以太坊的 Rollup 存在中心化問題:深入探討去中心化排序器

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 的主要作用是爲用戶提供低成本交易的安全場所,然後將交易數據提交到上層第一層(L1)。

• 排序器是負責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,然後生成壓縮的有序交易批次提交到父 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。然而,使用以太坊基礎層進行排序可能效率較低且成本高昂。因此,目前主要的 L2 rollup 項目都選擇運行中心化排序器,這更方便、成本更低、對用戶更友好。

• 由於排序器控制交易排序,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,存在有效性問題。

• 解決方案是共享、去中心化的排序器。除了解決審查、MEV 提取和有效性等問題外,共享排序器還引入了跨 rollup 功能,開啓了各種新的可能性。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,排序器這一經常被忽視的方面變得日益重要。排序器負責交易排序,通過使用排序器,rollup 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 項目都發現,運行自己的中心化排序器最爲方便、用戶友好且成本更低。考慮到排序器在交易審查、MEV 提取和單點故障等方面的權力,這可能被視爲不符合加密貨幣精神的不理想結果。

雖然大多數加密項目都將排序器去中心化作爲路線圖的一部分,但對如何實現去中心化還沒有達成共識。值得注意的是,Arbitrum 和 Optimism 自 2021 年下半年以來就已推出了解決方案,但在去中心化排序器方面尚未取得實質性進展。

本報告將深入研究排序器的作用和以太坊 rollup 領域的現狀,探討正在開發解決方案的項目,特別是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。最初這些交易數據是無序和無組織的。經過排序後,可以將其組織成區塊並執行,以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上層 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,排序器是有權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,然後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。排序器還會在收到用戶交易後立即提供一個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 層之後收到的。

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 交易類似於使用"快車道",意味着更低的費用和更快的交易確認。排序器可將成百上千筆 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 交易能爲用戶提供快速的區塊確認。

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,以太坊的基礎層可能相對低效且昂貴,特別是考慮到 L2 交易量很大。這意味着,目前每個主要的 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,它有權不將用戶交易納入其中(盡管用戶可以直接向 L1 提交交易)。排序器還可以從交易中提取 MEV,可能對用戶羣造成經濟損失。如果只有一個排序器,中心化風險更大。如果唯一的排序器出現故障,整個 rollup 都會受到影響,存在有效性問題。

MEV 的相關性

MEV 指的是從區塊生產中獲得的超出基本挖礦(或質押)獎勵和 gas 費的額外價值。它是通過操縱區塊內的交易順序來提取的價值,如前置運行和三明治攻擊。

由於排序器可以了解鏈外的所有用戶交易,並且通常由項目本身或附屬團隊運行,許多用戶擔心潛在的 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 都依賴中心化排序器。隨着越來越多的以太坊交易轉移到 L2 上,大量交易都會受到以唯一排序器爲形式的中心化力量的影響。

大多數 L2 項目都已將排序器去中心化作爲路線圖的一部分。然而,Arbitrum 和 Optimism 自 2021 年末就已推出解決方案,但在去中心化排序器方面尚未取得實質性進展。

大多數頂級項目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。這在競爭激烈的環境中可以理解,但隨着網路的成熟,人們的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,但它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(只要願意支付額外費用)。排序器可能導致交易延遲和用戶承擔額外費用,但無法完全審查。這可能是大型 L2 項目不太關注去中心化排序器的原因之一。

也許更大的問題在於有效性。如果唯一的中心化排序器出現問題,整個 rollup 都會受到影響。雖然用戶仍可直接訪問 L1 完成交易,但這並不持久,也不適用於大多數交易。

鑑於加密貨幣的基本理念之一是避免依賴唯一的中心化提供商,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 市場帶來的關鍵改進之一。

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,但基本理念是相同的。"共享"指多個 rollup 可以使用同一個網路,來自多個 rollup 的交易在排序前會被聚合在一個內存池中。"去中心化"指採用領導者輪換機制,從一組去中心化的行爲者中選出領導者進行排序。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:

• 去中心化即服務:共享排序器解決方案爲多個 rollup 提供去中心化服務,無需自行建立網路。這是一個主要優勢,因爲目前還沒有任何項目對排序器進行去中心化,說明這並非易事。

• 跨 rollup 可組合性:由於處理多個 rollup 的交易排序,共享排序器可以提供獨特的互操作性保證,如有條件的交易包含,開啓新的可能性。

以下是幾個主要的共享排序器項目:

Espresso

Espresso Systems 致力於構建將 Web3 引入主流的工具,特別關注 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、低延遲的交易排序和數據可用性。它在 rollup 和底層 L1 之間充當中間件網路,設計與虛擬機無關。

核心是 HotShot 共識協議,基於 HotStuff 協議並結合多項最新發展。HotShot 是開放的、無權限的,採用 PoS 安全模型,旨在擴展到包括所有以太坊驗證者。

Espresso 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。這有兩個關鍵原因:

1. 安全性:利用以太坊驗證器可以達到自身難以實現的安全性和去中心化水平。
2. 激勵一致:讓以太坊驗證者參與運行 L2 rollup 所用的協議是合理的。

Espresso 將通過與 EigenLayer 合作來實現這種合作關係。EigenLayer 允許用戶在多個協議中質押以太坊,從而將經濟安全性擴展到以太坊之外。

Espresso 還使用 Tiramisu 數據可用性解決方案來解決高昂的 L1 數據成本問題。Tiramisu 包括三層:Savoiardi(抗賄賂層)、Mascarpone(高效數據恢復)和 Cocoa(可選的內容交付網路)。

Espresso 已宣布多項合作,包括與 Polygon zkEVM、Injective、AltLayer、Caldera 和 Spire 的集成。他們已推出 Americano 和 Doppio 測試網,並發布了白皮書和性能基準。

Astria

Astria 正在建立一個共享排序器網路,同時開發 Astria EVM。他們的網路允許多個 rollup 共享一個去中心化的排序器