减法理论出发探讨 Based Rollup

在两年前各种 L2 和 zk 风头正盛的时候，我们就预言了 L1 必将回归。

作者：阚嘉，西交利物浦大学密码学博士，经济的工作量证明发现者，存储公链创业，连续创业者

在两年前各种 L2 和 zk 风头正盛的时候，我们就预言了 L1 必将回归。我们最早提出周天子和诸侯们的说法，也亲眼目睹了一些 L2 们试图摆脱 ETH 作为 gas fee。当然，这都是江湖式的八卦。

本来近期对于 ETH 并没有太大的关注了，但是最近的 based rollup 的概念又让我们感受到在区块链技术发展方向的新共识。看到很多研究员在讨论什么是 based rollup？这是不又是一种新式的 L2？我们则非常肯定的抛出了我们的理解：based rollup 是对 L2 的一种委婉的否定。我们很高兴看到，L1 的时代即将回归。这是主流思想在区块链技术发展上达成的一次新共识。

首先，我们来梳理时间线：

古早区块链时代，除了染色币技术，还有一项名为 counterparty 的技术，可以基于比特币主网发行其他虚拟币。

23 年，当红的是铭文，大家可能还记得由 ETHS 演变出来的 Facet 项目。

同样是 23 年，Monad 靠并行 EVM 成为赛道龙头。但是在他们文档里，同时还提出了 Delayed Execution 的概念。

24 年的第 1 天，我们对于铭文技术的理解有了 180 度的转弯. 从之前的看空，改为铭文技术是区块链技术的未来，并在当月推出减法理论，从共识层面来解释这一技术的内在优势。
24 年 3 月，based rollup 在以太坊 research 论坛提出。

在我们看来，based rollup 是对 L2 的否定，而并非一种新的 L2 技术。这项提议甚至是对以太坊 10 年来的技术方向的一次反思。在深入理解之前，我们来看看现在以太坊是怎么做的？

以太坊作为一条区块链，创新的将编程语言与区块链结合，众所周知，这是以太坊和比特币的本质不同。比特币技术有一个交易内存池，矿工负责把高手续费的交易从池子里拿出，可以按照自己的规则排序并计算根哈希，最后运行 PoW 共识算法，相当于一次投票，无论多少矿工参加挖矿，仅有一个矿工的工作是有效的，并得到出块权。

以太坊原理类似，区别在于比特币的交易内容是转账，以太坊的交易内容实际上是对代码的调用。所以除了对所有的交易内容进行定序和共识以外，以太坊需要在短暂的十多秒出块时间之内，除了计算出交易的默克尔根之外，还要多完成一项重要计算，就是交易执行完成之后，全局状态的根。这两个关键的默克尔根数据（实际上还有回执树）送进共识算法，产生新区块。

这里就有一个问题，交易的默克尔树本身计算工作量就不大，当交易量超大的时候，甚至可以多 CPU 或者集群计算。但是传统的 EVM 只能由单核 CPU 一个一个交易的顺序执行（为了加速执行，并行 EVM 被提出），所以智能合约的区块链，制约 TPS/容量的主要因素不是区块大小，而是 EVM 执行的效率。

L2 是什么？很多人都已经有一些概念了，它用起来就像 L1，但是没有 L1 那么贵。这里我们需要再深入一点，L2 没有运行共识算法。大家知道共识算法是非常昂贵的，在 PoW 区块里，共识的成本约等于单个出块时间内所有矿工耗费的电力（说细了还有硬件成本）。

是不是 PoS 就没有成本了呢？不，资本是要生息的，做 staking 的 ETH 至少要付出和银行差不多的利息，这样资金才会选择留在 ETH 做 staking。那么，谁来支付这部分成本呢？用户使用链的 gas 就是税收。

聊的有点远，L2 没有自己的共识算法，就要靠 L1 保障自己的安全性，否则，它不配称为公链，只能叫私有链。L2 没有运行共识算法，但是还是会对交易排序的，这就是中心化定序器，采用中心化定序器给交易做顺序和内容上的共识非常便宜，选出一个老板，让他签字就可以了。

唯一的问题是，定序器不能宕机，机房不能停电。为了让 L2 变成公链，定序后的交易和 L2 的全局状态信息，是要存 L1 上的，这就是 DA 的概念，主要指的是原始交易信息（这部分不需要太严谨，理解即可）。所以马仔 L2 给老大 L1 交了一部分保护费，各管一片区域，不久就会成长为诸侯，威胁到天子了，因为 L1 的税比 L2 贵太多，所以用户都去 L2 了。

Based rollup 思路是什么？很多人说是一种新的 L2，我们却直接说 based rollup 直接否定了 L2。让我们来看看以太坊这十年内，一个显而易见的问题：它把 EVM 做到了区块链节点里。

前面提到，区块里需要在区块间隔时间内，对交易（用户发出的带签名的消息）进行定序，并且运行共识算法。以太坊扩展了这一步，加上了一个无比昂贵的操作，执行虚拟机。当然在以太坊只有 7 TPS 的时候，我们还看不出来虚拟机操作的昂贵之处，但是当我们需要 700，7000，甚至 visa 和支付宝级别的 7W TPS 的时候，可以想象一台普通 PC 机能够在一秒钟之内顺序的完成 7 万条 EVM 程序的运行吗？

当区块里 TPS 越高，我们就可以认识到，这样的设计在扩展性上，根本不可能有未来。以太坊把虚拟机塞入区块链这一行为是伟大的，但又是方向上错误的。

Based rollup 提出的定序由 L1 完成，对于其他部分并没有讲的特别具体，但是如果定序由 L1 完成，对交易的执行也还由 L1 完成的话，那么 based rollup 就等于啥也没说，和现有以太坊一摸一样。所以 Based rollup 委婉的把定序以外的工作交给了其他人，不管它是叫 L2，还是叫 indexer，都是一个独立于 L1 之外的区块链执行层！简单说，这就是把 EVM 踢出了 L1。我们非常高兴看到了以太坊思路的重大转变，接下来，我们用更加深刻的减法理论，来解释一下为什么这么做是对的。

减法理论的思路是什么？在去年铭文火爆的时候，大家都认为铭文仅仅是给 BTC 矿工增加收入的一种手段。当铭文的火爆蔓延到自带虚拟机的链，比如 ETH 上的时候，我们嘲笑这是一种自宫行为，然后割掉再带上假 XX。但是随后，我们就从共识角度理解这样做的优越性。2024 年的第 1 天，我们开始认为铭文歪打正着的，把我们带回到了区块链技术的正确方向。

前面提到，区块链共识，首先需要按照 gas 从内存池中自由选择一些交易，给交易定好顺序。如果是 EVM，还需要按照顺序执行这些交易，来验证所有执行 gas 没有超过区块限额，确认交易中没有废交易，最后完成出块。

从 BTC 到 ETH，区块链的设计者在做加法，从 ETH 到 CFX，再到 Monad，依然在做加法。那么，是不是存在 BTC 还要简单的瘦区块链呢？有没有可能靠做减法，less is more 的思路，做出一种更加优化的区块链呢？我们的减法理论提出，应当把 EVM 执行，验证区块链交易这部分，从共识的步骤中删除。

把区块链简化成一种对输入交易进行共识的机器，简单粗暴，把 EVM 或者任何计算量巨大的组件从区块链节点中移除，只要用户愿意支付 gas fee，区块链节点本身不会更多的验证工作，只需要直接把交易送进区块。

那么，减法理论这么做，是不是阉割了区块链的智能合约功能呢？不。减法理论仅仅是把虚拟机从区块链节点中移除了，但是所有虚拟机计算会外包到另外一个叫 indexer 的节点中去（铭文就有 indexer 的概念），这样 indexer 就可以有弹性并且充分的时间，去执行交易，而不是被要求在两个出块间隔的短短几秒钟之内，完成成千上万的交易执行。这样的 indexer 可以运行在单机，也可以跑在一个集群上，可以有并行的算法优化。而且，就算 indexer 执行崩溃也不会影响区块链节点的稳定性。

减法理论这么做安全吗？安全。因为我们对于区块链的建模，是基于经典的数据结构状态机来建模的。数学告诉我们，只要按照顺序重新回放交易，总能得到唯一的状态（就算硬件损坏等计算错误，也可以用其他手段鉴别出来）。

从梳理近期项目的技术发展趋势，我们发现很多行业的先行者，优秀的研究员，开始在区块链未来的优化路径上，慢慢达成了共识。我们希望借此，区块链技术可以得到突破，早日达到互联网技术的量级。

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