Scroll CN：一文读懂去中心化 Rollups

原文：Scroll CN

随着 Rollups 运用的增加并保管生态的应用程序，用户的搬迁本钱将增加，中心化的排序器将取得对定价的独占性影响力。中心化排序器的操控者有理由从用户中直接（例如经过费用）和直接（例如经过抢跑买卖、三明治攻击等）最大程度地提取价值（MEV）。— Espresso

正如Espresso团队所说到的，中心化Rollups终究将面临独占定价和MEV的问题。此外，中心化Rollups本质上会损坏可组合性，导致分裂的Rollups。

可是，现在简直一切的Rollups都依然是中心化的，由于树立一个去中心化、无需答应且可扩展的Rollup是极具挑战性的。另一个原因是，先推出中心化的Rollups能够帮助孵化生态体系并抢占商场份额。

而当咱们评论去中心化的Rollups时，特别是zkRollups时，有两个层面的去中心化。第一个是证明者的去中心化，第二个是排序器的去中心化。完成完全的去中心化，还需求处理排序器和证明者之间的和谐问题。

在模块化趋势下，去中心化Rollup现在首要有三类参加者。第一类旨在完成完全去中心化的Rollups，并提出了完好的处理方案。第二类是旨在处理证明者网络的协议。终究有多种处理方案正在完成排序器的去中心化。

Rollups 去中心化 

在zkRollups中，Polygon和Starknet现已提出了处理方案来完成他们Rollups的去中心化。

Polygon

在引入POE（Proof of Efficiency）之前，Polygon zkEVM选用了POD（Proof of Donation），使得排序器能够竞标创立下一个买卖批次的时机。可是，这会带来一个问题，即单个歹意方能够经过出价最高来操控整个网络。

选用POE后，排序器和证明者将在自身硬件条件下，最高效地参加到无需答应的网络中。任何人都能够参加Polygon zkEVM，只需这是有经济效益的。

在Polygon zkEVM中，排序器需求16GB的RAM和4个中心的CPU，而证明者需求1TB的RAM和128个中心的CPU。此外，还有一个称为聚合器的角色，担任搜集L1数据，将其发送到证明者，接纳证明并将其提交到L1。咱们能够将聚合器和证明者视为同一个主体，由于聚合器和证明者之间的联系是十分简略的，聚合器付出证明者出产证明的本钱。

这种架构十分简略：任何排序器都能够无需答应地在L1上依据前一个状况打包买卖，并更新相应地状况。一起，任何聚合器都能够提交证明以验证更新后的状况。

在POE中，功率不仅指参加者在相互竞赛时的网络功率，也指排序器和证明者自身的经济功率。在L2中，排序器和证明者同享买卖费用，排序器付出 batchFee 给聚合器来生成证明。这确保了参加者在经济上有动力为网络功率做出奉献，然后带来愈加健壮和可持续的生态体系。

排序器

• 收入：L2买卖费用

• 本钱： batchFee （以$MATIC核算）+ L1 买卖费用（调用  sequenceBatches  办法）

聚合器（证明者）

• 收入： batchFee （以$MATIC核算）

• 本钱：证明本钱 + L1 买卖费用（调用  verifyBatchesTrustedAggregator 办法）

和谐器: batchFee

• 初始参数

•  batchFee = 1 $MATIC

•  veryBatchTimeTarget  = 30分钟。这是验证批次的方针时刻。协议将更新`batchFee`变量来达到该方针时刻。

•  multiplierBatchFee  = 1002。这是批次费用乘数，范围从1000到1024，保留3位小数。

• 调节器

•  diffBatches : 被聚合的批次中> 30分钟的数量减去<=30分钟的批次数量。最大值为12。

• 和谐进程

• 当  diffBatches  > 0时，增加聚合奖赏以鼓励聚合器。

• 当  diffBatches  < 0时，削减聚合奖赏来抑制聚合器，减缓聚合进程。

Starknet

Starknet也旨在构建一个快速承认的无答应且可扩展的Rollup。尽管没有达成去中心化处理方案的终究标准，但他们几个月前在论坛上发布了一些草案。

与Polygon zkEVM的简略机制比较，Starknet的方案更为复杂，由于它包含L2一致和证明网络中的链式协议证明（chained proof-of-a-protocol）。

排序器

Starknet 提出了一个双账本一致协议，而不是简略地在排序器层中增加一个一致层。在该协议中，L2 作为live protocol 供给快速呼应，而 L1 checkpoints 则作为safe protocol供给终究承认性。

关于 L2 的live protocol，能够选用各种一致机制，例如抗女巫的 PoS 体系，如 Tendermint 或 DAGs。另一方面，L1 的safe protocol触及多个合约，别离处理Stake办理、证明验证和状况更新。

该双账本一致协议的典型作业流程如下：

1. 首先，将 L2 live ledger的输出作为 L1 safe ledger的输入，生成一个查看后的live ledger。

2. 然后，将查看后的live ledger作为输入，再次输入到 L2 的纯一致协议中，确保查看后的live ledger一直是live  ledger的前缀。

3. 重复上述进程。

在构建双账本一致协议时，存在本钱和推迟之间的权衡。理想的处理方案旨在一起完成低本钱和快速的终究承认。

为了在 L2 上下降 gas 本钱，Starknet 将checkpoints分为“分钟级”和“小时级”。关于“分钟级”checkpoints，只有状况自身被提交到链上，而其他数据（有效性证明、数据可用性等）则经过 StarkNet L2 网络发送。这些数据由 StarkNet 全节点存储和验证。另一方面，“小时级” checkpoints 在 L1 上进行揭露验证。两种类型的查看点供给相同的终究承认。关于“分钟级”checkpoints，有效性证明由 StarkNet 全节点验证，并能够由任何一个节点在 L1 上发布，以向“分钟级”checkpoints赋予 L1 的终究承认性。因而，证明者需求生成小证明，以便在 L2 网络中广泛传达。

为了进一步下降推迟，Starknet 提出了一种领导者推举协议，以提早承认领导者。其根本逻辑如下：当前时期 i 的领导者是依据 L1 质押数量和一些随机性预先承认的。详细来说，在时期 i-2中， leader_election  办法依据时期 i-3 中的质押数量将排序器按词典次序平铺打开。然后，发送一笔买卖来更新随机数并随机选择一个点。该点落在方位所对应的排序器将成为时期 i 的领导者。

证明者

在POE模块下，参加者之间进行揭露竞赛，这或许导致赢家通吃的状况。Starknet企图完成一种无中心化风险的竞赛机制。以下是几种可选方案：

• 轮流制：这能够部分处理中心化问题，但或许无法经过鼓励机制找到证明作业的最佳人选。

• 依据质押：排序器依据其所质押的数量决定了中选证明者的概率。

• Commit-Reveal 方案：首个提交者需求典当代币来取得时刻短的独占时机，然后在该时刻窗口内生成证明。为了避免DDoS攻击，假如前者无法及时生成证明，后者所需的典当代币将呈指数级增加。尽管在该机制下，网络或许会失掉最佳功能的机器，但能够培养更多的证明者。

除了证明者之间的竞赛，还应该下降进入门槛，以便更多的证明者能够参加到网络中来。Starknet提出了一种使用递归证明的复杂协议，称为链式协议证明。

在链式协议证明中，区块链自身被划分为几个不同的分支。这样证明不仅能够是递归的，而且证明生成也能够是并发的。例如，在3个分支的设定中，12个黑色的区块被分为3行，每行代表一个分支。咱们能够把每个分支看作一个子链，子链中的每个块都应证明前一个块。从整条链的角度看，插槽 n 需求证明插槽 n-3 。3个区块的距离为排序器预留了满足的时刻来提早核算和购买证明。这有点类似于分片技能，其间攻击者只需求操控一个分支就能操控整个证明者网络。

为了将这些分支织造在一起，Starknet提出了一种织造技能，能够将多个节点兼并在一起，一起验证买卖的合法性，确保买卖记载的一致性和牢靠性。

其间一种方案是要求每个插槽需求一起与几个分支进行兼并。另一种方案是将每个分支替换测验和其他分支兼并，然后削减证明作业量。当然这也是一个敞开性问题，或许未来有更好的处理方案。

和谐

为了活跃确保证明者能够有满足的盈余空间，Starknet 提出了参考 EIP1559 方案的做法：将根底费用设定为证明者资源价格的下限，活跃地进行价格发现，而且排序器能够运用小费来鼓励证明者。这样，证明者将一直得到超量付出，只有极点状况才会影响证明进程。不然，假如证明者取得的报酬接近商场价格，那么轻微的波动就或许引发证明者停摆。

证明者去中心化

从 Rollups的角度来说，证明者比排序器去中心化更简单完成。而且，当前证明者是功能瓶颈，需求跟上排序器批处理的速度。在排序器去中心化没有处理时，去中心化的证明者也能够为中心化的排序器供给服务。

事实上，不仅是 Rollups，zkBridge 和 zkOracle 也需求一个证明者网络。他们都需求一个强壮的分布式证明者网络。

从长远来看，能够容纳不同核算才能的证明者网络更具可持续性，不然功能最好的机器将独占商场。

证明商场

有些协议不是和谐排序器和证明者之间的联系，而是直接将和谐抽象成了证明商场。在该商场中，证明是商品，证明者是证明的出产者，而协议则是证明的消费者。在“看不见的手”的效果下，商场均衡是最高效的。

Mina

Mina现已树立了一个名为Snarketplace的证明商场，在其间买卖Snark证明。这里的最小单位是单个买卖的Snark证明。Mina选用了一种名为Scan State的状况树的递归证明。

Scan State是一个二叉树的森林，其间每个买卖是一个节点。在树的顶部生成一个单个证明，能够证明树中的一切买卖。证明者有两个任务：首先是生成证明，第二是兼并证明。

在证明者完成作业并提交出价后，Mina协议的区块出产者将选择最低价格的出价者。这也是均衡价格，由于出价者会提交高于证明本钱的出价，而区块出产者将不会购买不划算的证明。

=Nil; Foundation

Mina的证明商场是专为自己的协议规划的，而=nil; Foundation则提出了一个通用的证明商场，以服务整个商场。

该商场的服务由三个组成部分构成：`DROP DATABASE、zkLLVM和Proof Market。

• `DROP DATABASE：是一个数据库办理体系协议，能够看作是一个DA层。

• Proof Market：是一个在DROP DATABASE上运转的应用程序，类似于一些人所说的zk证明的“去中心化买卖所”。

• zkLLVM：是一个编译器，将高档编程言语转换为可证明核算协议的输入。

每个证明由其不同的输入和电路组成，因而每个证明都是唯一的。电路界说了证明的类型，类似于金融术语中界说“买卖对”的方式。此外，不同的证明体系引入了更多的电路。

作业流程如下：证明的需求方能够用高档编程言语编写代码，然后经过东西链将其喂给 =nil; zkLLVM，生成一个独自的电路，它将成为商场中的一个独特的买卖对。

关于证明需求方，他们能够在本钱和时刻之间做取舍。证明者也将考量自己的核算才能和收入。因而在商场上，将会有不同的核算才能，高算力将更快地生成证明，但本钱更高，而低算力生成证明更慢，但更廉价。

两步提交

最近，Opside 提出了一种两步提交方案来去中心化证明者网络。该方案将证明提交分红两个阶段，来避免最快的证明者总是胜出的状况。

• 过程1：提交第T个区块的零常识证明的哈希

• 从第T+11个区块开端，不再答应新的证明者提交哈希。

• 过程2：提交零常识证明

• 在第T+11个区块之后，任何证明者都能够提交零常识证明。假如至少有一个零常识证明经过验证，它将用于验证一切提交的哈希，经过验证的证明者将依据典当金额的份额取得相应的PoW奖赏。

• 假如在第T+20个区块之前没有零常识证明经过验证，则一切提交哈希的证明者都会遭到赏罚。然后从头敞开排序器，能够提交新的哈希，回到过程1。

这种办法能够包容不同的算力。可是，所需的典当依然引入了一定程度的中心化。

排序器去中心化

排序器的去中心化比验证者更为复杂。这是由于排序用具有打包排列买卖的权利，比如MEV和收入分配等问题都需求考量。

考虑到以太坊将对活性的优先级高于呼应性，L2 处理方案应该经过优先考虑呼应性而不是活性来与这样的取舍互补。可是，与中心化排序器比较，去中心化排序器在呼应性方面自身就有所牺牲。因而，需求完成各种优化来处理这个窘境。

现在，有三种不同的去中心化排序器方案。第一种方案是经过优化一致机制完成。第二种方案触及同享排序器网络。第三种方案依据L1的验证者。

一致

一致协议首要担任对买卖进行排序和确保其可用性，而不是履行买卖。可是，正如前面说到的直接增加另一个一致层，并不是一个简略的处理方案。

为了提高呼应性，一种常见的办法是依靠较小的验证器调集。例如，Algorand和Polkadot运用随机抽样的较小委员会来批量处理买卖。一切节点运用随机信标和可验证随机函数（VRF），在给守时期内被包含在委员会中的概率与其质押数量成份额。

为了削减网络流量，能够运用更小的数据可用性（DA）委员会。或许选用 VID（Verifiable Information Dispersal）。VID将数据的纠删码分发给参加一致的一切节点，使得任何持有满足高质押份额的节点子集都能够协作康复数据。这种办法的取舍在于削减播送复杂性，但增加了数据康复的复杂性。

Arbitrum 则选择了有声誉的实体组成验证者集，如ConsenSys、Ethereum Foundation、L2BEAT、Mycelium、Offchain Labs、P2P、Quicknode、IFF的分布式账本研究中心（DLRC）和Unit 410参加排序器委员会。这种办法的取舍在于经过提高去中心化的质量来补偿数量上的缺乏。

同享排序器网络

排序器在模块化区块链中（特别是在 Rollup 中）发挥着至关重要的效果。每个 Rollup 一般都会构建自己的排序器网络。可是，这种办法不仅造成了冗余问题，而且还阻碍了可组合性。为处理这个问题，一些协议提出了构建一个同享的 Rollup 排序器网络。这种办法下降了完成原子性、可组合性和互操作性的复杂度，这些特性在敞开无需答应的区块链中，是用户和开发者迫切需求的。此外，它还不再需求独自的排序器网络的轻客户端。

Astria

Astria正在为Celestia的Rollup生态体系开发一种中间件区块链，其间包含自己的分布式排序器调集。这个排序器集担任承受来自多个Rollup的买卖并将其写入根底层，而不履行它们。

Astria的效果首要聚焦于买卖排序，与根底层和Rollup独立运作。买卖数据存储在根底层上（例如Celestia），而Rollup全节点维护状况并履行操作。这确保了Astria 与Rollup解耦。

关于终究承认性，Astria供给两个级别的Commitment：

• “Soft commitment”：使得Rollup能够为其终究用户供给快速的区块承认。

• “Firm commitment”：速度与根底层相同，确保更高的安全性和终究承认性。

Espresso

Espresso在零常识技能领域做出了重大奉献。他们最新在开发一种去中心化排序器的综合处理方案，可应用于 Optimistic Rollups和zkRollups。

去中心化排序器网络由以下组成：

• HotShot 一致：优先考虑高吞吐量和快速终究承认性，而不是动态可用性。

• Espresso DA：结合依据委员会的 DA 处理方案和 VID，其间高带宽节点将数据供给给一切其他节点。每个独自区块的可用性也由小型随机推举的委员会支持。VID 供给牢靠但较慢的备份，只需一切节点的满足高份额的质押权重没有遭到威胁，就能够确保可用性。

• Rollup REST API：以太坊兼容 JSON-RPC。

• 排序器合约：验证 HotShot 一致（即作为轻客户端）并记载 checkpoints（即对买卖进行密码学许诺），办理 HotShot 的质押表。

• P2P 网络：Gossip 协议。

与 Astria 比较，Espresso 供给 DA。因而，作业流程将略有不同，如下所述：

1. 用户创立并提交买卖到 Rollup。

2. 买卖经过排序器网络传达并保留在内存池中。

3. 经过 HotShot 质押机制指定领导者，提出区块，并将其传达回 Rollup 的履行者和证明者。

4. 领导者将买卖发送到数据可用性委员会，并收到 DA 证书作为反馈。

5. 领导者还向 Layer 1 排序器合约发送对区块的许诺，以及合约用于验证区块的证书。

Espresso 引入了用于证明的 Gossip 协议，供给更灵敏的用户体会。它供给三种买卖终究承认性的选项：

• 快速：用户能够信任已履行买卖并生成证明的 Rollup 服务器，或许他们能够使用 HotShot 的低推迟履行买卖。

• 适度：用户能够稍等一段时刻以生成证明，然后查看该证明。

• 慢速：用户能够等待 L1 验证状况更新来获取更新后的状况，无需任何信任假设或核算。

除了上述优化之外，Espresso 还方案使整个以太坊验证者集自身参加运转 Espresso 排序器协议。运用相同的验证者调集将供给类似的安全性，而且与 L1 验证者同享价值将愈加安全。此外，Espresso 还能够使用 EigenLayer 供给的 ETH 再质押处理方案。

Radius

Radius正在构建一个依据零常识证明的无信任同享排序层，专注于处理L2中的MEV问题，由于L2的收入首要来自区块空间。所需求考虑的权衡是MEV和L2收入之间的平衡。Radius的方针是消除对用户有害的MEV，并提出了一个两层服务。

顶层针对惯例用户买卖，并经过运用时刻锁谜题供给密码学维护，以避免有害的MEV。详细而言，它选用了有用可验证推迟加密（PVDE）技能，该技能将在5秒内为依据RSA的时刻锁谜题生成零常识证明。该办法供给了一种有用的处理方案，以维护用户免受有害的MEV。简而言之，在排序器承认买卖次序之后，才能够知晓买卖内容。

底层是为区块构建者规划的，并答应他们参加产生收入的活动，一起减轻MEV的负面影响。

Based Rollups

Based Rollup 是最近由Justin Drake提出的一个概念，其间L1区块提议者与L1的搜索者和构建者合作，在无需答应的状况下将rollup区块包含在下一个L1区块中。它能够被视为L1上的同享排序器网络。Based Rollup的优缺点很明显。

从活跃的一面来看，Based Rollup 使用了L1所供给的活性和去中心化性，而且它的完成简略且高效。Based Rollup也与L1坚持经济上的一致性。可是，这并不意味着Based Rollup损害了其主权。尽管将MEV交给了L1，Based Rollup依然能够具有管理代币并收取根底费用。依据假设，Based Rollup 能够使用这些优势，完成主导地位，并终究最大化收益。

定论

观察所提出的这些方案，能够看出Rollup的去中心化仍有很长的路要走。其间一些提案仍处于草案阶段，需求进一步评论，而其他一些则仅完成了初步规格阐明。一切这些方案都需求完成并承受严格的测试。

尽管有些Rollup或许没有明确提出相应的去中心化处理方案，但它们一般包含应急逃离机制来处理由于中心化排序器引起的单点故障。例如，zkSync供给了`FullExit`办法，答应用户直接从 L1 提取其资金。在体系进入 exodus mode ，无法处理新区块时，用户能够发动提款操作。

为了完成抗审查，这些Rollup一般还答应用户直接在L1上提交买卖。例如，zkSync选用优先级队列来处理在L1上发送的这类买卖。类似地，Polygon zkEVM在L1合约中包含了一个  force batch  办法。当一周内未产生聚合时，用户能够在L1上调用此办法，并供给买卖的字节数组和  bathFee 给证明者。

能够必定的是，在可预见的未来，Rollup的去中心化将会是一个组合型的处理方案，或许包含上述这些重要的方案或许其他一些创新性的变体。

参考资料

此时快讯

【ETH 2.0存款合约的总价值达到历史新高】金色财经报道，Glassnode alerts数据显示，ETH2.0存款合约的总价值达到 39,140,​​040,699.09美元，创历史新高。