Celestia研究员分析Rollup(二)：4种新的Rollup方案

导语：本文由Celestia研究员NashQ关于Rollup模型分析的零散发言整合而成，包含4种新的Rollup变体。此前，在《Celestia研究员分析6种Rollup变体：Sequencer=聚合器+Header生成者》一文中，他列举了6种不同的Rollup模型，而本文是他在此基础上新抽象出的4类Rollup模型。

此前，NashQ将定序器Sequencer分成聚合器+Header Producer两大模块，从交易指令的生命周期切入，讲解了Celestia主权Rollup的运作原理，探讨了不同Rollup变体的抗审查性和活性，以及用户在信任最小化前提下的最低配置（就是要达到Trustless，Rollup用户至少要运行哪些类型的节点）。

变体7 : Based Rollup+多个Header Producer+“highest Protocol MEV”

在这个Rollup变体中，Rollup网络用户直接把交易数据发布到DA层区块上，然后Header Producer负责交易排序，MEV被其提取。显然，Rollup变体7的交易聚合/包含流程，与以前介绍过的Based Rollup一样，由DA层负责（用户直接把交易发到DA层），但交易排序与Based Rollup不同，DA层节点不负责排序，由HP(Header Producer)负责。

下面假设有三个HP，它们彼此存在竞争关系，并且遵守名为“highest Protocol MEV”的MEV分配协议。该协议由Cosmos生态的Skip Protocol提出，不同于以太坊PBS方案，Block Builder需要额外支付一笔付给区块链网络Validator的“小费”，付小费最多的Builder构建的区块会被Validator们采纳。同时，SKIP Protocol提出了“主权MEV”的概念，意图让公链网络的全体Validator及社区有对MEV分配的自主权，解决以太坊PBS中Builder因飞轮效应越来越中心化的问题（但这不是本文要探讨的核心）。

在本文介绍的Rollup变体中，不同的Header Producer需要在自己创建的Batch Header中声明小费金额，付小费最多的HP发布的Batch Header自动被Rollup的节点们接纳（通过节点代码中写好的账本分叉选择算法自动完成）。

除此之外，HP发布的Batch Header必须能够对应DA层上的完整交易批次Batch。

如果HP发布的Header存在错误，比如交易执行结果Stateroot不对，或者没有包含Batch中的某笔交易（丢交易），诚实的Rollup全节点会向轻节点广播欺诈证明Fraud proof。但通常（乐观情况下），轻节点可以接受HP发布的Header并相信它没有问题。

抗审查性分析：该Rollup存在2处可进行交易审查的点。第一处存在于DA层，它可以审查交易内容，并拒绝包含某些用户的交易。第二处还是存在于DA层，它可以审查HP提交上去的Header，并拒绝包含某个Header，这样它就可以和Header串谋，通过审查攻击来垄断MEV。

同时，交易排序由HP负责，由于有欺诈证明的存在（可以针对HP丢交易的情况），HP自己往往不会展开审查攻击，但它可以贿赂DA层的节点去做（或者自己跑一些DA层的节点）。对此的解决方法是，延长Rollup交易序列被最终敲定的窗口期，使得被恶意DA层节点拒绝的Header，可在窗口期结束前及时被诚实DA层节点包含上链，进而增加DA层节点审查攻击的难度。

活性：L = L_da && ( L_hp1 || L_hp2 || L_hp3 )

如果DA层出现活性故障，则Rollup也会出现活性故障。在此基础上，仅当所有HP都出现活性故障时，Rollup才会出现活性故障。

变体8：共享聚合器+去中心化Prover的ZK Rollup

变体8使用共享聚合器Shared Aggregator（SA）进行交易包含+排序，由SA将交易序列Batch发布到DA层上，交易序列发到DA层后，交易次序理论上不再改变。

而在Batch发到DA层之前，共享聚合器SA可以先将Batch+ SA Header广播给全节点和Prover，将SA Header广播给轻节点，只是此时未上DA层的Batch还不稳定，随时可能被替换。

需要注意的是，共享聚合器SA发布的Header与HP发布的Batch Header不是一样东西。SA Header包含了密码学证明，确保Rollup节点从DA层读取的Batch的确由SA生成，而不是它人伪造的。

Prover从DA层读取交易批次Batch（也可以直接向共享聚合器同步），生成一个 ZK Proof+Batch Header，发布到DA层。显然Prover充当了HP的角色。

对于Rollup的轻节点而言，收到ZKProof后，这个Batch包含的交易序列就完成了最终确认。当然，Prover也可以通过DA层链下的Rollup p2p网络广播ZKP，使其更快的被轻节点接收，但此时ZKP还没发到DA层上，还不具备“最终性”。

抗审查性：变体8中，DA层不能对某些笔特定的交易进行审查攻击，只能针对共享聚合器提交的整个交易批次Batch审查攻击。同时，共享聚合器可以拒绝打包某些用户的交易。

活性：L = L_da && L_sa && L_pm。该变体中，任何部分出现活性故障，则Rollup都会出现活性故障。如果Prover故障，那么轻节点将无法有效的同步Rollup账本进度。但由于全节点同步了所有的交易序列Batch，它可以跟上账本进度。此时全节点不受影响，轻节点全部失效，等价于以前介绍过的采用共享聚合器的Based Rollup的情况。

信任最小化的最低配置：DA层轻节点+共享聚合器网络轻节点+ Rollup轻节点

变体9：共享聚合器+去中心化Prover+有多个DA的ZK-Rollup

变体9其实基于上面的变体8展开，只是其DA层不止一个，这样可以有效提高Rollup的活性。变体9中，共享聚合器SA可以将交易序列Batch发布到任意一个DA 层上，它可以根据自己的需求选择不同的DA层发布数据，这样就可以动态优化Rollup的相关参数，比如：数据成本、安全性、活性、交易延迟和最终性。

根据Rollup项目方的需求，可以定制最便宜、最安全、最活跃、结算速度的Rollup，选用吞吐量最高的DA层。一般而言，某个Rollup区块高度（比如第1万个）的Batch不必同时存在于不同的DA层上，但如果存在，它们的内容必须一致。如果不同的DA层上出现了高度相同、内容不同的两个Batch，则说明共享聚合器故意搞账本分叉。

这里，我们选用了和变体8相同的去中心化Prover Market，由Prover充当Header Producer，发布Batch Header和ZKProof。此时，Prover需要通过变体7中提到的小费竞拍机制展开竞争（由SKIP Protocol提出）。

变体9的交易结算速度（最终确认速度）受它采用的出块最快的DA层影响。

抗审查性：共享聚合器可以搞审查攻击，但可选的DA层变多了，与DA层相关的审查攻击可能性降低了。

活性：L = ( L_da1 || L_da2) && L_sa && L_pm。

与之前的变体相比，变体9活性更强。只要不是全部DA层网络出现活性故障，一切就能够正常进行。

信任最小化的最低配置：不同DA层的轻节点+共享聚合器网络轻节点+Rollup轻节点。

显然，我们采用的DA层越多，就必须运行越多的轻节点。但这样做的好处可能会盖过其成本。

变体 10：两个ZK-Rollups+去中心化Prover，彼此间有一个链上轻节点（可桥接）

变体10是变体5的扩展，目的是创建2个可以相互桥接的ZK-Rollup。相比于变体5（Based Rollup+ZKP+去中心化Prover），变体10多了一个中继器Relayer角色，它将Batch Header+ZK-Proof包装到一笔交易中。只要将这笔交易发给Rollup2运行的Rollup1轻节点，就能证明某个高度的Batch是有效的。当然，Rollup2还需要运行DA层的轻节点。

这是保持跨链桥信任最小化的先决条件。但如果是从以太坊Rollup（基于智能合约的SC Rollup）上往以太坊跨链，则不需要再运行Rollup的DA层轻节点，因为DA层就是以太坊本身。这一点与Celestia的主权Rollup极为不同，后者的Rollup之间互跨，必须运行对方DA层的轻节点。

当Relayer发送跨链交易时，它将被Rollup2的聚合器2和HP2处理。我们将两者都添加到图中，以理解Rollup2的节点如何处理跨Rollup的交易。

Rollup2的中继器Relayer将获取Rollup 2的Batch Header和ZKP，并将其发回Rollup1。Rollup 1还有一个Rollup 2的轻节点和DA 层的轻节点。

我们可以让模型更加简化。假设两个Rollup使用相同的共享聚合器和Header Producer，换言之，他们采用的DA层是重合的。

在这种情况下，可以直接将Relayer取缔。因为Batch Header和ZK Proof已由HP发布到相同的DA层，因此可以直接在DA层上读取另一个Rollup的Header和ZKP等数据，不再需要经由Relayer传给共享聚合器。

显然，使用相同DA层的Rollup不需要依赖于Relayer（很多跨链桥都依赖中继节点）。这可以解决跨链桥的安全问题（从这点来看，以太坊的SC Rollup之间的互跨，安全性要高于不同公链间的跨链）。

此时，信任最小化的最低配置：DA层轻节点+Rollup轻节点。