解读下一代Ethereum L2（III）：原生 Rollups

在过去两年中，Ethereum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：Ethereum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。

Ethereum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Tokens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Basedrollup和Boosterrollup。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Basedrollup、Boosterrollup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Basedrollup和Boosterrollup，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。

BasedRollups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。

BoosterRollups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Ethereum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Ethereum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Ethereum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Ethereum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Ethereum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Basedrollup设计结合，其中排序和证明系统均由Ethereum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。

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。Ethereum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Ethereum的可扩展性做出贡献。尽管Ethereum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Ethereum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Ethereum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Blockchain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Blockchain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OPStack和ArbitrumOrbitStack，都有潜力转变为“原生rollups”，直接继承Ethereum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L1Blockchain上找不到的预编译。L2rollups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SVMrollup，

@movementlabsxyz

是MoveVMrollup，或@Starknet是CairoVMrollup。

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Ethereum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Ethereum特性。

原生rollups将与Ethereum的Based设施全面集成，并提供：Ethereum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Ethereum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Ethereumrollup中心路线图的一项重大进展，提供了一种与EthereumBased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Tokens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Ethereum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Ethereum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Rollups2.0系列，分别关注BasedRollups和增强型rollups。在我们的下一篇文章中，我们将深入探讨gigagasrollups的概念，并探索这种创新的rollup设计如何推动Ethereum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。