Matter Labs 共识负责人致 Jon Charbonneau 的公开信：关于 Rollup 的一些想法

1、什么是Rollup、什么不是Rollup?

首先，我确实同意：

这里有两个不同的概念。我暂时将它们称为“rollup 桥”和“rollup 区块链”。

Rollup 桥和 Rollup 链是分开的，并且可以彼此“分叉”。

L1 和 L2 是相对术语，取决于给定资产的发行地/原产地。

让我们从一个思想实验开始。想象一下我们有两个独立的现有区块链，比如说以太坊和Near链。我们能否在不修改协议的情况下在它们之间建立一个无需信任的双向桥梁？我们可以！首先，假设我们为 Near 的 VM 和共识开发 zk 有效性证明（我所有的例子都将是关于 zk rollups，这对我来说更简单）。这显然不需要对 Near 的协议进行任何更改，我们只需找到一种方法来证明给定的块是 SNARK/STARK 内的有效状态转换。现在，我们还在以太坊上创建一个智能合约来验证这些证明，我们就完成了。

现在，任何人都可以向以太坊提交近区块（或状态增量）以及有效性证明，并且智能合约将知道 Near 区块链的状态，而无需任何信任假设。然后从Near向以太坊发送消息就很简单了，你只需要向以太坊中的智能合约提交Near状态的Merkle证明，这样你就可以证明Near状态的任何部分。这是第一个认识。我们不会将Token或数据从一个区块链发送到另一个区块链，没有任何移动，这些仍然是独立的数据库。我们只是在另一个区块链中证明一个区块链的状态。跨区块链转移Token只是一个方便的抽象。

但到目前为止这是单向的，我们只在以太坊上证明 Near 的状态。我们如何做相反的事情呢？很简单，我们为以太坊开发有效性证明，在 Near 上创建验证者合约，并将以太坊区块和有效性证明发送到 Near。现在我们可以证明以太坊在Near中的状态。有了两个单向免信任桥，我们就得到了一个双向桥。

然而，这思考了一个问题，为什么我们需要两座桥梁？Rollup 没有两个桥，Arbitrum 和 zkSync 在其状态下没有以太坊桥，这里发生了什么？嗯，他们有，但这是一种不同类型的桥梁。我们强制 zkSync 全节点也是以太坊全节点，Arbitrum 全节点也是如此。

这是第二个认识，所有汇总实际上都有两个单向桥。只是在 zkSync → 以太坊方向上我们使用有效性证明+状态增量，而在以太坊 → zkSync 方向上我们只使用全节点桥。显然，连接以太坊和近端的一个可能的解决方案是要求每个以太坊全节点也是近端全节点，反之亦然。这实际上会达到同样的目的，只是有点愚蠢，因为它不能很好地扩展。

但现在我们在以太坊和近邻之间有两个带有有效性证明的桥梁。我们可以在另一个区块链上证明一个区块链状态，并用它来“移动资产”和“发送消息”。我想指出的是，我们没有改变任何协议，我们不需要以太坊或Near的完整节点提供任何额外的功能，每个区块链甚至可能不知道这些桥。像 Matter Labs 或 Coinbase 这样的完全的第三方可以维护（并最终无法维护）这些桥梁。

那么，以太坊和近期是否正在上Rollup？由于其区块发布在以太坊上，Near 现在更安全了吗？如果桥梁停止工作，区块链的安全性是否会降低？我想你会同意，不，任何一个区块链都没有改变。只是现在每个区块链上都有一个智能合约，可以访问另一个区块链上的状态。请注意，这些桥梁也是独立的，如果其中一座发生故障，另一座完全不受影响。

现在我们可以讨论不同类型的桥梁。帕特里克·麦考里 (Patrick McCorry) 发表了一篇文章 Rollup正在验证桥梁。我可以说我总体上属于帕特里克的阵营，但我认为实际上还有更多类型的桥梁：

第一种是“全节点桥”。这些只是一个区块链的完整节点也是另一个区块链的完整节点的情况。这是网桥的最高安全级别，这就是不信任网桥的实际情况。该桥没有额外的安全假设。对于大规模来说，它也是完全不可行的。在以太坊+近思想实验中，如果我们要求所有全节点都是两个区块链的全节点，那么拥有两个不同的区块链就没有意义了。不过，如果一个区块链的节点要求比另一个区块链的节点要求小得多，那么它在一个方向上是有意义的。这正是 zkSync、Arbitrum、Optimism 等 Rollups 中发生的情况。

第二种是“有效性桥梁”。这是一个使用 zk 证明来证明给定状态转换（即 zk rollups）有效性的桥梁。我们有与用于这些有效性证明的证明系统相关的额外信任假设。

第三种是“OP桥梁”。OP Rollups中使用的桥类型。这里的额外信任假设与博弈论以及Rollup的至少一个诚实完整节点的存在有关。

有效性桥和OP桥都旨在接近全节点桥的安全性，而不需要相同级别的资源。实际上，有效性或OP桥几乎就像另一个区块链的完整节点，但它只是一个智能合约。

当然，还有轻客户端桥（如 Near 的 Rainbow 桥）、多重签名桥等。现在我们实际上可以使用这个模型来对不同的 rollup 项目进行分类。例如，zkSync Era 是一个集中式（即单个验证器）区块链，具有来自以太坊的全节点桥和到以太坊。

这就是当今大多数Rollup的情况：具有从基础链开始的全节点桥接以及到同一基础链的有效性或乐观桥接的区块链。请注意，这在链之间创建了一种层次结构，以太坊完整节点不会成为任何汇总决定桥接到它的完整节点，但汇总完整节点几乎被迫成为以太坊完整节点。

最后请注意，Rollup区块链不会继承母链的技术安全性。换句话说，将某些区块链的数据（和证明）发布到以太坊不会增加该区块链的安全性。使用以太坊的数据可用性只是为了 Rollup 桥的利益，而不是为了 Rollup 区块链的利益。这意味着Rollup桥包括智能合约和以太坊上的数据可用性，并且Rollup区块链只是一个区块链。

这个模型虽然现在看起来很简洁，但并没有解释验证和主权Rollup。validiums 是桥还是区块链？它与有效性桥梁有何不同？主权汇总怎么样？他们连桥都没有！从主权Rollup角度更容易分析。

通常将主权Rollup描述为没有桥接的Rollup。他们本质上使用另一个区块链的数据可用性和共识作为自己的数据可用性和共识，因此继承了该区块链的安全性。他们通过将所有数据发布到基础链来实现这一点，而主权Rollup完整节点只是基础链的完整节点，它们具有解释该数据的额外规则。

那么这是一个Rollup吗？不，乍一听起来像是Rollup，但很多其他东西也符合这个定义。我们当然不会将其归类为Rollup，例如比特币中的序数。Ordinals 区块链的所有数据都位于比特币区块链上。要成为 Ordinals 区块链的完整节点，您只需要一个比特币完整节点并了解 Ordinals 规则。它还具有与比特币完全相同的安全性。同样的情况也适用于比特币之上的许多其他协议，如 Omni、Counterparty、Mastercoin 等。所有这些协议都不能归类为主权Rollup。

我可能会找到更多例子，但要点是区块链搭载另一个区块链的共识和/或数据可用性并不是什么新鲜事。据我所知，这些结构没有通用术语，所以我将尝试使用“依赖区块链”这个名称。Rollup 的创新为两个区块链创造了一种以信任最小化且高效的方式进行通信的方式。主权Rollup缺乏这一点，因此不应该被称为Rollup，只是依附于区块链。

2、关于验证

最后，我们谈到验证。就像Rollup一样，它们是具有从基础链到基础链的全节点桥和到基础链的一些桥的区块链。这种新型桥基本上是一个有效性桥，我们不会将区块链数据（输入或状态增量）发布到基础链，我们只发布 zk 证明。由于缺乏更好的名称，我们将它们称为部分有效性桥。但这与普通的Rollup有何不同？为了找到答案，我们需要了解当区块链失败和桥分叉时会发生什么。

让我们回到我们关于桥接以太坊和Near的思想实验。在这种情况下，如果Near区块链停止运行会发生什么？显然，Near 到以太坊的桥梁将停止更新。如果该桥上有硬币，它们就会被卡住，直到Near链被恢复。显然，这座桥上的资产似乎并不具有与以太坊区块链相同的安全性。这违背了通常所说的Rollup安全性，那么这里发生了什么？请记住，有效性桥和OP桥的作用与全节点类似，并且全节点可以分叉区块链。

大多数Rollup都计划了一些“逃生舱口”机制，这实际上只是一种自动分叉机制。在我们的示例中，如果近区块链失败，允许任何人更新桥的状态，只要它附有有效性证明。如果 Near 区块链随后重新上线，它将具有与桥不同的状态，从而强化了桥确实已从 Near 分叉的想法。这座桥实际上具有与以太坊相同的安全性，但至关重要的是，桥中计划有一些分叉机制。

想象一下其他情况，以太坊和近区块链都在工作，但只有 Coinbase 被允许更新桥的状态（因为这就是桥的设计方式）。如果 Coinbase 由于某种原因发生故障，并且桥中没有分叉机制，那么桥将停止运行，所有资产将被卡住，即使近区块链仍然存在。

现在我们可以很容易地看出有效性桥和部分有效性桥（即validiums）之间的区别。有效性桥始终保证拥有状态数据（这当然是创建分叉所必需的），因为它们将所有状态更新发布到基础链。部分有效性桥可能没有该状态数据，而是需要 validium 区块链中诚实的少数验证者来保证该数据的可用性。

总结这篇很长的文章，它就是区块链和桥梁。有许多不同类型的桥接器，但 L2 空间中更有趣的桥接器是：全节点桥接器、乐观桥接器、有效性桥接器和部分有效性桥接器。

我们还可以将区块链分为两种不同的类型：依赖型或独立型，具体取决于它们是否使用另一个区块链的共识和数据可用性作为自己的共识和数据可用性。不过，这些是不同的概念，我们可以将任何类型的区块链与几乎任何数量和类型的桥配对。