原文标题:《zkEVM 系列(2)|Polygon zkEVM 关于 Sequencer 和 Bridge 更多的技术细节》
原文作者: 0xhhh
原文编译: Red One
在 polygon zkEVM 的第一篇文章里(zkEVM 系列(1)|Polygon zkEVM 的整体架构和交易执行流程),我们总结了 Polygon zkEVM 的整体框架以及交易执行流程,同时也分析了 Polygon zkEVM 是如何实现计算扩容的同时继承了 L1 的安全性的;在这篇文章里,我们将依托上篇文章建立的框架,深入 polygon zkEVM 关于 Sequencer 和 Bridge 更多的技术细节,同时也探讨未来潜在的去中心化 Sequencer 架构的不同特点。
一、深入解析 zkEVM Bridge
在上一篇文章里,我们介绍 Ploygon zkEVM 的过程中,实际上缺失了很重要的一个部分,就是 Polygon zkEVM 的原生桥。(注:在本文 L2 特指 Rollup, L1 特指 Ethereum。)
1. 跨链数据状态管理
Polygon zkEVM 在 L1 和 L2 分别维护了一棵 Exit Tree, 名字分别为 L1 Exit Merkle tree 和 L2 Exit Merkle tree。但是为了更好的管理这两棵树,Polygon zkEVM 很聪明的将这两棵树结合在了一起,如下图:
2. 跨链流程
L1 L2 的跨链流程
L1 L2 的跨链流程对应上图的橙色标识的三个步骤:
https://testnet-zkevm.polygonscan.com/address/0x39e780d8800f7396e8b7530a8925b14025aedc77#code2)
L2 L1 的跨链流程
用户调用部署在 L2 的 Bridge 合约 (PolygonZkEVMBridge.sol) 中的 Bridge() 函数发送一笔 L2-Bridge-Tx,这会更新添加一个新节点在 L2 Exit Tree 中,然后依次更新 L2 Exit Tree Root 和 Global Exit Tree Root。
接下来当 Sequencer 会把这笔 L2-Bridge-Tx 放到某一个 Batch 中发送到 L1 的共识和 DA 合约 (PolygonZkEVM.sol) 中。
然后在之后 Aggregator 调用 trustedVerifyBatches() 往 L1 提交 validity proof 的时候,实际上也会把 L2 Exit Root 也一并作为 Input 进行上传,也就是以下函数的中的 NewLocalExitRoot,它代表了 L2 有新的 BridgeToL1 的交易,但是这些交易目前在 L1 还不能提款,需要等待这个新的 NewLocalExitRoot 被验证成功。
如果这个这个 Validity Proof 验证通过,那么 L1 的 Global Exit RootManager 会更新 L2 Exit trre Root 和 Global Exit Tree Root:
globalExitRootManager.updateExitRoot(newLocalExitRoot);
二、 Polygon zkEVM 如何抗审查
1. 执行流程
2.Sequencer 的真正状态
https://zkevm.polygon.technology/
三、L2 网络存在的三种不同的 Finality
1 ) 三种 Finality
Sequencer 接受到用户交易之后,执行后给出的状态,这是最不安全的状态;但是在目前官方 Single Sequencer 的场景下,却可以在保证安全的同时带来极致的用户体验。在目前单一 Sequencer 的 Rollup 网络中,基本上都可以体验到即时确认的快乐。不过,Single Sequencer 最大的风险就是 Sequencer 宕机,这会导致整个 L2 网络基本瘫痪,不过由于 DA 层是位于以太坊上的,依然可以在之后部分恢复 L2 网络宕机前的状态;不过那部分来不及发送到 L1 的 L2 交易将无法被恢复。
b. 第二种 DA Finality,代表这些交易已经被提交到 L1 的 DA 层合约上,此时交易顺序也被确定了。
Trusted Sequencer 已经调用 Sequence Batch 将交易发送到 L1 上,在这种情况下,交易已经被 DA 层包含;在 Polygon 的设计中, 由于单一 Trusted Sequencer 的原因,所以可以确保上传到 L1 合约上进行 DA 的交易都是有效交易。我们可以认为当一笔交易被 Trusted Sequencer 上传到 L1 合约中的时候, 这个时候它已经被 Rollup 网络承认了,并且在之后 Aggregator 会提供 Validity Proof 让这笔交易真正无法被 Revert(除非 L1 Reorg)。
c. 第三种 Verified Finality 指的是这笔交易已经通过 Validity Proof 的验证了,属于真正的 Finality;在一些文章中也把它叫做 Hard Finality。
当 Aggregator 为一批上传到 DA 层的交易提供的 Validity Proof 被合约验证通过的时候,这个时候我们认为这些交易已经无法被 Revert 了 (除非 L1 Reorg)。我们在上一篇文章里提到过,目前提交到 DA 层的交易到验证 validity proof 的通过的时间是 30 分钟,同时 Aggregator 也可以通过提供 Validity Proof 从而获得足够的 Matic 报酬。
2)Aggregator 同步状态的取舍
假如我们这里假设提供 Validity Proof 是有利可图的,那么对于 Aggregator 来说,最好的同步交易的方式,不是在 L1 的 DA 层合约中同步,而是直接跟 Trusted Sequencer 建立 rpc 链接,直接从 Trusted Sequencer 获取最新的交易,这样生成 Validity Proof 会更快,从而相比其他从 DA 合约中获取交易的 Aggregator 更有竞争优势,因为提供 Validity Proof 这件事情是先到先得,对于一批交易来说也仅仅需要一个聚合的 validity proof,第一个提交 Validity Proof 的 Aggregator 可以拿走对应交易的 Matic 奖励,其他 Aggregator 生成的 Validity Proof 也无法再获得任何奖励。
不过目前实际上 Polygon 跟 Trusted Sequencer 角色一样,也有一个 Trusted Aggregator, 来处理生成和提交 Validity Proof 的工作。https://zkevm.polygon.technology/
四、Sequencer 的未来
接下来,我们继续是关于去中心化 Sequencer 的思考。首先第一个问题是我们为什么需要去中心化的 Sequencer? 因为我们希望 Rollup 能在扩容以太坊的计算能力的同时,继承以太坊的安全性和去中心化程度。而当前 Single Sequencer 的方案显然达不到继承以太坊的去中心化程度的目标。再继续勾画去中心化 Sequencer 的未来之前,我们先来回顾 Sequencer 的工作。以 Polygon zkEVM 为例,目前 Trusted Sequencer 对交易的处理会遵循 FCFS, 先到的交易先进行处理,并行 Mempool 也是私有的,尽可能保护用户的交易不被 MEV。
当收集到一定量的交易之后,会把它们封装成 Batches 上传到 L1 合约中对应的 DA 的位置,并且在第一篇文章中我们也提到了这些了 Sequencer 上传的 Batch 中实际上已经通过在后一个 Batch 包含前一个 Batch 的哈希的方式确定了交易的顺序。因此我们认为 Sequencer 的工作类似 L1 Proposer 的工作,提议了一批交易,并且确认了交易的顺序。
因为我们是从 Polygon zkEVM 开始介绍去中心化 Sequencer 的,我们就先介绍 Polygon zkEVM 的去中心化 Sequencer 方案 Proof Of Efficiency(效率证明)。
1.Proof-0f-Efficiency
1) 方案描述
在 POE 的设计中,允许任何人成为 Sequencer 并且向 L1 提交 Rollup Block 的,Rollup 网络的交易顺序取决于交易被提交到 L1 的 Rollup DA 合约的顺序。(在 Polygon zkEVM 里 Batch 等价于 Block。)
如下图,用户都可以自行选择将交易发送给哪个 Sequencer, 甚至可以自己成为 Sequencer, 这些 Sequencer 在收到足够的交易之后,会将这些交易打包成 Batch,然后往 L1 上提交。
Sequencer 收入 = L2 gas fee
2)方案的可行性
3)为什么携带状态承诺就不能用于POE?
4)如何处理无效交易
5) Public Mempool(公共交易池)?
6) Sequencer 为何无法预测执行结果
7) L2 的 MEV 流失到 L1
8) Aggregator 的设计
总结
2. Based Rollup
3.Share Sequencing
3.1. 具体流程如下:
c. 然后将这些 Rollup Block 提交到不同的 Rollup 网络对应在 L1 上的 DA 合约
d. 不同的 Rollup 网络再通过 L1 的 DA 合约同步网络中的最新交易,然后进入到他们自身验证 Validity Proof 或者 Fraud Proof 的流程。
3.2.Shared Sequencer 架构的潜在影响
b. 当用户向 Shared Sequencers 提交这样一个交易的时候,每一轮的 Seuqnecer Leader 实际上可以将 Arbitrum Lock 的操作+Optimism Mint 的操作放在同一时刻的 Rollup Block 进行执行,这样可以带来巨大的用户体验提升;
c. 但是它依旧无法做到像同一个 Rollup 网络的用户体验,比如 Mint 的时候你依然需要提供你的 Lock Proof;
d. 所以我们可以认为接入到这个 Shared Sequencers 网络中的 Rollup 们是一个接近于完全同步的系统;
e. 接近完全同步的系统有什么作用呢?
f. 可以提供原子跨链服务,因为每一轮选出的 Sequencer Leader 拥有排序所有 Rollup 交易的权力,所以他有能力构建原子跨链的交易。
4) 跨链 MEV 的角度
因为每一轮的 Leader Sequencer 拥有所有 Rollup Block 的排序权力,所以理论上可以捕获所有的跨链 MEV,感觉之后 Shared Sequencer 也需要引入或者直接接入 MEV Boost 这种 MEV 架构,因为从目前看各个 Rollup 网络的区块间隔都会远远快于以太坊的区块间隔,比如 Optimism 的 2s 每一块,Arbitrum 最快是 0.25s 出一块。因此作为每一轮的 Sequencer Leader 构造 Rollup Block 的计算量其实并不小,因此感觉生态成熟起来之后也会有相应的 MEV 架构来辅助构造最大价值的 Rollup Block。
5) 从 Decentralization 和 Liveness 的角度看 Shared Sequencers
因为 Shared Sequencer Committee 内部会用 BFT 共识来在每一轮选择出一个 Sequencer Leader 来提案所有的 Rollup Block,所以 Decentralization 和 Liveness 都要比目前的 Single Sequencer 方案强大不少。
6) 从生态的角度
a. 对于不同的 Rollup 拥有了更好的共存的理由,因为用户可以很方便的在各个 Rollup 的网络中进行资产转移,也可以更好的对实现以太坊生态的负载均衡。
b. 对于不同的正在构造 Shread Sequencer 的项目而言,可能就是你死我活的竞争,因为从用户角度和目前各个 Rollup 都是 Signle Sequencer 的角度而言,似乎在 Shared Sequencer 这条赛道会出现赢家通吃的问题。
7)Finality 角度
因为本质上还是 Single Sequencer,所以无论是 Sequencer Finality 还是 Verified Finality 都跟原来是一样的。
3.3. 潜在风险
因为 Rollup 之间不一定是同构 Rollup,比如 Arbitrum 和 polygon zkEVM 之间的跨链,那么意味着跨链交易对应在 Arbitrum 和 polygon zkEVM 之上交易的 Verified Finality 并不一致,比如我在 Polygon zkEVM 之上的 mint 交易已经获得 Verified Finality(提交了 Validity Proof), 但是此时我在 Arbitrum 上的 Lock 交易仅获得了 DA Finality(需要等待 7 天挑战期),如果我在这个时候成功 Revert 了我在 Arbiturm 的交易, 那么也就意味着:我实际上在 Polygon zkEVM 无成本铸造了很多跨链资产。
3.4 总结
五、总结
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