Ethereum Rollups: Die nächste Generation von ETH Layer 2 verstehen

Native Rollups verwenden die STF von L1 als Validierer für den Anwendungs-Layer Zustandsübergang.

Verfasser: Chainnews Community

In den letzten zwei Jahren hat sich Ethereum vollständig dem ‘Rollup-Center’-Roadmap verschrieben. Diese Strategie beinhaltet das Sperren von ETH in Bridge-Verträgen, die Durchführung von Transaktionen off-chain und die Verwendung von Proofs - sei es Betrugsnachweise oder Zero-Knowledge-Proofs (ZKP) - zur Validierung des Zustands von Layer2 (L2) und zur Abwicklung von Abhebungen.

Allerdings gibt es eine große Herausforderung: Ethereum selbst überprüft die EVM-Ausführung nicht nativ, was Rollups dazu zwingt, ihr eigenes Beweissystem auf der Kette zu implementieren, um Statusänderungen zu überprüfen.

Die Ethereum-Blockchain hat häufig harte Gabeln erlebt, die möglicherweise Änderungen am EVM vornehmen. Dies bedeutet, dass Rollup-Teams für die Wartung und Aktualisierung ihrer benutzerdefinierten Implementierungen verantwortlich sein müssen. Dies erfordert in der Regel die Einrichtung eines Sicherheitsausschusses oder die Annahme eines tokenbasierten Abstimmungsgouvernanzsystems zur Verwaltung von Updates für ihre Brückenverträge und Nachweismechanismen.

In unserer vorherigen Serie haben wir Based Rollup und Booster Rollup diskutiert. Jetzt werden wir uns eingehender mit dem Konzept des nativen Rollups befassen.

Was ist der Unterschied zwischen Based, Booster und nativ?

Es kann viele Missverständnisse zwischen den Definitionen von Based rollup, Booster rollup und nativem rollup geben. In früheren Beiträgen haben wir Based rollup und Booster rollup vorgestellt, daher empfehlen wir, diese vor dem Lesen dieses Artikels anzusehen. Wir werden jedoch schnell einen Überblick über diese drei Arten geben.

Basierend auf Rollups werden Transaktionen mithilfe des L1-Validierer-Pools zur Sortierung gefördert, um Dezentralisierung zu fördern. Aufgrund der relativ langen L1-Blockzeit (z.B. 12 Sekunden) kann dies jedoch die Durchsatzrate beeinträchtigen. Dennoch wird daran gearbeitet, dieses Erlebnis zu verbessern, indem Vorausbestätigungstechniken verwendet werden, um Benutzern schnellere endgültige Transaktionsbestätigungen zu ermöglichen, während die Community kontinuierlich Innovationen vorantreibt.

Booster Rollups erweitern die Ausführung und Speicherung, indem sie auf L2 die Verarbeitung von L1 simulieren, was es Anwendungen ermöglicht, ohne Neubereitstellung zu wachsen. Obwohl dieser Ansatz Skalierbarkeit bietet, führt er im Vergleich zu traditionellen Rollups zu zusätzlicher Komplexität, die mehr Engineering-Aufwand für Entwicklung und Wartung erfordert.

Native Rollups nutzen die eigene Zustandsübergangsfunktion (STF) von L1 als Validierer für den Zustandsübergang auf der Anwendungsebene. Allerdings enthalten Optimismus, Arbitrum und andere Rollups in der Regel komplexe oder unrealistische benutzerdefinierte Änderungen, die nicht direkt auf Ethereum implementiert werden können, obwohl sie in einer äquivalenten EVM-Umgebung betrieben werden.

Native Rollups wurden früher als On-Chain-Rollups bezeichnet und wurden ausführlich in verschiedenen Schriften diskutiert. Darüber hinaus wurde der Begriff ‘spezifikationsbasiertes Rollup’ kurzzeitig von @apolynya verwendet. Allerdings wurde der Begriff ‘On-Chain’ schließlich durch ‘Native’ ersetzt, um anzuzeigen, dass bestehende EVM-äquivalente Rollups möglicherweise auf dieses Modell aktualisiert werden. Der Begriff ‘Native’ wurde von @danrobinson und einem anonymen Beitragenden von Lido vorgeschlagen.

Wie funktioniert native Rollup?

Das native Rollup-Angebot führt eine vorkompilierte EXECUTE ein, die als Validator für den Rollup-Statusübergang dienen soll. Diese Vorkompilierung wird es dem Rollup-Team ermöglichen, sie in ihren Validator-Verträgen zu verwenden, um eine Basis für das Nachweissystem bereitzustellen und dem Rollup die native Ethereum-Validierung zu ermöglichen.

Da dieser neue Precompiler in gewisser Weise dem Konzept des „EVM im EVM“ ähnelt, wird er durch den Prozess der harten Gabelung von Ethereum unter seiner sozialen Zustimmung aktualisiert. Dies stellt sicher, dass Änderungen am EVM im Precompiler reflektiert werden, wodurch Rollups die Verifizierung von Ethereum erben und das Governance-Verantwortung des Rollup-Teams in Bezug auf Sicherheitsausschüsse oder Multisig verringert wird, wodurch Rollups für die Benutzer sicherer werden.

Die EXECUTE-Vorkompilierung fungiert als Validator für EVM-Zustandsübergänge und ermöglicht es Rollups, die nativen Funktionen von Ethereum auf der Anwendungsebene zu nutzen. Es validiert Transformationen mithilfe von Eingaben wie Pre_state_root, Post_state_root, Trace und Gas_used und nutzt einen Gaspreismechanismus ähnlich wie EIP-1559. Abhängig von den Skalierbarkeitsanforderungen des Rollups können Validatoren die Korrektheit des Rollup-Zustandsübergangs durch erneute Ausführung oder SNARK-Proofs erzwingen. Darüber hinaus ist eine Slot-by-Slot-Latenz integriert, um Zentralisierungsrisiken zu mindern, wie z. B. MEV-basierter Proof-Wettbewerb.

Dieses vorkompilierte Rollup vereinfacht die Rollup-Entwicklung durch Unterstützung von “trustless rollups” im Beweissystem. In Kombination mit dem Design des Based Rollup, bei dem sowohl die Sortierung als auch das Beweissystem von Ethereum verwaltet werden, kann diese Struktur vollständige Vertrauenslosigkeit erreichen, die oft als “ultraschall Rollup” bezeichnet wird. Es verbessert die Komponierbarkeit und hat das Potenzial für Echtzeit-Abrechnungen, was dazu beiträgt, Rollup-Designs zu fördern, die sowohl komponierbar als auch sicherer sind.

Das vorgeschlagene vorab kompilierte Verhalten ähnelt dem der EVM, das Rollup-Transaktionen erneut ausführt, um deren Richtigkeit zu überprüfen. Dies widerspricht dem Kernvorteil von Rollups, da der Vorteil von Rollups darin besteht, dass sie außerhalb der Kette ausgeführt werden und nur einen Beweis für die Gültigkeit an Ethereum übermitteln. Im Gegensatz dazu spiegelt die Vorabkompilierung im Wesentlichen wider, was Ethereum bereits getan hat, und trägt nicht zur Entlastung der Rechenlast von L1 bei.

Die Entscheidung, Validatoren ähnlich wie EVM anstelle von zk-Validatoren zu wählen, beruht auf der Unreife der ZK-Technologie. Der weit verbreitete Einsatz von zkVM hat bereits Schwachstellen gezeigt, und die rasche Entwicklung von ZKP birgt das Risiko und die Unflexibilität, spezifische zk-Validatoren auf der Chain hart zu codieren. Im Gegensatz dazu priorisiert Ethereum Vielfalt und Neutralität, ermöglicht Experimente mit verschiedenen zk-Clients und sperrt sich nicht auf einen einzigen Validator fest.

Allerdings bedeutet dies nicht, dass die vorkompilierung nicht zur Skalierbarkeit von Ethereum beiträgt. Obwohl Ethereum die Sicherheit gewährleistet, indem es die zk-Proof-Validator off-chain hält, nutzt es diese Vorkompilierung, um die zk-Proofs von Rollups zu überprüfen. Dies ermöglicht es den Ethereum-Validatoren, die gesamten Rollup-Transaktionen nicht vollständig zu simulieren, sondern sich stattdessen auf die off-chain zk-Proofs zu verlassen, um die Sicherheit zu gewährleisten und gleichzeitig bestrebt zu sein, Skalierbarkeit in der Ausführung zu erreichen.

Was sind die Hauptvorteile von nativen Rollups?

Durch native Rollups können viele komplexe Arbeiten vorab verarbeitet werden, was die Überprüfung von Betrugsnachweisen oder SNARKs und ähnlichen Vorgängen vereinfacht. Dies bedeutet, dass weniger Code geschrieben und gewartet werden muss, ohne zusätzliche Systeme wie Nachweisnetzwerke oder Sicherheitsausschüsse.

On-chain SNARK verification costs are high, so many zk-rollups save costs by not settling transactions frequently. The EXECUTE precompile can help reduce these costs by using SNARK recursion to pack multiple proofs together. This approach can make rollups verify transactions more efficiently, making off-chain verification more cost-effective.

In traditionellen Rollups ist es eine Herausforderung, fehlerfreie Operationen zu gewährleisten, die in der Regel umfassende Überprüfungen erfordern. Viele Teams minimieren das Risiko, indem sie eine zentrale Sortierung übernehmen, um die Entstehung bösartiger Blöcke zu verhindern. Jedoch kann durch vorab kompilierte native Ausführung möglicherweise ein sichereres und genehmigungsfreies Sortiersystem erreicht werden. Auf diese Weise können Rollups nicht nur die Sicherheit von L1 erben, sondern auch die Austauschbarkeit von Vermögenswerten, da Transaktionen direkt in der Vertrauensumgebung von Ethereum validiert werden.

Es gibt viele Rollups, die mit EVM kompatibel sind, aber fast keines, das mit EVM äquivalent ist: Die Synchronisierung mit der Hauptblockkette erfordert in der Regel ein Team oder ein Abstimmungssystem, um Rollups zu aktualisieren, was möglicherweise Risiken mit sich bringt. Native Rollups können sich automatisch mit der Hauptblockkette aktualisieren und alles synchron halten, ohne zusätzliche Regeln oder Abstimmende.

Für zk-Rollups ist die Realisierung einer extrem niedrigen Nachweiszeit, z.B. 100 Millisekunden, eine äußerst anspruchsvolle technische Aufgabe. Im Vergleich dazu können native Rollups möglicherweise einen eher “lockeren” Zeitplan für den Nachweis zulassen, der bis zu einem vollständigen Slot verlängert wird. Mit dieser Methode wird der Druck zur sofortigen Generierung von Nachweisen verringert, was möglicherweise die Zuverlässigkeit erhöht und die Integration in L1 stärkt.

**Werden alle Rollups nativ sein?

Derzeit haben alle Rollup-Stacks wie der OP Stack und der Arbitrum Orbit Stack das Potenzial, zu „nativen Rollups“ zu werden, die die Sicherheitsmerkmale von Ethereum direkt erben. Dieses Upgrade wird die Benutzer zufriedener machen, da die Sicherheit verbessert wird und das Rollup-Team sich entspannter fühlt, da es nicht mehr auf ein Sicherheitskomitee angewiesen ist. Gleichzeitig können Rollup-Teams weiterhin durch die Bereitstellung einer effizienten gemeinsamen Abrechnungsschicht konkurrieren und Abrechnungskosten erfassen, um MEV zu maximieren.

Jedoch werden nicht alle Rollups in ihre nativen Formen übergehen. Einige L2-Funktionen sind von Natur aus inkompatibel mit nativen Rollups, darunter einzigartige Transaktionstypen, unterschiedliche Gas-Abrechnungsmethoden und Precompiles, die auf der Haupt-L1-Blockchain nicht zu finden sind. Die Vielfalt der VMs zwischen L2-Rollups, die jeweils eine gemeinsame Sicherheitsbasis teilen, ist ein großer Vorteil des heutigen L2-Ökosystems, z. B.

• @EclipseFND ist SVM Rollups
• @movementlabsxyzMoveVM Rollups
• @Starknet ist ein CairoVM Rollup

Wie @doganeth_en betont, wird die Zukunft von Rollups in drei Kategorien fallen: Unternehmensrollups, leistungsorientierte Rollups und “ausgerichtete” systemeigene Rollups.

Unternehmen werden sich darauf konzentrieren, ihre Rollups zu verwalten, zu ordnen und zu besitzen, was ideal für Unternehmen ist, die eine ähnliche Kontrolle über Transaktionsreihenfolge, Ausführung und Anwendungen wie bei Web2 wünschen.

Leistungsorientierte Rollups verwenden die Abwicklung von Ethereum, verlassen sich jedoch auf alternative Datenverfügbarkeit für eine optimale Leistung, wie z. B. @megaeth_labs mit @eigen_da für die Datenverfügbarkeit. Diese Rollups sind weniger dezentralisiert, erhöhen aber den Nutzen von ETH auf Kosten bestimmter Ethereum-Funktionen.

Native Rollups werden vollständig in die Based-Infrastruktur von Ethereum integriert und bieten: dezentralisierte, Ethereum-Ebene, gemeinsame Ausführung mit direktem Zustellzugriff sowie kostengünstigere Off-Chain-ZK-Beweisverifizierung. Diese Rollups tragen zum Netzwerkeffekt von Ethereum bei, können Einnahmen teilen, aber ihre Nachhaltigkeit hängt von natürlichen wirtschaftlichen Anreizen ab.

Fazit

Native Rollups repräsentieren einen bedeutenden Fortschritt im Rollup-Roadmap für Ethereum, der eine Methode bietet, die stärker auf die Ethereum-basierte Infrastruktur ausgerichtet ist. Durch die Einführung der EXECUTE-Präkompilierung vereinfachen Native Rollups die Governance, beseitigen die Abhängigkeit von Multi-Signaturen, Sicherheitsausschüssen oder Token-basierten Abstimmungssystemen. Diese Methode stärkt nicht nur die Sicherheit, sondern ermöglicht es Rollups auch, sich effizienter zu skalieren, indem sie Off-Chain zk-Proofs nutzen, um minimales Vertrauen und Skalierbarkeit zu gewährleisten.

Obwohl dieser Vorschlag vielversprechend ist, gibt es dennoch Herausforderungen. Obwohl die meisten bestehenden Rollups als EVM-äquivalent bezeichnet werden, weisen sie in der Regel geringfügige Änderungen am EVM auf. Daher könnte der Übergang zum nativen Rollup-Modell zusätzliche Entwicklungsarbeit für Rollups mit benutzerdefinierten EVM-Implementierungen bedeuten.

Dennoch bieten native Rollups einen beeindruckenden Weg, um die Sicherheit und Flexibilität von Ethereum mit dem Rollup-Design zu kombinieren. Durch die Förderung der Ausrichtung auf L1 ermutigen sie Innovationen und reduzieren gleichzeitig die Fragmentierung, was das Ökosystem von Ethereum in Zukunft enger und widerstandsfähiger macht.