Enshrined原生L2和无状态区块构建 - 分片

使用 Enshrined Native L2s 和 Stateless Block Building 扩展以太坊

简介

以太坊的可扩展性探索之旅一直在探索 Layer 2 (L2) 解决方案，以提高吞吐量，同时保持去中心化。一个很有希望的方向——建立在像 based rollups 这样的早期工作之上——是 enshrined native L2s 的概念。在这篇文章中，我认为我们可以通过创建与以太坊协议深度集成的 L2 系统来扩展以太坊，分享其验证器集以并行处理交易。这不是一个新颖的发明，而是对现有想法的改进，利用通过像 Orbit 这样的概念在 Layer 1 (L1) 职责中不活跃的验证器来水平扩展吞吐量。通过在 L1 和多个 L2 之间循环验证器，我们可以解锁额外的真正原生区块空间，增加交易容量，并引入本地费用市场——所有这些都无需要求越来越重的节点硬件。每个 L2 都将具有与 L1 相同的 gas 限制和其他配置。我不认为这些 enshrined native L2s 很有可能与非 enshrined L2s 具有高度竞争力。 显然，后者更有能力垂直扩展吞吐量，并创建能够容忍 enshrined native rollups 无法容忍的不同程度审查的社区。

我认为，如果我们没有一个可行的 enshrined 后备方案，会导致吞吐量大幅降低，我们就无法安全地外包区块构建。将区块构建外包给复杂的参与者将不可避免地产生对它们的依赖。随着 MEV 随着时间的推移而减少（应用程序被激励自己捕获它），区块构建者的收入越来越少。随着吞吐量的增加，构建区块的成本变得越来越昂贵。因此，盈利能力取决于复杂的、专有的知识，这大大增加了新进入者在区块构建方面具有竞争力的难度。当拍卖是赢者通吃的非竞争性构建者无法生存时，最终会导致高度中心化（双头垄断或垄断对我来说并不奇怪）。你可以在以下链接中浏览一些关于我的观点的帖子：为本地区块构建辩护。

这篇文章将涉及可用的设计空间，重点关注权衡以及 stateless block building 在水平扩展中的关键作用，这使我们能够保持本地区块构建并保持以太坊 forkability 的实用性。

核心概念：具有共享验证器的 Enshrined Native L2s

Enshrined native L2s 将以太坊的验证器集扩展到 L1 职责之外。目前，31/32 的验证器实际上对以太坊没有积极作用。理想情况下，我们希望有一个系统可以确保尽可能多地高效利用网络。我们可以将不在 L1 上提议或证明的验证器（例如，由于像 Orbit 这样的系统中的轮换）转移到 L2 上，形成委员会来处理交易排序和区块生产。例如，我们可以有每个 L2 96 个验证器的委员会，其中 16 个验证器分配给 FOCIL/提议职责，其余的进行证明。就像 L1 一样，我们希望 L2 权益的绝大多数证明新区块才能被接受和最终确定。每个 slot 我们可以从他们当前所在的 L2 轮换 4 个验证器（我说的是假设所有验证器都是 32 eth 的权益，但我知道情况并非如此，验证器选择等方面存在一些复杂性，但我认为这是我们可以解决的问题，并且希望现在保持简单），并将它们转移回 L1 或另一个 L2，确保持续的生产力。

• 共享安全性：这些 L2 通过零知识 (zk) 证明继承了以太坊的安全性，该证明由相同的共识机制验证，并且具有几乎等同的审查抵抗保证（这几乎是目前没有 L2 具有的）。

• 水平扩展：添加更多 L2 可提高吞吐量，而无需垂直扩展硬件，这与传统的节点升级形成对比。

这利用了这样的事实，即在像 Orbit 这样的系统中，大约 80% 的验证器权益可能在 L1 上处于活动状态，剩下大约 20% 可用于 L2，从而放大了原生区块空间。

无状态区块构建的必要性

为了使这项工作有效，stateless block building 是理想的。验证器无法存储完整的状态，因为即使在 L1 上，存储需求也在不断增长，更不用说包括所有 L2 了。相反：

• 工作原理：用户或状态提供者提供带有交易的 witnesses（状态数据 + 证明）。验证器使用 Verkle 树来验证这些针对状态根的紧凑证明（约 150 字节），从而构建没有本地状态的区块。你或许可以进行某些优化，允许将与其他状态更改不冲突的执行的 zkEVM 证明作为 gas 成本较低的有效交易提交。

• 为什么重要：无状态性可降低硬件要求，从而在 L1 和 L2 职责之间实现快速转换。它是水平扩展的支柱，确保验证器可以处理任何 L2，而无需同步大量数据集。

如果没有无状态性，enshrined L2 的优势——灵活性、可扩展性和广泛参与——将在不切实际的存储和同步时间需求下崩溃。

设计空间中的权衡

以下是实际情况：平衡验证器角色、状态管理和带宽以使其可行。

1.验证器委员会规模与吞吐量

• 权衡：较小的委员会（例如，数十个验证器）简化了协调和转换，但会带来安全风险。较大的委员会（例如，数百个）以开销为代价增强了去中心化。

• 示例转变：在 L1 上大约 20% 的验证器空闲的情况下，一个 100 人的委员会可能支持许多 L2，而每个 L2 200 人则将该数字减半，但会增强弹性。

• 影响：更多的 L2 意味着更高的吞吐量，但委员会规模决定了可以安全地并行运行多少个 L2。不仅如此，在某个时候，L1 Gas 限制也会限制实际可以支持多少个 L2。

2.验证器存储的 Verkle 树（或等效树）级别

我们可以设置一个要求，即验证器存储 Verkle 树的根和所有中间节点，直到某个级别，而不仅仅是根。这使他们能够更有效地验证 witnesses，而无需存储整个状态，还可以减少为每笔交易传输大型 witnesses 的带宽开销。存储根和前一个 slot 的树的差异可以帮助避免使引用先前 slot 状态的有效交易无效，但由于太晚包含到该 slot 中，并且会被修改其证明路径的其他交易无效。

• 权衡：存储较高的 Verkle 树级别（例如，根到中间值）会减少 witness 大小，但会增加内存。不存储任何内容会使验证器保持精简，但会膨胀交易数据。

• 示例转变：对于 256 的分支因子，我认为存储级别 0-3 大约是 1.7 GB，有大约 40 亿个叶子节点。在 512 分支时，它是 ~13 GB，但为我们提供了 ~690 亿个叶子节点（我认为 L1 和每个具有良好互操作性的 L2 的叶子节点应该足够一段时间了）。

• 影响：存储的级别越多，抵消的带宽增加越多，从而使吞吐量能够在不影响网络的情况下进行扩展。

3.带宽与吞吐量收益

• 权衡：无状态性增加了每笔交易的带宽（witnesses），但 enshrined L2s 成倍增加了原生区块空间，可能会使这一成本相形见绌。

• 关键优势：如果切换到无状态区块构建将带宽需求增加 5 倍，但使我们能够支持 500 个 enshrined native L2，那么这可能是值得的权衡。这还在每个 L2 上创建 本地费用市场，因此如果我们允许应用程序迁移，我们可能会看到经常交互的应用程序在 L2 内彼此相邻结算，以避免互操作开销，而大型应用程序会迁移到使用率较低的 L2，以避免受到其他应用程序的需求驱动用户费用上涨的影响。总而言之，从长远来看，我们可能会看到接近最佳吞吐量。

4.验证器转换速度

• 权衡：在内存中存储最少的状态（仅根）可以让验证器实现近乎即时的转换，但需要更大的 witnesses。存储中间级别会减慢交易带宽节省的转换速度。我们可以包括其他内容，例如所有智能合约代码都应由验证器存储，并且需要在他们能够参与 attestation 之外的 L2 职责之前进行同步。也就是说，合约存储 slot 或 eoa 帐户等预计会有用户提供的 witnesses（状态提供者当然也可以为用户提供该数据，理想情况下，我们会有 eLTS——有关更多详细信息，请参阅我的 eth research 帖子——作为备份）。这意味着用户只需要为存储 slot 或帐户余额提供一些 witnesses，并且所有验证器都能够随时执行所有交易。除了我们只在内存中保留一组活动合约之外，还有其他替代方案，其余的将需要为它们提供 witnesses。这篇最近的文章更详细地讨论了这一点（关于无状态性的协议设计视图）。

• 示例转变：仅根转换需要 ~1 秒，而 ~1.7 GB 同步可能需要 ~5 分钟，具体取决于验证器的网络速度要求。

• 影响：更快的转换可最大限度地提高验证器实用性，而更慢的转换可优化交易效率。

为什么这很重要：吞吐量及其他

• 原生区块空间：Enshrined L2s 在原生区块空间中创造了 巨大的 增长，使以太坊能够水平扩展。这是与其他依赖外部验证器的 L2 的关键区别。

• 带宽抵消：是的，无状态 witnesses 增加了带宽，但理想情况下，通过 L2 增加的原生区块空间可以远远超过这一点。

• 本地费用市场：借助 enshrined L2s，我们可以创建本地费用市场，防止一个应用程序的需求影响其他地方的简单支付的实用性。Enshrined L2s 可以获得免费的 blobspace 配额，或者具有各种其他费用机制和/或发行机制，以找到这种工作方式的合理平衡。

结论

显然，要实现这一愿景，需要完成大量工作，并且在某些权衡之间取得平衡方面存在大量未解决的问题。我认为，由 stateless block building 提供支持的 enshrined native L2s 提供了水平扩展以太坊并保持其长期审查抵制能力的最佳途径。控制分叉选择具有严重的后果。当我们从实际角度限制谁能够构建链时，我们就会放弃分叉选择，并使自己容易受到强大参与者的影响，从而损害其他所有人。像 orbit 这样使任何人都可以参与对分叉进行投票的 SSF 方法是我们前进的最佳途径。它还使我们能够利用在 L1 职责中不活跃的验证器来实现潜在的巨大吞吐量收益。我们 可以 在保持节点可访问性的同时提高容量，并且 不会 失去以太坊的去中心化灵魂。

• 将吞吐量与本地构建分离
• 关于无状态性的协议设计视图

• 原文链接： ethresear.ch/t/enshrined...
• 登链社区 AI 助手，为大家转译优秀英文文章，如有翻译不通的地方，还请包涵～