以太坊的Rollup是中心化的:探索去中心化排序器

1. 要点

• 交易排序已成为Layer 2领域日益严重的问题。L2 rollup的主要作用是为廉价交易提供安全场所,为用户提供执行层,然后将交易数据提交给上级L1。

• 排序器是将交易排序成组的实体。它接收用户的无序交易,在链外处理成组,生成压缩的有序交易批次,然后发送到父L1。

• Rollup实际上不需要排序器,这只是为了给用户带来更好体验的设计选择。它们也可以使用基础层来排序,但以太坊基础层效率较低且昂贵。目前每个主要L2 rollup项目都发现,运行中心化排序器更方便、便宜、用户友好。

• 由于排序器控制交易顺序,它有权审查用户交易(尽管完全审查不太可能)。排序器还可以提取最大可提取价值(MEV),可能给用户造成经济损失。有效性也是个问题,如果唯一的中心化排序器宕机,整个rollup都会受影响。

• 解决方案是共享、去中心化排序器。共享排序器为rollup提供去中心化服务。除解决审查、MEV提取和有效性问题外,还引入了跨rollup功能,开启新的可能性。Espresso、Astria和Radius正在开发创新的共享排序解决方案,各自架构中具有独特功能。

2. 简介

随着以太坊L2 rollup生态系统普及,排序器这个常被忽视的方面显得越来越重要。排序器负责交易排序,可提供更好的用户体验、更低费用和更快确认。但问题在于,目前所有主要以太坊L2公司都发现运行自己唯一的中心化排序器最为方便、用户友好且成本低。考虑到排序器在交易审查、MEV提取和单点故障方面的权力,这可能被视为不可取的结果,也不符合加密货币精神。

虽然大多数公司都将排序器去中心化作为路线图一部分,但对如何实现还没有真正共识。值得注意的是,Arbitrum和Optimism自2021年下半年以来推出解决方案,但在去中心化排序器方面进展不大。

本报告将深入研究排序器的作用和以太坊rollup空间现状,探讨正在研究解决方案的项目,即去中心化的共享排序网络。我们将详细介绍这些项目及其解决方案的独特之处,并思考这对以太坊L2 rollup领域的未来发展意味着什么。

3. 什么是排序器?

区块链是由按区块排序的带时间戳的交易数据组成的分布式数据账本。最初这些交易数据是无序和无组织的。经过排序后,可以组织成区块并执行,创建区块链的新状态。对于像以太坊这样的L1区块链,交易排序发生在以太坊基础层本身。

在以太坊最受欢迎的可扩展性解决方案L2 rollup层中,交易排序已成为日益严重的问题。L2 rollup为用户提供执行层,然后将交易数据提交给上级L1。提交给L1的单批交易通常包含数百或数千个压缩的L2交易,从而降低了向L1发送数据的成本。

在L2 rollup世界中,排序器是将交易排序成组的实体。它接收用户的无序交易,在链外处理成组,生成压缩的有序交易批次。这些交易可被放入区块并发送到父L1。成批交易还可以在数据可用性(DA)层(通常是以太坊)上使用。排序器还向用户提供近乎即时的"软确认"收据。而"硬确认"是在交易被发送到L1层之后收到的。

为什么Rollups要使用排序器,为什么它是一个问题?

排序器的根本目标是改善用户体验。使用排序器进行L2交易类似于使用"快车道",意味着费用更低,交易确认更快。排序器可将成百上千笔L2交易批量压缩成单笔L1交易,从而节省gas费。此外,排序器提供的软确认使rollup交易能够为用户提供快速区块确认。这种组合有助于改善用户使用L2 rollup的体验。

重要的是要记住,rollup并不需要排序器;它只是为了更好的用户体验而做出的设计选择。例如,rollup也可以使用以太坊L1来进行排序。然而,以太坊的基础层很可能相对低效和昂贵,特别是考虑到L2交易量很大。rollup的交易吞吐量将受到以太坊L1数据排序率的限制。用户还将经历与在以太坊上交易相同的确认延迟。这意味着,迄今为止,每个主要的L2项目都发现,运行中心化排序器更方便、便宜、用户友好。虽然L2用户可以直接向L1提交交易以绕过排序器,但他们必须向L1支付gas费,而且交易可能需要更长时间才能最终完成。这在很大程度上违背了利用L2 rollup执行交易的初衷。

鉴于排序器控制交易顺序,理论上它有权不将用户交易纳入其中(不过,用户可以直接向L1提交交易)。排序器还可以从交易组中提取MEV,可能给用户群造成经济损失。如果只有一个排序器,中心化风险就更大。在这种情况下,有效性可能成为问题,如果唯一排序器出现故障,整个rollup都会受到影响。多排序器设置可以降低这种风险。

通过这种设置,排序器可被视为用户的半信任方。虽然排序器不能阻止用户使用L2,但它可以延迟用户交易,导致用户支付额外gas费,并从用户交易中获取价值。

MEV的相关性

MEV指从区块生产中获得的价值,超出了一阶采矿(或质押)区块奖励和gas费。它是通过操纵区块内的交易,即通过纳入、排除和改变交易顺序来提取的价值。常见形式包括前置运行和三明治攻击。

鉴于排序器在L2 rollup中的角色,它们可以了解链外的所有用户交易。此外,由于这些排序器通常由项目本身或附属团队运行,许多用户担心无法看到潜在的MEV提取。即使没有这些顾虑,随着项目运行自己的中心化排序器,这些协议的不可信和去中心化程度也会受到质疑。

排序器市场现状

目前,所有主要的以太坊L2版本都依赖中心化排序器。随着越来越多以太坊交易转移到L2解决方案上,尽管以太坊的验证器集本身是去中心化的,但大量交易(即那些在L2上的交易)都会受到以唯一排序器为形式的中心化力量影响。

不出所料,这些公司中的大多数都已经将各自排序器的去中心化作为路线图的一部分。虽然这是积极信号,表明去中心化是L2愿景的一部分,但我们应该注意到,Arbitrum和Optimism自2021年末就已推出解决方案,可以说在去中心化排序器方面尚未取得实质性进展。

大多数顶级公司似乎都将资源用于改进核心产品和功能,而不是专注于权力下放。这并不完全是批评,因为在竞争激烈环境中,在拥有有竞争力产品之前就专注于去中心化并不符合任何公司的最佳利益,这在某种程度上可以理解。然而,随着网络公司成熟,这种观点正在发生变化,讨论正迅速转向排序器去中心化和提高可信度。

其他问题

值得强调的是,关于依赖中心化排序器所带来的风险程度存在一些讨论。

如上所述,由于排序器控制交易排序,它们可以排除用户交易,也可以提取MEV。然而,排序器最终也无法将用户完全排除在rollup交易之外。用户可以绕过排序器,直接向L1提交交易(只要愿意支付增加的gas成本)。虽然行为不当的排序器可能会导致交易延迟和用户承担额外费用,但它最终无法完全审查。在此之前,没有任何一家大型L2公司极其专注于去中心化其排序器,这很可能就是原因之一。尽管如此,排序器重新排序交易以提取MEV仍是个问题,尤其是像OP Mainnet这样的私有mempool。

也许,更大的问题在于有效性。鉴于主要的rollup程序都在运行唯一的中心化排序器,如果这些排序器出现问题,整个rollup程序都会受到不利影响。虽然用户仍然可以通过直接访问L1来完成交易,但这并不是一个特别持久的方法,而且不太可能对大多数交易起作用。请记住,使用L2 rollup的全部意义在于节省交易成本。鉴于加密货币背后的基本理念之一是防止依赖唯一的中心化提供商(就像在传统金融领域一样),排序器中心化显然是一个亟待解决的重要问题,也是共享排序器将为L2 rollup市场带来的关键解锁之一。

4. 解决方案:去中心化共享排序器

概述

解决上述问题的新方案是去中心化共享排序器。虽然不同项目的解决方案各不相同,但取代唯一中心化排序器的基本理念是相同的。这里的"共享"指多个不同rollup可以使用同一网络,来自多个rollup的交易在排序之前会被聚合在一个内存池中(有助于减少MEV提取和审查的可能性)。"去中心化"指领导者轮换的概念,即并不总是由单个行为者对所有交易进行排序,而是从一组去中心化行为者中选出领导者。这有助于防止审查,并提供有效性保证。

这与各种不同L1使用领导者轮换机制的运作方式非常相似。事实上,构建去中心化排序层与构建去中心化L1类似,即需要构建验证器集。不同项目采取了不同方法来满足这一要求。

共享排序器旨在缓解MEV提取问题,提供抗审查能力,并提高rollup的有效性保证,即解决中心化排序器所面临的问题。此外,还有两点值得注意:

• 去中心化即服务:共享排序器解决方案旨在为任意数量的rollup提供排序器去中心化服务。然后,所有这些rollup都将受益于去中心化网络所能提供的抗审查性和有效性,而无需自行建立该网络。鉴于这可能是一个非常昂贵和耗时的过程,这是共享排序器网络的一个主要卖点。请记住,目前还没有任何一家公司对其排序器进行去中心化,而且它们中的大多数都有足够的资金来这样做,这意味着这并不是一个完全微不足道的问题。如果Astria或Espresso这样的公司能够提供开箱即用的排序器去中心化服务,那么rollup公司就可以继续专注于差异化和优化性能,从而更好地服务于不同用户。

• 跨rollup可组合性:由于这些共享排序器解决方案旨在处理多个rollup的交易排序,因此能够提供目前无法提供的独特互操作性保证。例如,用户应能指定,当且仅当Rollup 2上的不同交易也包含在同一区块中时,Rollup 1上的交易才能包含在该区块中。