co-escrito com Arixon. inspirado em justin. bifurcado de Charlie e Dan. obrigado a barnabe, mike e justin por lerem os rascunhos deste artigo.

No Ethereum L1, todos os aplicativos são executados atomicamente em uma máquina de estado compartilhada. O roteiro centrado no rollup sacrifica essa propriedade central para escalar o Ethereum.

A abordagem atual de rollup funciona bem enquanto os aplicativos permanecem locais no rollup. No entanto, há um limite para o número de aplicativos que cada um desses rollups pode suportar (devido a gargalos sequenciais inerentes) e eles não foram projetados para se comunicarem entre si.

Hoje, a pressão regulatória e a falta de interoperabilidade nativa estão conduzindo rollups em direção a blockchains de middleware (ou estruturas de rollup no espírito de superchains/hiperchains) que permitem o sequenciamento compartilhado (e, portanto, algum grau de compartilhamento de liquidez e composição atômica entre eles).

Um possível estado final aqui é um mundo em que cada novo L2 precise de middleware de terceiros – um serviço de sequenciador compartilhado – para se comunicar de forma eficiente com os outros.

Uma compensação importante – e subestimada – com esta abordagem é que os rollups não herdam mais as garantias de vivacidade subjacentes do L1 (uma grande parte do que torna o Ethereum especial) nem a força total da sua neutralidade credível (uma vez que os rollups dependeriam de um consenso alternativo). mecanismo fora do Ethereum).

Os rollups baseados oferecem uma visão diferente para um futuro resistente à censura: um futuro construído em torno da neutralidade e da vivacidade da camada base como primeiro princípio. Esta visão é inclusiva, e não competitiva, em relação aos rollups existentes. O otimismo e outras plataformas poderão se firmar, sem prejudicar seu modelo de negócio.

O que é um rollup baseado?

Para recapitular, os rollups baseados (ou sequenciados em L1) são um subconjunto especial de rollups. O sequenciamento de tais rollups é extremamente simples e herda a vivacidade e a descentralização do L1. Além disso, os rollups baseados estão particularmente alinhados economicamente com sua base L1.

Diz-se que um rollup é baseado, ou sequenciado por L1, quando seu sequenciamento é conduzido pela base L1. Mais concretamente, um rollup baseado é aquele em que o próximo proponente L1 pode, em colaboração com pesquisadores e construtores L1, incluir sem permissão o próximo bloco rollup como parte do próximo bloco L1.

Os rollups baseados são únicos porque herdam as propriedades de vivacidade da camada base e podem alcançar interoperabilidade sem depender de um blockchain de middleware (permitindo-lhes aumentar significativamente sua neutralidade confiável sem reduzir sua eficácia). Esses recursos são melhor explicados em contraste com outras arquiteturas rollup.

Arquiteturas cumulativas

A maioria dos rollups hoje usa um sequenciador centralizado. O sequenciador coleta transações do mempool, agrupa-as em lote e publica-as no L1. A principal vantagem desta abordagem é que o sequenciador fornece aos usuários pré-confirmações rápidas. Também ajuda a mitigar os riscos de rollups em estágio inicial sem provas de fraude/validade e a mitigar o risco de bugs no sistema de provas para aqueles que os possuem. Se o sequenciador for operado por uma entidade confiável (por exemplo, a Optimism Foundation), a probabilidade de ocorrência de uma transição de estado inválida é significativamente reduzida.

O principal problema com sequenciadores centralizados (além do potencial para abuso de MEV) é que eles apresentam um único ponto de falha do ponto de vista de vivacidade e resistência à censura. Embora os rollups atuais forneçam saídas e inclusão forçada para proteção contra tempo de inatividade e censura do sequenciador, realisticamente, isso não beneficiará uma porcentagem significativa de usuários L2, dos quais não se pode esperar que gastem uma quantia substancial em transações L1. Outro problema potencial é que, se os usuários forem forçados a usar escotilhas de saída, os efeitos de rede desse rollup serão redefinidos. Também é relativamente fácil para um governo ou regulador poderoso impor requisitos de KYC ou sanções à cadeia por meio do sequenciador.

Os sequenciadores compartilhados visam resolver muitos dos problemas associados aos sequenciadores centralizados, como permitir a interoperabilidade entre ecossistemas rollup e melhorar a descentralização: Espresso Systems e Astria são equipes que trabalham nesta abordagem. Um aspecto interessante do design do sequenciador compartilhado é que quase todos os rollups atuais podem implementar essa arquitetura, não importa se otimista ou zk. A ideia é que os rollups que adotarem esse design terão a capacidade de compor atomicamente uns com os outros, mantendo um nível mais alto de descentralização em comparação com um rollup sequenciado centralmente.

Uma desvantagem do modelo de sequenciador compartilhado externo é que os rollups não herdam as propriedades de vivacidade da camada base (um fator subestimado de resistência à censura). Outra desvantagem é que ele provavelmente exigirá seu próprio token em algum momento (ou então precisará se envolver em uma forma opinativa de extração de mev para ser lucrativo), o que significa que os rollups que dependem dele serão, com toda probabilidade, menos economicamente alinhado com a camada base.

Um rollup baseado aproveita diretamente os proponentes L1 como sequenciadores compartilhados sem depender do consenso externo de um sistema sequenciador compartilhado como HotShot for Espresso (e o token intermediário e/ou política mev que vem com ele). Como tal, herda mais a neutralidade da camada base.

Interoperabilidade

Ao aproveitar os construtores e proponentes da camada base, os rollups baseados são capazes de preservar a interoperabilidade entre os rollups, cujos lotes são enviados no mesmo bloco, sem a necessidade de qualquer middleware adicional.

Pré-confirmações rápidas (da ordem de 100ms) são triviais com sequenciamento centralizado e alcançáveis com um consenso PoS externo. Pré-confirmações rápidas com sequenciamento L1 podem ser obtidas aproveitando EigenLayer, listas de inclusão, SSLE e mev-boost.

Simplicidade

O sequenciamento baseado é extremamente simples; significativamente mais simples do que o sequenciamento centralizado (embora as pré-confirmações baseadas introduzam alguma complexidade). O sequenciamento baseado não requer verificação de assinatura do sequenciador, nenhuma saída de emergência e nenhum consenso externo de PoS.

O sequenciamento baseado (sem pré-confs) está funcionando em testnets hoje. O primeiro rollup baseado em Taiko está se preparando para a rede principal e espera entrar no ar no primeiro trimestre de 2024.

O argumento de venda baseado em rollup

Um dos superpoderes do Ethereum, e principal diferencial em comparação com as cadeias Solana ou Cosmos BFT, é sua capacidade de autocura após estagnação (uma consequência direta de suas garantias de vivacidade). Esta ênfase na disponibilidade dinâmica permite que a camada base seja extremamente resiliente e prospere mesmo num ambiente altamente adversário – a resistência à Terceira Guerra Mundial é, de facto, um objectivo explícito do design.

Embora a sabedoria predominante seja que os projetos de inclusão forçada permitem que os rollups aproveitem a vivacidade do L1, a realidade é que os rollups não baseados sofrem degradação da vivacidade (mesmo com saídas de emergência).

Em comparação com os rollups baseados, os rollups não baseados têm garantias de liquidação mais fracas (as transações precisam esperar um período de tempo limite antes da liquidação garantida), são passíveis de MEV tóxico (devido à censura do sequenciador de curto prazo durante o período de tempo limite) e muitas vezes exigem que os usuários incorram uma penalidade de tempo e gás para sair (devido à compactação subótima de dados de transação não em lote).

Como consequência, correm o risco de os seus efeitos de rede serem reiniciados em resposta a uma saída em massa desencadeada por uma falha de atividade do sequenciador – por exemplo, um ataque de 51% a um mecanismo de sequenciamento PoS descentralizado.

A ideia principal por trás dos rollups baseados é usar a separação proponente-construtor L1 para incluir blobs L2 (incluindo qualquer compactação) nativamente, em vez de usar um sequenciador. Dessa perspectiva, eles herdam tudo o que a L1 tem a oferecer.

A implementação inicial do Arbitrum foi um rollup baseado. O sequenciador só foi introduzido mais tarde devido à demanda dos usuários por transações mais rápidas. As pré-confirmações baseadas resolvem essa tensão. Assim que EigenLayer, listas de inclusão e SSLE entrarem em operação (propostas mais longas), os rollups baseados serão capazes de herdar a vivacidade do L1 e as propriedades de resistência à censura sem comprometer a experiência do usuário.

Esta visão é inclusiva e não competitiva em relação aos rollups existentes e aos seus modelos de receitas. Em particular, os rollups baseados mantêm a opção de receitas provenientes de taxas de congestionamento L2 (por exemplo, Taxas básicas L2 no estilo EIP-1559), apesar de potencialmente sacrificar alguma receita de MEV.

Os rollups baseados também mantêm a opção de soberania, apesar de delegarem o sequenciamento ao L1. Um rollup baseado pode ter um token de governança, pode cobrar taxas básicas e pode usar os rendimentos dessas taxas básicas conforme achar adequado (por exemplo, para financiar bens públicos no espírito do otimismo).

Vantagens dos rollups baseados

1. Custos mais baixos: o sequenciamento baseado não tem sobrecarga de gás. Não há necessidade sequer de verificar assinaturas de sequenciadores centralizados ou descentralizados. A simplicidade do sequenciamento baseado reduz os custos de desenvolvimento, diminuindo o tempo de lançamento no mercado e reduzindo a área de superfície para sequenciamento e bugs de saída de emergência.
2. Alinhamento econômico: Não há necessidade de usar uma solução de middleware com token próprio. Além disso, o MEV originado de rollups baseados flui naturalmente para o L1 base. Estes fluxos fortalecem a segurança económica L1 e, no caso de queima de MEV, melhoram a escassez económica do token nativo L1. Este forte alinhamento económico com o L1 pode ajudar os rollups baseados a construir legitimidade.
3. Melhor neutralidade e vivacidade: o sequenciamento baseado herda a descentralização da L1 e reutiliza naturalmente a infraestrutura do pesquisador-construtor-proponente da L1 (o que a torna mais neutra e confiável). O sequenciamento baseado desfruta das mesmas garantias de vivacidade que o L1 (em contraste com os rollups não baseados que sofrem degradação da vivacidade).
4. Simplicidade: O sequenciamento baseado é extremamente simples; significativamente mais simples do que o sequenciamento centralizado. O sequenciamento baseado não requer verificação de assinatura do sequenciador, nenhuma saída de escape, nenhum token e nenhum consenso PoS externo.

Desvantagens dos rollups baseados

1. Perda de receita de MEV: os rollups baseados renunciam ao MEV para o L1, limitando sua receita às taxas básicas.
   • Contra-argumento 1: O MEV representa hoje uma pequena fração da receita acumulada em comparação com as taxas de congestionamento. É razoável imaginar que isso continuará sendo verdade daqui para frente (à medida que os aplicativos se tornam mais conscientes do mev e as técnicas de mitigação, como a criptografia de limite, se tornam mais difundidas). Pelas mesmas razões, também é possível que a receita do MEV diminua no futuro.
   • Contra-argumento 2: No geral, tornar-se baseado pode, de facto, aumentar o rendimento global dos rollups. O cenário de rollup é plausivelmente em que o vencedor leva a maior parte (devido aos fortes efeitos de rede da capacidade de composição síncrona) e o rollup vencedor pode alavancar a segurança aprimorada, a descentralização, a simplicidade e o alinhamento de rollups baseados para alcançar o domínio e, em última análise, maximizar a receita.
2. Mais difícil de compartilhar custos entre rollups: o sequenciamento compartilhado externo oferece “de graça” a capacidade de compartilhar custos de postagem de dados , por exemplo, comprar um único blob para armazenar os dados de dois rollups, o que reduz custos em comparação à compra de dois blobs separados.
   • Contra-argumento: É possível que o proponente L1 possa dividir os custos entre todos os rollups baseados para os quais ele sequencia. Indo um passo adiante, também é possível para o proponente L1 compartilhar custos com outros serviços, incluindo sequenciadores compartilhados.
3. Taxa de transferência ainda limitada pelo L1: Todos os rollups compartilham um Ethereum L1 único e com taxa de transferência limitada. Nem todos eles conseguem atingir seus TPS simultaneamente, já que os dados estão on-chain.
   • Contra-argumento 1: Isso é verdade para todos os rollups. Se os rollups baseados ganharem força significativa, então o L1 irá, até certo ponto, evoluir para atender aos requisitos dos rollups baseados.
   • Contra-argumento 2: 4844 (previsto para o primeiro trimestre de 2024) dissociará os preços do DA da concorrência na camada de execução. Ethereum com Danksharding pode escalar sua taxa de transferência de DA tão alto quanto a largura de banda da Internet permitir.
4. Máquina de estado compartilhada ainda melhor para atomicidade: você ainda não obtém as mesmas garantias de atomicidade que transaciona em uma máquina de estado compartilhada (por exemplo, inteiramente em Ethereum L1), uma vez que o proponente não é quem executa as transações.
   • Contra-argumento 1: A composição assíncrona atômica é superestimada.
   • Contra-argumento 2: Se a atomicidade for desejável em um contexto assíncrono, então <a href="https://hackmd.io/@EspressoSystems/SharedSequencing#Cryptographically-guaranteed-cross-rollup-atomic-bundles">pacotes atômicos + <a href="https://hackmd.io/ @EspressoSystems/SharedSequencing#Cryptoeconomically-asured-cross-rollup-atomicity">as garantias criptoeconômicas são provavelmente boas o suficiente para a maioria dos casos de uso.
5. Pré-confs baseados trazem suposições de confiança adicionais: Como as transações não-pré-conf (de dentro do rollup) são enfileiradas até que o próximo slot pré-conf seja confirmado, a menos que 100% dos validadores também estejam envolvidos como pré-confirmadores, as garantias de atividade de um rollup baseado com pré-confs baseados são estritamente pior do que um rollup baseado que não usa pré-confs (e, portanto, estritamente pior que a camada base).
   • Contra-argumento 1: A diferença deveria, na prática, ser insignificante. As pré-conferências baseadas só começam a funcionar se você tiver 20-30% do conjunto de validadores engajados como pré-confirmadores, uma vez que validadores L1 suficientes devem ser pré-conferidos para ter pelo menos uma pré-conferência na antecipação com alta probabilidade. Hoje, a cadeia de faróis tem pelo menos 32 proponentes em perspectiva. Isso significa que se 20% dos validadores forem pré-conferidos, haverá uma pré-conferência com probabilidade de pelo menos 1 - (1 - 20%)^32 ≈ 99,92%. Se 30% dos validadores forem preferenciais, isso aumenta para 1 - (1 - 30%)^32 ≈ 99,999%. Se você estiver preocupado com reorganizações ou pré-conferências caindo off-line aleatoriamente, você pode fazer as contas de que há pelo menos 2 ou 3 (ou n) pré-conferências no lookahead para qualquer% de validadores engajados como pré-conferências. Há uma %, muito inferior a 100, para a qual a diferença nas garantias de vivacidade é insignificante (embora esse número exato possa diferir dependendo de com quem você fala). Este é um mundo à parte de depender de um consenso externo para viver.
   • Contra-argumento 2: SSLE (Single Secret Leader Elections) permitirá aumentar dramaticamente a antecipação (por exemplo, para 1024 slots), o que efetivamente elimina esta preocupação. Observe que sob SSLE os pré-conferidos podem anunciar (offchain e onchain) provas de conhecimento zero de que são pré-conferidos em seus respectivos slots sem revelar mais informações sobre sua chave pública validadora.
   • Contra-argumento 3: Embora o SSLE resolva isso, nem precisamos esperar pelo SSLE, já que podemos, na verdade, aumentar as antecipações dos proponentes de forma independente. E é muito mais fácil fazer isso.

Resumindo

O design do protocolo rollup é nebuloso. Não existe um nível “correto” de descentralização ou segurança. Qualidades como a resistência à censura não podem ser definidas exaustivamente.

Hoje, os rollups são incentivados a adotar middleware blockchain com consenso externo, a fim de descentralizar seu sequenciamento e melhorar a interoperabilidade entre domínios. Os rollups baseados oferecem uma alternativa mais simples, mais neutra e mais alinhada economicamente.

Rollups baseados com pré-confirmações rápidas testam a hipótese de que os desenvolvedores de aplicativos (e seus usuários) se preocupam em aproveitar totalmente a vivacidade e os superpoderes de neutralidade confiável do Ethereum, se puderem fazê-lo de uma forma que não exija que eles sacrifiquem a eficácia (neste caso , velocidade de confirmação). .

Com preconfs baseados, as compensações da experiência do usuário se dissolvem.

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