Rollup交易的固化流程

Posted 2023-03-05 mutourend

1. 引言

前序博客有：

• Rollup Decentralization
• Rollup去中心化

Rollup交易的固化流程不同于PoW的eventual consistency最终一致性，也不同于以太坊PoS协议的等待X个确认，two consecutive supermajority votes(epochs)之前的交易即已固化。

Rollup交易的固化需要经历3个阶段，才能认为该Rollup交易是settled、final and irreversible：

• Sequencer’s Promise：Sequencer向用户承诺其交易将被打包和执行。
• Order Finality：用户交易具有相对于其它交易的最终排序。
• Execution Settlement：bridge合约信服某用户交易的final execution。

本文讨论的Rollup交易固化适用于Optimistic Rollups和Validity Rollups。

2. Sequencer’s Promise

Sequencer为Rollup层唯一对链下数据库的pending state具有知情权的一方，Sequencer有权来对pending交易进行排序。

交易生命周期始于：用户在将交易传给Sequencer之前，对该交易进行签名。

Sequencer的响应可为：

• 1）对交易的predicted execution
• 2）promise当该交易settled as final（固化）时，该执行将维持

该promise是可能的，因为Sequencer为唯一具有所有pending交易list的一方。Sequencer有权决定交易的排序。因此，仅Sequencer对链下数据库的pending state 知情。

称其为promise，是因为Sequencer可向用户返回invalid response 并 忽略该交易。

Rollups有2种方式来对抗lying and malicious Sequencer：

• 1）Signed receipts：Sequencer需返回具有其签名的receipt，可作为后续其撒谎的惩罚依据。
• 2）Forced inclusion：用户可跳过Sequencer，自己向bridge合约提交交易。

虽然Sequencer的角色是为决定交易执行的最终顺序提供fast path，但Sequencer不具有的唯一决定权。最终由bridge智能合约决定所有pending交易的最终顺序。
也就是说，只要及时发布（Arbitrum大约24小时），bridge就会优先考虑Sequencer提出的一批交易。

3. Transaction Order Finality

bridge合约决定交易的最终顺序，并赋予任何人可重构出整个链下数据库的能力。
bridge合约及其所在的L1链，实现了数据可用层的功能，从而可保证：

• 数据可用性：A data item was published at a point in time and it was available for all online parties to fetch it。

对于Rollup场景来说，将batch transactions提交到bridge合约，使得任何诚实的用户、Executors、Sequencers可获取整个transaction list。

新的batch transactions将附加在Rollup的 canonical chain of transactions之后。任何人可在其本地的数据库备份的基础上执行新交易，并计算新的链下状态。整个流程是确定性的，基于相同的交易所有人都获得同样的状态。

只要相信有“one honest party”会入场并enforce execution settlement，则可在bridge合约之上构建协议，仅依赖于最终顺序。

注意：
有的Rollup方案会直接跳过本阶段，由Sequencer将交易直接发送给Executors，这样做的优劣势本文不展开讨论。

4. Execution Settlement

最终目的是让合约信服有序交易的执行结果。
execution settlement的唯一目的，是让合约信服，而不是让外部方或共识协议信服，有序交易的最终执行结果。

此时：

• bridge已对所有执行交易 进行了排序
• 任何人，包括用户本人，都可据此计算出一个数据库备份

不知道数据库当前状态的仅有bridge合约，因为bridge合约计算资源有限，无法重放处理所有pending交易。

由Executors来提交新的数据库状态 以及 相应的证据。Executors可决定处理一个或多个交易batch，唯一的限制是执行必须遵守交易的最终顺序。证据可以是欺诈证明或有效性证明。

execution settlemen的唯一原因是授权bridge合约执行side-effecct，包括从链外系统向L1智能合约转移资金或发送消息。只有当bridge确信相关交易的执行时，才能执行side-effect。
换言之，只要确信所有交易都是有效的，并且执行正确，bridge才会释放资金。

5. Rollup交易的固化流程小结

Rollup最有趣的一点在于，其将交易排序和执行进行了分离：

• 首先排序：所有方可确定完全相同的transaction list，并本地计算数据库的新状态。
• 延迟执行：整个流程集中在：让bridge合约信服，在该transaction list执行之后，的数据库新状态。

这样分离的好处在于，在bridge合约 settle该执行之前，任何人都可确定性的计算出数据库的将来状态。
排序与执行之间的延迟可能很大，如乐观证明Rollup中：

• transaction batch提交的频率为每30秒
• order finality的确定时间小于10分钟
• 而execution settlement最少需要2周

本文的关键内容在于：

• Transact after ordering & before settlement：只要信任存在某honest party会入场 并 enforce eventual execution settlement with the bridge合约，则agents can act upon the unsettled database state once the ordering is final。

假设用户需要从某乐观Rollup中快速提款到以太坊，其需要3步：

• 1）用户发送 funds + fee：用户选择某liquidity provider（LP）并发起一笔交易将资金转移给LP。该交易在Rollup上确认，并将会把资金发送给以太坊上某特殊仲裁合约。
• 2）LP等待order finality：LP在决定在以太坊链上给用户发送资金之前，将等待该Rollup交易达到order finality。
• 3）LP或用户获得资金：当该Rollup交易execution is settled，用户资金将到达“以太坊上某特殊仲裁合约”。若LP正常履约（已给用户转账），则“以太坊上某特殊仲裁合约”会将资金给LP，否则，会将资金返还给用户。

在上述例子中，用户可从LP收到资金的乐观用时为<10分钟，且LP有信心其将在约2周内收回相应资金。若存在问题且LP无法履约，则用户将在约2周后收回资金。

总结为：

• 对于任意将交易数据发送到bridge合约的Rollup方案，都可实现order finality。

不仅Arbitrum 和 Optimism 这样的乐观Rollup方案支持order finality，Scroll、Polygon Hermez、zkSync等Validity Rollup方案 也支持order finality。

本节重点讨论了乐观Rollup如何利用order finality来绕过execution settlement delay（约2周）。
但是对于Validity Rollup方案，一旦交易被ordered for execution，用户就可认为该交易是final的。这为Executors提供了回旋的空间，让Executors在整理validity proof并settling the execution之前，等待有序的交易堆积起来。

参考资料

[1] Patrick McCorry 2023年2月21日博客 Tiers of Transaction Finality for Rollups