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Layer領域日益嚴重的問題。L2 rollup的主要作用是爲廉價交易提供安全場所,爲用戶提供執行層,然後將交易數據提交給上級L1。

• 排序器是將交易排序成組的實體。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批次,然後發送到父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。它們也可以使用基礎層來排序,但以太坊基礎層效率較低且昂貴。目前每個主要L2 rollup項目都發現,運行中心化排序器更方便、便宜、用戶友好。

• 由於排序器控制交易順序,它有權審查用戶交易(盡管完全審查不太可能)。排序器還可以提取最大可提取價值(MEV),可能給用戶造成經濟損失。有效性也是個問題,如果唯一的中心化排序器宕機,整個rollup都會受影響。

• 解決方案是共享、去中心化排序器。共享排序器爲rollup提供去中心化服務。除解決審查、MEV提取和有效性問題外,還引入了跨rollup功能,開啓新的可能性。Espresso、Astria和Radius正在開發創新的共享排序解決方案,各自架構中具有獨特功能。

2. 簡介

隨着以太坊L2 rollup生態系統普及,排序器這個常被忽視的方面顯得越來越重要。排序器負責交易排序,可提供更好的用戶體驗、更低費用和更快確認。但問題在於,目前所有主要以太坊L2公司都發現運行自己唯一的中心化排序器最爲方便、用戶友好且成本低。考慮到排序器在交易審查、MEV提取和單點故障方面的權力,這可能被視爲不可取的結果,也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作爲路線圖一部分,但對如何實現還沒有真正共識。值得注意的是,Arbitrum和Optimism自2021年下半年以來推出解決方案,但在去中心化排序器方面進展不大。

本報告將深入研究排序器的作用和以太坊rollup空間現狀,探討正在研究解決方案的項目,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領域的未來發展意味着什麼。

3. 什麼是排序器?

區塊鏈是由按區塊排序的帶時間戳的交易數據組成的分布式數據帳本。最初這些交易數據是無序和無組織的。經過排序後,可以組織成區塊並執行,創建區塊鏈的新狀態。對於像以太坊這樣的L1區塊鏈,交易排序發生在以太坊基礎層本身。

在以太坊最受歡迎的可擴展性解決方案L2 rollup層中,交易排序已成爲日益嚴重的問題。L2 rollup爲用戶提供執行層,然後將交易數據提交給上級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世界中,排序器是將交易排序成組的實體。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批次。這些交易可被放入區塊並發送到父L1。成批交易還可以在數據可用性(DA)層(通常是以太坊)上使用。排序器還向用戶提供近乎即時的"軟確認"收據。而"硬確認"是在交易被發送到L1層之後收到的。

爲什麼Rollups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交易類似於使用"快車道",意味着費用更低,交易確認更快。排序器可將成百上千筆L2交易批量壓縮成單筆L1交易,從而節省gas費。此外,排序器提供的軟確認使rollup交易能夠爲用戶提供快速區塊確認。這種組合有助於改善用戶使用L2 rollup的體驗。

重要的是要記住,rollup並不需要排序器;它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,以太坊的基礎層很可能相對低效和昂貴,特別是考慮到L2交易量很大。rollup的交易吞吐量將受到以太坊L1數據排序率的限制。用戶還將經歷與在以太坊上交易相同的確認延遲。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、便宜、用戶友好。雖然L2用戶可以直接向L1提交交易以繞過排序器,但他們必須向L1支付gas費,而且交易可能需要更長時間才能最終完成。這在很大程度上違背了利用L2 rollup執行交易的初衷。

鑑於排序器控制交易順序,理論上它有權不將用戶交易納入其中(不過,用戶可以直接向L1提交交易)。排序器還可以從交易組中提取MEV,可能給用戶羣造成經濟損失。如果只有一個排序器,中心化風險就更大。在這種情況下,有效性可能成爲問題,如果唯一排序器出現故障,整個rollup都會受到影響。多排序器設置可以降低這種風險。

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,但它可以延遲用戶交易,導致用戶支付額外gas費,並從用戶交易中獲取價值。

MEV的相關性

MEV指從區塊生產中獲得的價值,超出了一階採礦(或質押)區塊獎勵和gas費。它是通過操縱區塊內的交易,即通過納入、排除和改變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。此外,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,隨着項目運行自己的中心化排序器,這些協議的不可信和去中心化程度也會受到質疑。

排序器市場現狀

目前,所有主要的以太坊L2版本都依賴中心化排序器。隨着越來越多以太坊交易轉移到L2解決方案上,盡管以太坊的驗證器集本身是去中心化的,但大量交易(即那些在L2上的交易)都會受到以唯一排序器爲形式的中心化力量影響。

不出所料,這些公司中的大多數都已經將各自排序器的去中心化作爲路線圖的一部分。雖然這是積極信號,表明去中心化是L2願景的一部分,但我們應該注意到,Arbitrum和Optimism自2021年末就已推出解決方案,可以說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,而不是專注於權力下放。這並不完全是批評,因爲在競爭激烈環境中,在擁有有競爭力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,這在某種程度上可以理解。然而,隨着網路公司成熟,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

值得強調的是,關於依賴中心化排序器所帶來的風險程度存在一些討論。

如上所述,由於排序器控制交易排序,它們可以排除用戶交易,也可以提取MEV。然而,排序器最終也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。在此之前,沒有任何一家大型L2公司極其專注於去中心化其排序器,這很可能就是原因之一。盡管如此,排序器重新排序交易以提取MEV仍是個問題,尤其是像OP Mainnet這樣的私有mempool。

也許,更大的問題在於有效性。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。請記住,使用L2 rollup的全部意義在於節省交易成本。鑑於加密貨幣背後的基本理念之一是防止依賴唯一的中心化提供商(就像在傳統金融領域一樣),排序器中心化顯然是一個亟待解決的重要問題,也是共享排序器將爲L2 rollup市場帶來的關鍵解鎖之一。

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,但取代唯一中心化排序器的基本理念是相同的。這裏的"共享"指多個不同rollup可以使用同一網路,來自多個rollup的交易在排序之前會被聚合在一個內存池中(有助於減少MEV提取和審查的可能性)。"去中心化"指領導者輪換的概念,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。

這與各種不同L1使用領導者輪換機制的運作方式非常相似。事實上,構建去中心化排序層與構建去中心化L1類似,即需要構建驗證器集。不同項目採取了不同方法來滿足這一要求。

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,即解決中心化排序器所面臨的問題。此外,還有兩點值得注意:

• 去中心化即服務:共享排序器解決方案旨在爲任意數量的rollup提供排序器去中心化服務。然後,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有效性,而無需自行建立該網路。鑑於這可能是一個非常昂貴和耗時的過程,這是共享排序器網路的一個主要賣點。請記住,目前還沒有任何一家公司對其排序器進行去中心化,而且它們中的大多數都有足夠的資金來這樣做,這意味着這並不是一個完全微不足道的問題。如果Astria或Espresso這樣的公司能夠提供開箱即用的排序器去中心化服務,那麼rollup公司就可以繼續專注於差異化和優化性能,從而更好地服務於不同用戶。

• 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。