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原文：Scroll CN

随着 Rollups 使用的增添并托管生态的应用程序，用户的迁徙成本将增添，中央化的排序器将获得对订价的垄断性影响力。中央化排序器的控制者有理由从用户中直接（例如通过用度）和间接（例如通过抢跑生意、三明治攻击等）最洪水平地提取价值（MEV）。— Espresso

正如Espresso团队所提到的，中央化Rollups最终将面临垄断订价和MEV的问题。此外，中央化Rollups本质上会损坏可组合性，导致割裂的Rollups。

然而，现在险些所有的Rollups都仍然是中央化的，由于确立一个去中央化、无需允许且可扩展的Rollup是极具挑战性的。另一个缘故原由是，先推出中央化的Rollups可以辅助孵化生态系统并抢占市场份额。

而当我们讨论去中央化的Rollups时，稀奇是zkRollups时，有两个层面的去中央化。第一个是证实者的去中央化，第二个是排序器的去中央化。实现完全的去中央化，还需要解决排序器和证实者之间的协调问题。

在模块化趋势下，去中央化Rollup现在主要有三类介入者。第一类旨在实现完全去中央化的Rollups，并提出了完整的解决方案。第二类是旨在解决证实者网络的协议。最后有多种解决方案正在实现排序器的去中央化。

Rollups 去中央化 

在zkRollups中，Polygon和Starknet已经提出领会决方案来实现他们Rollups的去中央化。

Polygon

在引入POE（Proof of Efficiency）之前，Polygon zkEVM接纳了POD（Proof of Donation），使得排序器可以竞标确立下一个生意批次的时机。然则，这会带来一个问题，即单个恶意方可以通过出价最高来控制整个网络。

接纳POE后，排序器和证实者将在自身硬件条件下，最高效地介入到无需允许的网络中。任何人都可以加入Polygon zkEVM，只要这是有经济效益的。

在Polygon zkEVM中，排序器需要16GB的RAM和4个焦点的CPU，而证实者需要1TB的RAM和128个焦点的CPU。此外，尚有一个称为聚合器的角色，卖力网络L1数据，将其发送到证实者，吸收证实并将其提交到L1。我们可以将聚合器和证实者视为统一个主体，由于聚合器和证实者之间的关系是异常简朴的，聚合器支付证实者生产证实的成本。

这种架构异常简朴：任何排序器都可以无需允许地在L1上基于前一个状态打包生意，并更新响应地状态。同时，任何聚合器都可以提交证实以验证更新后的状态。

在POE中，效率不仅指介入者在相互竞争时的网络效率，也指排序器和证实者自身的经济效率。在L2中，排序器和证实者分享生意用度，排序器支付 batchFee 给聚合器来天生证实。这确保了介入者在经济上有动力为网络效率做出孝顺，从而带来加倍结实和可延续的生态系统。

排序器

聚合器（证实者）

• 成本：证实成本 + L1 生意用度（挪用  verifyBatchesTrustedAggregator 方式）

协调器: batchFee

• 初始参数

•  batchFee = 1 $MATIC

•  veryBatchTimeTarget  = 30分钟。这是验证批次的目的时间。协议将更新`batchFee`变量来到达该目的时间。

•  multiplierBatchFee  = 1002。这是批次用度乘数，局限从1000到1024，保留3位小数。

• 调治器

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

• 协调历程

• 当  diffBatches  > 0时，增添聚合奖励以激励聚合器。

• 当  diffBatches  < 0时，削减聚合奖励来抑制聚合器，减缓聚合历程。

Starknet

Starknet也旨在构建一个快速确认的无允许且可扩展的Rollup。虽然尚未杀青去中央化解决方案的最终规范，但他们几个月前在论坛上公布了一些草案。

与Polygon zkEVM的简朴机制相比，Starknet的方案更为庞大，由于它包罗L2共识和证实网络中的链式协议证实（chained proof-of-a-protocol）。

排序器

Starknet 提出了一个双账本共识协议，而不是简朴地在排序器层中添加一个共识层。在该协议中，L2 作为live protocol 提供快速响应，而 L1 checkpoints 则作为safe protocol提供最终确认性。

对于 L2 的live protocol，可以接纳种种共识机制，例如抗女巫的 PoS 系统，如 Tendermint 或 DAGs。另一方面，L1 的safe protocol涉及多个合约，划分处置Stake治理、证实验证和状态更新。

该双账本共识协议的典型事情流程如下：

1. 首先，将 L2 live ledger的输出作为 L1 safe ledger的输入，天生一个检查后的live ledger。

2. 然后，将检查后的live ledger作为输入，再次输入到 L2 的纯共识协议中，确保检查后的live ledger始终是live  ledger的前缀。

3. 重复上述历程。

在构建双账本共识协议时，存在成本和延迟之间的权衡。理想的解决方案旨在同时实现低成本和快速的最终确认。

为了在 L2 上降低 gas 成本，Starknet 将checkpoints分为“分钟级”和“小时级”。对于“分钟级”checkpoints，只有状态自己被提交到链上，而其余数据（有用性证实、数据可用性等）则通过 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 上举行果然验证。两种类型的检查点提供相同的最终确认。对于“分钟级”checkpoints，有用性证实由 StarkNet 全节点验证，并可以由任何一个节点在 L1 上公布，以向“分钟级”checkpoints赋予 L1 的最终确认性。因此，证实者需要天生小证实，以便在 L2 网络中普遍流传。

为了进一步降低延迟，Starknet 提出了一种向导者选举协议，以提前确定向导者。其基本逻辑如下：当前时期 i 的向导者是基于 L1 质押数目和一些随机性预先确定的。详细来说，在时期 i-2中， leader_election  方式凭证时期 i-3 中的质押数目将排序器按词典顺序平铺睁开。然后，发送一笔生意来更新随机数并随机选择一个点。该点落在位置所对应的排序器将成为时期 i 的向导者。

证实者

在POE模块下，介入者之间举行果然竞争，这可能导致赢家通吃的情形。Starknet试图实现一种无中央化风险的竞争机制。以下是几种可选方案：

• 轮流制：这可以部门解决中央化问题，但可能无法通过激励机制找到证实事情的最尤物选。

• 基于质押：排序器凭证其所质押的数目决议了当选证实者的概率。

• Commit-Reveal 方案：首个提交者需要抵押代币来获得短暂的垄断时机，然后在该时间窗口内天生证实。为了制止DDoS攻击，若是前者无法实时天生证实，后者所需的抵押代币将呈指数级增进。虽然在该机制下，网络可能会失去最佳性能的机械，但可以培育更多的证实者。

除了证实者之间的竞争，还应该降低进入门槛，以便更多的证实者可以介入到网络中来。Starknet提出了一种行使递归证实的庞大协议，称为链式协议证实。

在链式协议证实中，区块链自己被划分为几个差其余分支。这样证实不仅可以是递归的，而且证实天生也可以是并发的。例如，在3个分支的设定中，12个玄色的区块被分为3行，每行代表一个分支。我们可以把每个分支看作一个子链，子链中的每个块都应证实前一个块。从整条链的角度看，插槽 n 需要证实插槽 n-3 。3个区块的距离为排序器预留了足够的时间来提前盘算和购置证实。这有点类似于分片手艺，其中攻击者只需要控制一个分支就能控制整个证实者网络。

为了将这些分支编织在一起，Starknet提出了一种编织手艺，可以将多个节点合并在一起，配合验证生意的正当性，确保生意纪录的一致性和可靠性。

其中一种方案是要求每个插槽需要同时与几个分支举行合并。另一种方案是将每个分支交替实验和其余分支合并，从而削减证实事情量。固然这也是一个开放性问题，可能未来有更好的解决方案。

协调

为了努力确保证实者能够有足够的盈利空间，Starknet 提出了参考 EIP1559 方案的做法：将基础用度设定为证实者资源价钱的下限，努力地举行价钱发现，而且排序器可以使用小费来激励证实者。这样，证实者将始终获得超额支付，只有极端情形才会影响证实历程。否则，若是证实者获得的待遇靠近市场价钱，那么稍微的颠簸就可能引发证实者停摆。

证实者去中央化

从 Rollups的角度来说，证实者比排序器去中央化更容易实现。而且，当前证实者是性能瓶颈，需要跟上排序器批处置的速率。在排序器去中央化尚未解决时，去中央化的证实者也可以为中央化的排序器提供服务。

事实上，不仅是 Rollups，zkBridge 和 zkOracle 也需要一个证实者网络。他们都需要一个壮大的漫衍式证实者网络。

从久远来看，能够容纳差异盘算能力的证实者网络更具可延续性，否则性能最好的机械将垄断市场。

证实市场

有些协议不是协调排序器和证实者之间的关系，而是直接将协调抽象成了证实市场。在该市场中，证实是商品，证实者是证实的生产者，而协议则是证实的消费者。在“看不见的手”的作用下，市场平衡是最高效的。

Mina

Mina已经确立了一个名为Snarketplace的证实市场，在其中生意Snark证实。这里的最小单元是单个生意的Snark证实。Mina接纳了一种名为Scan State的状态树的递归证实。

Scan State是一个二叉树的森林，其中每个生意是一个节点。在树的顶部天生一个单个证实，可以证实树中的所有生意。证实者有两个义务：首先是天生证实，第二是合并证实。

在证实者完成事情并提交出价后，Mina协议的区块生产者将选择最低价钱的出价者。这也是平衡价钱，由于出价者会提交高于证实成本的出价，而区块生产者将不会购置不划算的证实。

以太坊数据网

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=Nil; Foundation

Mina的证实市场是专为自己的协议设计的，而=nil; Foundation则提出了一个通用的证实市场，以服务整个市场。

该市场的服务由三个组成部门组成：`DROP DATABASE、zkLLVM和Proof Market。

• `DROP DATABASE：是一个数据库治理系统协议，可以看作是一个DA层。

• Proof Market：是一个在DROP DATABASE上运行的应用程序，类似于一些人所说的zk证实的“去中央化生意所”。

• zkLLVM：是一个编译器，将高级编程语言转换为可证实盘算协议的输入。

每个证实由其差其余输入和电路组成，因此每个证实都是唯一的。电路界说了证实的类型，类似于金融术语中界说“生意对”的方式。此外，差其余证实系统引入了更多的电路。

事情流程如下：证实的需求方可以用高级编程语言编写代码，然后通过工具链将其喂给 =nil; zkLLVM，天生一个单独的电路，它将成为市场中的一个怪异的生意对。

对于证实需求方，他们可以在成本和时间之间做取舍。证实者也将考量自己的盘算能力和收入。因此在市场上，将会有差其余盘算能力，高算力将更快地天生证实，但成本更高，而低算力天生证实更慢，但更廉价。

两步提交

最近，Opside 提出了一种两步提交方案往复中央化证实者网络。该方案将证实提交分成两个阶段，来制止最快的证实者总是胜出的情形。

• 步骤1：提交第T个区块的零知识证实的哈希

• 从第T+11个区块最先，不再允许新的证实者提交哈希。

• 步骤2：提交零知识证实

• 在第T+11个区块之后，任何证实者都可以提交零知识证实。若是至少有一个零知识证实通过验证，它将用于验证所有提交的哈希，经由验证的证实者将凭证抵押金额的比例获得响应的PoW奖励。

• 若是在第T+20个区块之前没有零知识证实通过验证，则所有提交哈希的证实者都市受到责罚。然后重新开放排序器，可以提交新的哈希，回到步骤1。

这种方式可以包容差其余算力。然而，所需的抵押仍然引入了一定水平的中央化。

排序器去中央化

排序器的去中央化比验证者更为庞大。这是由于排序用具有打包排列生意的权力，诸如MEV和收入分配等问题都需要考量。

思量到以太坊将对活性的优先级高于响应性，L2 解决方案应该通过优先思量响应性而不是活性来与这样的取舍互补。然则，与中央化排序器相比，去中央化排序器在响应性方面自己就有所牺牲。因此，需要实现种种优化来解决这个逆境。

现在，有三种差其余去中央化排序器方案。第一种方案是通过优化共识机制实现。第二种方案涉及共享排序器网络。第三种方案基于L1的验证者。

共识

共识协议主要卖力对生意举行排序和确保其可用性，而不是执行生意。然则，正如前面提到的直接添加另一个共识层，并不是一个简朴的解决方案。

为了提高响应性，一种常见的方式是依赖较小的验证器聚集。例如，Algorand和Polkadot使用随机抽样的较小委员会来批量处置生意。所有节点使用随机信标和可验证随机函数（VRF），在给准时期内被包罗在委员会中的概率与其质押数目成比例。

为了削减网络流量，可以使用更小的数据可用性（DA）委员会。或者接纳 VID（Verifiable Information Dispersal）。VID将数据的纠删码分发给介入共识的所有节点，使得任何持有足够高质押比例的节点子集都可以协作恢复数据。这种方式的取舍在于削减广播庞大性，但增添了数据恢复的庞大性。

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的漫衍式账本研究中央（DLRC）和Unit 410加入排序器委员会。这种方式的取舍在于通过提高去中央化的质量来填补数目上的不足。

共享排序器网络

排序器在模块化区块链中（稀奇是在 Rollup 中）施展着至关主要的作用。每个 Rollup 通常都市构建自己的排序器网络。然而，这种方式不仅造成了冗余问题，而且还阻碍了可组合性。为解决这个问题，一些协议提出了构建一个共享的 Rollup 排序器网络。这种方式降低了实现原子性、可组合性和互操作性的庞漂亮，这些特征在开放无需允许的区块链中，是用户和开发者迫切需要的。此外，它还不再需要单独的排序器网络的轻客户端。

Astria

Astria正在为Celestia的Rollup生态系统开发一种中央件区块链，其中包罗自己的漫衍式排序器聚集。这个排序器集卖力接受来自多个Rollup的生意并将其写入基础层，而不执行它们。

Astria的作用主要聚焦于生意排序，与基础层和Rollup自力运作。生意数据存储在基础层上（例如Celestia），而Rollup全节点维护状态并执行操作。这确保了Astria 与Rollup解耦。

对于最终确认性，Astria提供两个级其余Commitment：

• “Soft commitment”：使得Rollup能够为其最终用户提供快速的区块确认。

• “Firm commitment”：速率与基础层相同，确保更高的平安性和最终确认性。

Espresso

Espresso在零知识手艺领域做出了重大孝顺。他们最新在开发一种去中央化排序器的综合解决方案，可应用于 Optimistic Rollups和zkRollups。

去中央化排序器网络由以下组成：

• HotShot 共识：优先思量高吞吐量和快速最终确认性，而不是动态可用性。

• Espresso DA：连系基于委员会的 DA 解决方案和 VID，其中高带宽节点将数据提供应所有其他节点。每个单独区块的可用性也由小型随机选举的委员会支持。VID 提供可靠但较慢的备份，只要所有节点的足够高比例的质押权重没有受到威胁，就可以保证可用性。

• Rollup REST API：以太坊兼容 JSON-RPC。

• 排序器合约：验证 HotShot 共识（即作为轻客户端）并纪录 checkpoints（即对生意举行密码学准许），治理 HotShot 的质押表。

• P2P 网络：Gossip 协议。

与 Astria 相比，Espresso 提供 DA。因此，事情流程将略有差异，如下所述：

1. 用户确立并提交生意到 Rollup。

2. 生意通过排序器网络流传并保留在内存池中。

3. 通过 HotShot 质押机制指定向导者，提出区块，并将其流传回 Rollup 的执行者和证实者。

4. 向导者将生意发送到数据可用性委员会，并收到 DA 证书作为反馈。

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

Espresso 引入了用于证实的 Gossip 协议，提供更天真的用户体验。它提供三种生意最终确认性的选项：

• 快速：用户可以信托已执行生意并天生证实的 Rollup 服务器，或者他们可以行使 HotShot 的低延迟执行生意。

• 适度：用户可以稍等一段时间以天生证实，然后检查该证实。

• 慢速：用户可以守候 L1 验证状态更新来获取更新后的状态，无需任何信托假设或盘算。

除了上述优化之外，Espresso 还设计使整个以太坊验证者集自己介入运行 Espresso 排序器协议。使用相同的验证者聚集将提供类似的平安性，而且与 L1 验证者分享价值将加倍平安。此外，Espresso 还可以行使 EigenLayer 提供的 ETH 再质押解决方案。

Radius

Radius正在构建一个基于零知识证实的无信托共享排序层，专注于解决L2中的MEV问题，由于L2的收入主要来自区块空间。所需要思量的权衡是MEV和L2收入之间的平衡。Radius的目的是消除对用户有害的MEV，并提出了一个两层服务。

顶层针对通例用户生意，并通过使用时间锁谜题提供密码学珍爱，以防止有害的MEV。详细而言，它接纳了适用可验证延迟加密（PVDE）手艺，该手艺将在5秒内为基于RSA的时间锁谜题天生零知识证实。该方式提供了一种适用的解决方案，以珍爱用户免受有害的MEV。简而言之，在排序器确定生意顺序之后，才可以知晓生意内容。

底层是为区块构建者设计的，并允许他们介入发生收入的流动，同时减轻MEV的负面影响。

Based Rollups

Based Rollup 是最近由Justin Drake提出的一个观点，其中L1区块提议者与L1的搜索者和构建者相助，在无需允许的情形下将rollup区块包罗在下一个L1区块中。它可以被视为L1上的共享排序器网络。Based Rollup的优瑕玷很显著。

从努力的一面来看，Based Rollup 行使了L1所提供的活性和去中央化性，而且它的实现简朴且高效。Based Rollup也与L1保持经济上的一致性。然而，这并不意味着Based Rollup损害了其主权。虽然将MEV交给了L1，Based Rollup仍然可以拥有治理代币并收取基础用度。凭证假设，Based Rollup 可以行使这些优势，实现主导职位，并最终最大化收益。

结论

考察所提出的这些方案，可以看出Rollup的去中央化仍有很长的路要走。其中一些提案仍处于草案阶段，需要进一步讨论，而其他一些则仅完成了劈头规格说明。所有这些方案都需要实现并接受严酷的测试。

虽然有些Rollup可能没有明确提出响应的去中央化解决方案，但它们通常包罗应急逃离机制来解决由于中央化排序器引起的单点故障。例如，zkSync提供了`FullExit`方式，允许用户直接从 L1 提取其资金。在系统进入 exodus mode ，无法处置新区块时，用户可以启动提款操作。

为了实现抗审查，这些Rollup通常还允许用户直接在L1上提交生意。例如，zkSync接纳优先级行列来处置在L1上发送的这类生意。类似地，Polygon zkEVM在L1合约中包罗了一个  force batch  方式。当一周内未发生聚适时，用户可以在L1上挪用此方式，并提供生意的字节数组和  bathFee 给证实者。

可以一定的是，在可预见的未来，Rollup的去中央化将会是一个组合型的解决方案，可能包罗上述这些主要的方案或者其他一些创新性的变体。

参考资料

https://wiki.polygon.technology/docs/zkEVM/
https://ethresear.ch/t/proof-of-efficiency-a-new-consensus-mechanism-for-zk-rollups/11988/12
https://community.starknet.io/t/starknet-decentralization-kicking-off-the-discussion/711
https://docs.minaprotocol.com/node-operators/scan-state
https://blog.nil.foundation/2023/04/26/proof-market-and-zkllvm-pipeline.html
https://ethresear.ch/t/zkps-two-step-submission-algorithm-an-implementation-of-decentralized-provers/15504
https://ethresear.ch/t/shared-sequencer-for-mev-protection-and-profitable-marketplace/15313
https://hackmd.io/@EspressoSystems/EspressoSequencer
https://hackmd.io/@EspressoSystems/SharedSequencing
https://ethresear.ch/t/based-rollups-superpowers-from-l1-sequencing/15016
https://research.arbitrum.io/t/challenging-periods-reimagined-the-key-role-of-sequencer-decentralization/9189

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