Foresight Ventures : 坎昆升级来临，哪些L2做了适配？

文章来源：Foresight Research

TL;DR：

• 坎昆升级将于2024 年 3 月 13 日推出，EIP4844即将上线。Danksharding是以太坊路线图的核心，这次升级是实现Danksharding的第一步。
• Ethereum  L2适配EIP4844后，交易手续费大幅下降，L2的TPS成倍提高。用户会感觉到交易速度更快、成本更低、体验更流畅、反应更灵敏。这些L2上会有更复杂更大型的Dapp应用。
• Optimistic rollups适配EIP4844更简单，ZK rollups适配更复杂。以太坊没有预编译合约支持BLS12-381椭圆曲线，导致部分ZKP验证难度大，阻碍了ZK rollups适配EIP4844的进度。
• 椭圆曲线的问题可以通过两种方式解决，1. 等待以太坊对BLS12-381椭圆曲线进行预编译；2.用另一种证明方式来达到同等目的，使用以太坊预编译支持的BN254.
• 目前，Arbitrum、Optimistic、Starknet、zkSync、Scroll、Polygon zkEVM以及新L2 Morph都在适配EIP4844。其中，Arbitrum、Optimistic 和Starknet表示坎昆升级后会实施对EIP4844的适配。Morph则率先发布了创新的zkSNARK zkEVM适配方案，这将是第一个适配EIP4844的zkSNARK zkEVM

一、背景

2020 年，以太坊发布的 “以 Rollup 为中心的以太坊路线图”，以及第二年Vitalik发表的「Endgame」中描述的以太坊的最终图景，确定了以太坊的大方向：优化以太坊的基础层建设，为Rollup服务。

以太坊设计了Danksharding的分片技术以提高以太坊作为数据可用性层的可用性。它将显著降低L2的交易手续费，提高Rollup的TPS，实现以太坊的大幅扩容

直至今年，以太坊坎昆-德内布（Dencun）升级终于在 2024 年 3 月 13 日推出，EIP4844即将上线，这次硬分叉可以说是以太坊实现Danksharding的第一步，是以太坊路线图核心中的核心。

关于什么是DA层，Danksharding的技术原理，EIP4844的内容，请参考去年我写的一篇技术文章：DA（数据可用性）Summer 将至？https://foresightnews.pro/article/detail/33575

二、坎昆升级如何利好L2？

EIP4844引入了一种新的交易类型，称为blob-carrying交易。每个blob-carrying交易都可以“携带”一个 Blob 列表 。Blob 是一个数据包，大约 125 KB。Blob存储的时间很短，仅4096个epoch，略多于18天。

1. L2交易手续费大幅下降。由于Blob不需要永久存储，Blob相比于区块空间更大更便宜。Blob 可以在相同的 gas 消耗下存储比 Calldata 多 10 倍的数据。适配了EIP4844的Rollup可以将交易数据存储在 Blob 中，将交易费用降低一个数量级。
2. L2的TPS成倍提高。目前每个区块目标是3个Blob，最多允许 6 个 Blob。区块只有 90KB，而每个Blob大约125KB。引入Blob相当于为区块额外扩展了几倍的空间可以用来存Rollup的数据，因此Rollup的TPS也能成倍增加。且Toni和Vitalic写的“On Increasing the Block Gas Limit”中表示，会通过增加区块Gas limit和非零Calldata bytes的价格，实现更小、变量更少的区块大小，从而未来可以增加更多Blob。Blob更多则存储空间会更大。

对最终用户而言，Ethereum  L2适配EIP4844后，交易速度更快、成本更低、体验更流畅、反应更灵敏。这些L2上会有更复杂更大型的Dapp应用。

三、L2如何适配EIP4844？

L2如何适配EIP4844呢？我们需要分Optimistic Rollup和ZK Rollup来分别讨论。

Optimistic Rollups适配EIP4844

Optimistic rollup是通过欺诈证明来保证rollup执行的正确性的。即节点首先选择相信状态的转换是正确的，除非有人在规定的时间段内发起欺诈证明，证明之前提交的是状态转换是不合法的，则该状态转换会被撤销。

Optimistic Rollup适配EIP4844相对ZK rollup来说更简单。把L2的交易都通过Blob-carrying交易提交到L1即可完成适配。此外，就是要调整欺诈证明使之适配EIP4844，这部分就可以慢慢做了。毕竟，很多optimistic rollup至今也没上线欺诈证明。上线了欺诈证明的，发现两年多都没有一个欺诈证明提交。

1. L2交易提交：Rollup提交的时候，使用Blob-carrying交易，将Rollup数据存储在Blob中。Blob-carrying交易的payload是rlp([tx_payload_body, blobs, commitments, proofs]) ，其中
   • tx_payload_body - 是标准 EIP-2718 blob 交易的 TransactionPayloadBody。
   • blobs - Blob 列表。一个交易最多包含两个blob。
   • commitments - Blob的KZG承诺列表。
   • proofs - Blob和对应KZG承诺的证明列表。这个证明是会被ETH节点所验证的。
2. 调整欺诈证明：
   • 首先，证明者和挑战者需要多轮交互等方式找到争议点。
   • 然后将争议点提交到L1上做判定。适配EIP4844则有可能还需要证明这个争议点的数据存储在某个Blob上。
   • 由于Blob数据大约18天后会被删除，因此挑战期必须在被删除之前，这一点现在的optimistic rollups都是满足的。一般挑战期不超过7天。

ZK Rollups适配EIP4844

ZK rollup是通过ZKP来证明L2状态转换是正确的。ZK rollup适配EIP4844相对optimistic rollup来说更复杂。

1. L2交易提交：这一步Optimistic Rollup是相似的。

2. ZK证明提交：与适配前的ZK Rollup相比，除了做状态转换的ZKP证明以外，还需要多证明一个过程。即证明blob commitment和transaction batch是对应的，从而保证状态转换证明的输入是正确的。

   打个比方：状态转换的ZK电路能生成计算过程a + a = b的证明。当（a=1,b=2）和（a=2,b=4）时生成的ZKP都是合法的。因此我还需要提供一个证明，证明我当时提供的输入是（a=1,b=2）而不是（a=2,b=4）。

   这一点在适配EIP4844之前是不需要做的，因为数据就直接存储在Calldata中可以直接读取，确保了输入不会被调包。用了EIP4844后，Blob数据无法直接读取，只能通过一个新的电路来证明这一点。

   用STARK的ZK rollup(如Starknet)更容易实现这种证明机制。而这对于用SNARK的ZK rollup是存在挑战的，原因是：EIP4844的blob commitment使用的椭圆曲线是BLS12-381，而ETH的预编译合约只支持了BN254，由于曲线不同，导致我们难以直接在智能合约中验证blob commitment完成证明。

3. 用SNARK的zkEVM/zkVM需要解决第2点中提到的由于曲线不匹配无法生成ZK证明的问题。

   • 等待Ethereum支持BLS12-381的预编译合约。这会很漫长。
   • 采取另一种证明方式来证明。要设计新的电路，必须用预编译合约所支持的BN254椭圆曲线。目前，我们看到Morph采用了这个方法。这也使得Morph成为第一个完成EIP4844适配的zkEVM。

Morph 的 EIP-4844 zkEVM 集成解决方案请参见：https://medium.com/@morphlayer2/morphs-solution-to-eip-4844-zkevm-integration-7f469910478f

四、有哪些L2适配了EIP4844？

Optimistic rollup中，Optimism和Arbitrum已表示致力于采用 EIP-4844，并与其社区密切合作来测试和部署必要的更新。Arbitrum属于Stage 1的Rollup， 安全性相对较好。涉及到需要将欺诈证明适配EIP4844的问题。Optimistic rollup属于是Stage 0的Rollup，目前还没有欺诈证明，适配起来更容易，但安全性不够高。

ZK rollup中，使用STRAK和SNARK的rollup适配难度是不同的。用STARK的rollup适配EIP4844更简单，Starknet是其中的代表。Starknet发表了文章表示坎昆升级后会实施对EIP4844的适配(文章链接)。用SNARK的rollup，zkSync也在探索如何利用携带 blob 的交易来进一步降低成本并提高性能。Scroll则是在去年发表了一篇文章介绍了适配EIP4844的思路（文章链接）

最令人映像深刻的是Morph, 他是一个Optimistic ZK Rollup，率先发布了zkEVM适配EIP4844的方案，可以说是第一个完成EIP4844的zkEVM  Rollup。

Optimistic ZK Rollup结合了两类Rollup的优势。它乐观地相信Sequencer提交的执行结果，允许对结果产生怀疑的人发起挑战。只有在发起挑战时，证明者才会生成ZKP来证明执行结果的正确性。它拥有Optimistic rollup的效率，又拥有ZK rollup的ZK证明的可靠性。