来更新 rollup，这可能带来风险。原生 rollup 可以与主区块链自动更新，保持一切同步，无需额外的规则或投票者。

对于 zk-rollups，实现超低延迟的证明时间，例如 100 毫秒，是一项高度挑战性的工程任务。相比之下，原生 rollups 可能允许更加“宽松”的证明时间表，将其延长至一个完整的插槽。这种方法减轻了立即生成证明的压力，可能提高了可靠性并增强了与 L1 的集成。

所有 rollup 都会是原生的吗？

目前所有的 rollup 堆栈，如 OP Stack 和 Arbitrum Orbit Stack，都有潜力转变为“原生 rollups”，直接继承以太坊的安全特性。这一升级将使用户感到更满意，因为安全性得到了增强，而 rollup 团队则因不再需要安全委员会而感到更舒心。同时，rollup 团队仍然可以通过提供高效的共享排序层来继续竞争，并捕获排序费用，最大化 MEV。

然而，并不是所有的 rollup 都会过渡到原生形式。一些 L2 特性与原生 rollups 天生不兼容，包括独特的交易类型、不同的 gas 记账方法以及在主 L1 区块链上找不到的预编译。L2 rollups 之间 VM 的多样性，各自共享一个共同的安全Based，是今天 L2 生态系统的一大优势，例如

@EclipseFND 是 SVM rollup，

@movementlabsxyz

是 MoveVM rollup，或 @Starknet 是 CairoVM rollup。

正如 @doganeth_en 所指出的，未来的 rollups 将分为三个类别：企业 rollups、性能导向的 rollups，以及“对齐”的原生 rollups。

企业将专注于管理、排序和拥有他们的 rollups，非常适合希望在交易顺序、执行和应用程序上享有类似 web2 控制权的企业。

专注于性能的 rollups 将使用以太坊的结算，但依赖替代数据可用性来实现最佳性能，例如

@megaeth_labs 用 @eigen_da

来实现数据可用性。这些 rollups 的去中心化程度较低，但提高了

$ETH

的效用，但牺牲了某些以太坊特性。

原生 rollups 将与以太坊的Based设施全面集成，并提供：以太坊级别的去中心化、与直接状态访问的共享执行，以及更便宜的链外 ZK 证明验证。这些 rollups 有助于以太坊的网络效应，可能共享收入，但其可持续性依赖于自然的经济激励。

结论

原生 rollups 代表了以太坊 rollup 中心路线图的一项重大进展，提供了一种与以太坊Based设施更对齐的方法。通过引入 EXECUTE 预编译，原生 rollups 简化了治理，消除了对多重签名、保安委员会或基于代币的投票系统的依赖。这种方法不仅增强了安全性，而且使 rollups 能够更高效地扩展，利用链外 zk 证明，从而确保了信任最小化和可扩展性。

尽管这一提案前景广阔，但并非没有挑战。尽管大多数现有的 rollup 被标称为 EVM 等价，但它们通常对 EVM 有轻微的修改。因此，过渡到原生 rollup 模型可能会给具有定制的 EVM 实现的 rollups 带来额外的开发负担。

尽管如此，原生 rollups 提供了一条引人注目的路径，将以太坊的安全性和灵活性与 rollup 设计结合起来。通过促进与 L1 的对齐，它们鼓励创新，同时减少碎片化，使以太坊的生态系统在未来更加紧密和韧性。如果你还没有查看过，请务必查看

第一部分 和 第二部分 的 Rollups 2.0 系列，分别关注Based Rollups 和增强型 rollups。在我们的下一篇文章中，我们将深入探讨 gigagas rollups 的概念，并探索这种创新的 rollup 设计如何推动以太坊的可扩展性边界，并进一步增强 rollup 生态系统。

致谢：本篇文章由 @paramonoww 撰写。特别感谢 @korayakpinarr 的反馈和审阅。