以太坊的Rollup是中心化的:探索去中心化排序器

1. 要點

• 交易排序已成爲第二層(L2)領域日益嚴重的問題。L2 rollup主要爲用戶提供低成本交易場所,然後將交易數據提交給以太坊等第一層(L1)。

• 排序器負責將交易排序成組。它們接收用戶的無序交易,在鏈外處理成組,生成壓縮的有序交易,然後發送到L1。

• Rollup實際上不需要排序器;這只是爲了給用戶帶來更好體驗的設計選擇。然而,目前所有主要的L2 rollup項目都發現運行中心化排序器更方便、成本更低。

• 排序器控制交易排序,因此有審查交易的權力。它們還可以提取最大可提取價值(MEV),可能對用戶造成經濟損失。此外,如果唯一的中心化排序器宕機,整個rollup都會受到影響。

• 解決方案是共享、去中心化排序器。這不僅可以解決審查、MEV提取和可用性問題,還可以實現跨rollup功能。Espresso、Astria和Radius等項目正在開發創新的共享排序解決方案。

2. 簡介

隨着以太坊L2 rollup生態系統的普及,排序器這個經常被忽視的環節日益重要。排序器負責交易排序,可以提供更好的用戶體驗、更低的費用和更快的交易確認。然而,目前所有主要的以太坊L2項目都採用了中心化排序器,這可能被視爲不符合加密貨幣精神。

雖然大多數公司都將排序器去中心化列入路線圖,但對如何實現還沒有真正的共識。值得注意的是,Arbitrum和Optimism自2021年下半年以來在去中心化排序器方面並未取得實質性進展。

本報告將深入研究排序器的作用和以太坊rollup空間的現狀,探討正在開發解決方案的項目,即去中心化的共享排序網路。我們將詳細介紹這些項目及其解決方案的獨特之處,並思考這對以太坊L2 rollup領域的未來發展可能意味着什麼。

3. 什麼是排序器?

區塊鏈本質上是由按區塊排序的帶時間戳的交易數據組成的分布式帳本。這些交易數據最初是無序的,經過排序後才能組織成區塊並執行,創建區塊鏈的新狀態。對於以太坊等L1區塊鏈,交易排序發生在基礎層本身。

在以太坊最流行的可擴展性解決方案L2 rollup中,交易排序已成爲一個日益嚴重的問題。L2 rollup爲用戶提供執行層,然後將交易數據提交給L1。提交給L1的單批交易通常包含數百或數千個壓縮的L2交易,從而降低了向L1發送數據的成本。

在L2 rollup中,排序器負責將交易排序成組。它接收用戶的無序交易,在鏈外處理成組,生成壓縮的有序交易,然後可以放入區塊並發送到L1。排序器還向用戶提供近乎即時的收據作爲"軟確認"。而"硬確認"是在交易被發送到L1後收到的。

爲什麼Rollup要使用排序器,爲什麼它是一個問題?

排序器的根本目標是改善用戶體驗。使用排序器進行L2交易類似於"快車道",意味着更低的費用和更快的交易確認。排序器可以將數百上千筆L2交易壓縮成單筆L1交易,從而節省gas費。此外,排序器提供的軟確認使rollup交易能夠快速確認。

重要的是,rollup並不需要排序器;這只是爲了更好的用戶體驗而做出的設計選擇。例如,rollup也可以使用以太坊L1來進行排序。然而,以太坊基礎層可能相對低效和昂貴,特別是考慮到L2交易量很大。這意味着迄今爲止,每個主要的L2項目都發現運行中心化排序器更方便、更便宜、更易於用戶使用。

鑑於排序器控制着交易排序,它們理論上有權不將用戶交易納入其中。排序器還可以從交易組中提取MEV,這可能對用戶羣造成經濟損失。如果只有一個排序器,中心化風險就會更大。在這種情況下,如果唯一的排序器出現故障,整個rollup都會受到影響。

通過這種設置,排序器可被視爲用戶的半信任方。雖然排序器不能阻止用戶使用L2,但它可以延遲用戶的交易,導致用戶支付額外的gas費,並從用戶的交易中獲取價值。

MEV的相關性

MEV指的是從區塊生產中獲得的價值,超出了常規的區塊獎勵和gas費。它是通過操縱區塊內的交易順序來提取的價值。常見形式包括前置運行和三明治攻擊。

鑑於排序器在L2 rollup中的角色,它們可以了解鏈外的所有用戶交易。由於這些排序器通常由項目本身或附屬團隊運行,許多用戶擔心無法看到潛在的MEV提取。即使沒有這些顧慮,中心化排序器也會影響協議的不可信和去中心化程度。

排序器市場現狀

目前,所有主要的以太坊L2項目都依賴於中心化排序器。隨着越來越多的以太坊交易轉移到L2上,盡管以太坊的驗證器集是去中心化的,但大量交易似乎都受到以唯一排序器爲形式的中心化力量的影響。

不出所料,這些公司大多已將排序器去中心化列入路線圖。然而,我們應該注意到,Arbitrum和Optimism自2021年末就推出了自己的解決方案,但在去中心化排序器方面尚未取得實質性進展。

大多數頂級公司似乎都將資源用於改進核心產品和功能,而不是專注於去中心化。這在某種程度上是可以理解的,因爲在競爭激烈的環境中,在擁有有競爭力的產品之前就專注於去中心化並不符合任何公司的最佳利益。然而,隨着網路公司的成熟,這種觀點正在發生變化,討論正迅速轉向排序器去中心化和提高可信度。

其他問題

關於依賴中心化排序器所帶來的風險程度存在一些討論。

雖然排序器控制交易排序,可以排除用戶交易和提取MEV,但它們最終無法將用戶完全排除在rollup交易之外。用戶可以繞過排序器,直接向L1提交交易(只要願意支付增加的gas成本)。雖然行爲不當的排序器可能會導致交易延遲和用戶承擔額外費用,但它最終無法完全審查。這可能是一些大型L2公司不太專注於去中心化排序器的原因之一。

也許,更大的問題在於實時性。鑑於主要的rollup程序都在運行唯一的中心化排序器,如果這些排序器出現問題,整個rollup程序都會受到不利影響。雖然用戶仍然可以通過直接訪問L1來完成交易,但這並不是一個特別持久的方法,而且不太可能對大多數交易起作用。

4. 解決方案:去中心化共享排序器

概述

解決上述問題的新方案是去中心化共享排序器。雖然不同項目的解決方案各不相同,但基本理念是相同的。"共享"指的是多個不同的rollup可以使用同一個網路。"去中心化"指的是領導者輪換的概念,即並不總是由單個行爲者對所有交易進行排序,而是從一組去中心化的行爲者中選出領導者。這有助於防止審查,並提供有效性保證。

共享排序器旨在緩解MEV提取問題,提供抗審查能力,並提高rollup的有效性保證。此外還有兩點值得注意:

1. 去中心化即服務:共享排序器解決方案爲任意數量的rollup提供排序器去中心化服務。所有這些rollup都將受益於去中心化網路所能提供的抗審查性和實時性,而無需自行建立該網路。

2. 跨rollup可組合性:由於這些共享排序器解決方案旨在處理多個rollup的交易排序,因此能夠提供目前無法提供的獨特互操作性保證。例如,用戶應能指定,當且僅當Rollup 2上的不同交易也包含在同一區塊中時,Rollup 1上的交易才能包含在該區塊中。

許多項目都在研究共享排序解決方案。我們將在下文中重點介紹幾個及其戰略。

Espresso

Espresso Systems致力於構建將Web3引入主流的工具,尤其關注L2 rollup和以太坊生態系統。

Espresso排序器是一個去中心化共享排序網路,旨在去中心化rollup,同時提供安全、高吞吐量、低延遲的交易訂單和數據可用性。它的設計與虛擬機無關,可用於非以太坊虛擬機,也可用於zk虛擬機和樂觀虛擬機。

排序器的核心是共識協議HotShot。HotShot以HotStuff共識協議爲基礎,結合了多個不同領域的最新發展成果。HotShot是開放的、無權限的,它將參與排序器網路的權力下放,在提供高吞吐量和快速最終結果的同時,還保證了安全性和有效性。

Espresso Systems試圖通過使用以太坊現有的驗證器集,爲其排序器實現以太坊級別的安全性。這種設置有兩個關鍵原因:

1. 安全性:通過使用與以太坊相同的驗證器,排序器可以達到自身很難達到的安全性、有效性和去中心化水平。

2. 激勵一致:從概念上講,讓以太坊L1驗證者參與運行以太坊L2 rollup所運行的協議是合理的。

Espresso將尋求通過重置合約,特別是與EigenLayer建立這種合作關係。通過EigenLayer重定價,用戶可以在多個協議中質押他們的以太坊和以太坊流動性質押代幣,從而將經濟安全性擴展到以太坊本身之外。

Espresso還使用其高效的Tiramisu數據可用性解決方案來解決區塊空間稀缺和交易費用高昂的問題。Tiramisu有三個層次:Savoiardi、Mascarpone和Cocoa,共同確保向需要數據的各方提供數據。

Espresso Systems在設計其協議時考慮到了靈活性和模塊化,使用其排序器的rollup設備如果不想使用Tiramisu,也可以使用任何其他數據可用性解決方案。

Espresso已經宣布了多個合作夥伴關係,包括EigenLayer、Polygon zkEVM、Injective、AltLayer、Caldera和Spire。

Astria

Astria正在建立一個共享排序器網路,也是率先淘汰中心化排序器的主要公司之一。同時,他們還在開發Astria EVM,這將是由其共享排序器網路提供支持的首款rollup。

Astria的共享排序器網路允許多個不同的