解讀下一代Ethereum L2（III）：原生 Rollups
在過去兩年中，Ethereum已全面致力于“Rollup中心”路線圖。該策略涉及在橋接合約中鎖定ETH，在鏈外執行交易，并使用證明——無論是欺詐證明還是零知識證明（ZKP）——來驗證Layer2（L2）的狀態并處理提款。
然而，存在一個重大挑戰：Ethereum本身不原生驗證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。
Ethereum頻繁經歷硬分叉，這可能會修改EVM，這意味著rollup團隊必須負責維護和更新他們的自定義實現。這通常需要成立安全委員會或采用基于Tokens的投票治理系統，以管理對其橋接合約和證明機制的更新。
在我們的前一系列中，我們探討了Basedrollup和Boosterrollup。現在，我們將轉向更深入地探討原生rollup的概念。Based、Booster和原生有什么區別？
在Basedrollup、Boosterrollup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Basedrollup和Boosterrollup，因此建議你在閱讀本文之前查看那些內容。但我們會快速回顧這三種類型。
BasedRollups使用L1驗證者集進行交易排序，促進去中心化，但由于相對較長的L1區塊時間（例如12秒），可能會影響吞吐量。然而，正在努力改進這一體驗，使用預確認技術，使用戶能夠在社區持續創新時享受更快的交易最終確認。
BoosterRollups通過在L2上模擬L1處理來擴展執行和存儲，使應用程序在不重新部署的情況下成長。盡管這種方法提供了可擴展性，但與傳統rollups相比，它引入了額外的復雜性，需要更復雜的工程努力來開發和維護。
原生Rollups利用L1自己的狀態轉移功能（STF）作為應用層狀態轉換的驗證器。然而，盡管Optimism、Arbitrum和其他rollups在EVM等價環境中運行，但它們通常包含無法直接在Ethereum上實現的復雜或不切實際的自定義修改。
原生rollups曾被稱為法定rollups，已在各種寫作中詳細討論。此外，“規范rollup”這一術語曾被@apolynya短暫使用。然而，“法定”的術語最終被“原生”取代，以表明現有的EVM等價rollups可能會升級到這種模型。“原生”這一術語是由@danrobinson和一位來自Lido的匿名貢獻者提出的。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狀態轉換的驗證器。此預編譯將允許rollup團隊在他們的驗證器合約中使用它，為證明系統提供Based，并使rollup繼承Ethereum的原生驗證。
由于這個新預編譯在某種程度上類似于“EVM中的EVM”概念，它將通過Ethereum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Ethereum的驗證，并減輕rollup團隊在安全委員會或多簽名方面的治理責任，從而使rollup對用戶更具本質安全性。
EXECUTE預編譯作為EVM狀態轉換的驗證器，允許rollup在應用層利用Ethereum的原生Based設施。它使用pre_state_root、post_state_root、trace和gas_used等輸入來驗證轉換，利用類似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，集成了一個一個槽的延遲，以減輕中心化風險，例如基于MEV的證明競爭。
這一預編譯通過在證明系統中的“無信任rollup”支持簡化rollup開發。如果與Basedrollup設計結合，其中排序和證明系統均由Ethereum管理，這種結構可實現完全的無信任性，通常被稱為“超聲rollup”。它提高了可組合性，并具有實時結算的潛力，從而鼓勵更具可組合性和安全性的rollup設計。
選擇類似EVM的驗證器而非zk驗證器源于ZK技術目前的不成熟。目前廣泛使用的zkVM已經顯示出脆弱性，而ZKP的快速演變使得在鏈上硬編碼特定zk驗證器存在風險且不靈活。Ethereum反而優先考慮多樣性和中立性，允許對不同zk客戶端進行實驗，而不鎖定到單一驗證器上。
然而，這并不意味著預編譯未能為Ethereum的可擴展性做出貢獻。盡管Ethereum通過將zk證明驗證器保持在鏈外來確保其安全性，但它利用此預編譯來驗證rollup提交的zk證明。這使得Ethereum驗證者能夠避免從頭到尾完全模擬所有rollup交易。相反，通過依賴鏈外的zk證明，網絡保持其安全保證，同時努力在執行方面實現可擴展性。原生rollup的主要優點是什么？
通過原生rollup，許多復雜的工作可以由預編譯處理，使欺詐證明或SNARK檢查等變得更簡單。這意味著更少的代碼需要編寫和維護，無需額外的系統，如證明網絡或安全委員會。
鏈上SNARK驗證成本高昂，因此許多zk-rollup為了節省成本而不頻繁結算交易。EXECUTE預編譯可以幫助通過使用SNARK遞歸將多個證明打包在一起來降低這些成本。這種方法可以使rollup更有效地驗證交易，從而使鏈外驗證更具成本效益。
在傳統rollup中確保無錯誤操作是一項挑戰，通常需要廣泛的檢查。許多團隊通過采用集中排序來降低風險，以防止惡意區塊的產生。然而，通過預編譯的原生執行，可能會實現更安全和無權限的排序機制。這種方法可以使rollup不僅繼承L1的安全性，還繼承資產的可替代性，因為交易直接在Ethereum的信任環境中得到驗證。
有很多與EVM兼容的rollup，但幾乎沒有與EVM等價的：保持與主Blockchain的變化同步通常需要一個團隊或投票系統來更新rollup，這可能帶來風險。原生rollup可以與主Blockchain自動更新，保持一切同步，無需額外的規則或投票者。
對于zk-rollups，實現超低延遲的證明時間，例如100毫秒，是一項高度挑戰性的工程任務。相比之下，原生rollups可能允許更加“寬松”的證明時間表，將其延長至一個完整的插槽。這種方法減輕了立即生成證明的壓力，可能提高了可靠性并增強了與L1的集成。所有rollup都會是原生的嗎？
目前所有的rollup堆棧，如OPStack和ArbitrumOrbitStack，都有潛力轉變為“原生rollups”，直接繼承Ethereum的安全特性。這一升級將使用戶感到更滿意，因為安全性得到了增強，而rollup團隊則因不再需要安全委員會而感到更舒心。同時，rollup團隊仍然可以通過提供高效的共享排序層來繼續競爭，并捕獲排序費用，最大化MEV。
然而，并不是所有的rollup都會過渡到原生形式。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gas記賬方法以及在主L1Blockchain上找不到的預編譯。L2rollups之間VM的多樣性，各自共享一個共同的安全Based，是今天L2生態系統的一大優勢，例如
@EclipseFND是SVMrollup，
@movementlabsxyz
是MoveVMrollup，或@Starknet是CairoVMrollup。
正如@doganeth_en所指出的，未來的rollups將分為三個類別：企業rollups、性能導向的rollups，以及“對齊”的原生rollups。
企業將專注于管理、排序和擁有他們的rollups，非常適合希望在交易順序、執行和應用程序上享有類似web2控制權的企業。
專注于性能的rollups將使用Ethereum的結算，但依賴替代數據可用性來實現最佳性能，例如
@megaeth_labs用@eigen_da
來實現數據可用性。這些rollups的去中心化程度較低，但提高了
$ETH
的效用，但犧牲了某些Ethereum特性。
原生rollups將與Ethereum的Based設施全面集成，并提供：Ethereum級別的去中心化、與直接狀態訪問的共享執行，以及更便宜的鏈外ZK證明驗證。這些rollups有助于Ethereum的網絡效應，可能共享收入，但其可持續性依賴于自然的經濟激勵。結論
原生rollups代表了Ethereumrollup中心路線圖的一項重大進展，提供了一種與EthereumBased設施更對齊的方法。通過引入EXECUTE預編譯，原生rollups簡化了治理，消除了對多重簽名、保安委員會或基于Tokens的投票系統的依賴。這種方法不僅增強了安全性，而且使rollups能夠更高效地擴展，利用鏈外zk證明，從而確保了信任最小化和可擴展性。
盡管這一提案前景廣闊，但并非沒有挑戰。盡管大多數現有的rollup被標稱為EVM等價，但它們通常對EVM有輕微的修改。因此，過渡到原生rollup模型可能會給具有定制的EVM實現的rollups帶來額外的開發負擔。
盡管如此，原生rollups提供了一條引人注目的路徑，將Ethereum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Ethereum的生態系統在未來更加緊密和韌性。如果你還沒有查看過，請務必查看
第一部分和第二部分的Rollups2.0系列，分別關注BasedRollups和增強型rollups。在我們的下一篇文章中，我們將深入探討gigagasrollups的概念，并探索這種創新的rollup設計如何推動Ethereum的可擴展性邊界，并進一步增強rollup生態系統。
致謝：本篇文章由@paramonoww撰寫。特別感謝@korayakpinarr 的反饋和審閱。