以太坊的 Rollup 存在中心化问题:深入探讨去中心化排序器

1. 要点

• 交易排序已成为第二层(L2)领域日益严重的问题。L2 rollup 的主要作用是为用户提供低成本交易的安全场所,然后将交易数据提交到上层第一层(L1)。

• 排序器是负责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,然后生成压缩的有序交易批次提交到父 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。然而,使用以太坊基础层进行排序可能效率较低且成本高昂。因此,目前主要的 L2 rollup 项目都选择运行中心化排序器,这更方便、成本更低、对用户更友好。

• 由于排序器控制交易排序,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),可能对用户造成经济损失。此外,如果唯一的中心化排序器宕机,整个 rollup 都会受到影响,存在有效性问题。

• 解决方案是共享、去中心化的排序器。除了解决审查、MEV 提取和有效性等问题外,共享排序器还引入了跨 rollup 功能,开启了各种新的可能性。Espresso、Astria 和 Radius 等项目正在开发创新的共享排序解决方案。

2. 简介

随着以太坊 L2 rollup 生态系统的普及,排序器这一经常被忽视的方面变得日益重要。排序器负责交易排序,通过使用排序器,rollup 可以提供更好的用户体验、更低的费用和更快的交易确认。然而,目前所有主要的以太坊 L2 项目都发现,运行自己的中心化排序器最为方便、用户友好且成本更低。考虑到排序器在交易审查、MEV 提取和单点故障等方面的权力,这可能被视为不符合加密货币精神的不理想结果。

虽然大多数加密项目都将排序器去中心化作为路线图的一部分,但对如何实现去中心化还没有达成共识。值得注意的是,Arbitrum 和 Optimism 自 2021 年下半年以来就已推出了解决方案,但在去中心化排序器方面尚未取得实质性进展。

本报告将深入研究排序器的作用和以太坊 rollup 领域的现状,探讨正在开发解决方案的项目,特别是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 领域的未来发展可能意味着什么。

3. 什么是排序器?

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

在以太坊最流行的可扩展性解决方案 - L2 rollup 中,交易排序已成为一个日益严重的问题。L2 rollup 为用户提供执行层,然后将交易数据提交给上层 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 中,排序器是有权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,然后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。排序器还会在收到用户交易后立即提供一个近乎即时的收据作为"软确认"。而"硬确认"是在交易被发送到 L1 层之后收到的。

为什么 Rollup 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",意味着更低的费用和更快的交易确认。排序器可将成百上千笔 L2 交易压缩成单笔 L1 交易,从而节省 gas 费。此外,排序器提供的软确认使 rollup 交易能为用户提供快速的区块确认。

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,以太坊的基础层可能相对低效且昂贵,特别是考虑到 L2 交易量很大。这意味着,目前每个主要的 L2 项目都发现,运行中心化排序器更方便、更便宜、更易于用户使用。

鉴于排序器控制着交易排序,它有权不将用户交易纳入其中(尽管用户可以直接向 L1 提交交易)。排序器还可以从交易中提取 MEV,可能对用户群造成经济损失。如果只有一个排序器,中心化风险更大。如果唯一的排序器出现故障,整个 rollup 都会受到影响,存在有效性问题。

MEV 的相关性

MEV 指的是从区块生产中获得的超出基本挖矿(或质押)奖励和 gas 费的额外价值。它是通过操纵区块内的交易顺序来提取的价值,如前置运行和三明治攻击。

由于排序器可以了解链外的所有用户交易,并且通常由项目本身或附属团队运行,许多用户担心潜在的 MEV 提取。即使没有这些顾虑,中心化排序器也会影响协议的不可信和去中心化程度。

排序器市场现状

目前所有主要的以太坊 L2 都依赖中心化排序器。随着越来越多的以太坊交易转移到 L2 上,大量交易都会受到以唯一排序器为形式的中心化力量的影响。

大多数 L2 项目都已将排序器去中心化作为路线图的一部分。然而,Arbitrum 和 Optimism 自 2021 年末就已推出解决方案,但在去中心化排序器方面尚未取得实质性进展。

大多数顶级项目似乎都将资源用于改进核心产品和功能,而不是专注于去中心化。这在竞争激烈的环境中可以理解,但随着网络的成熟,人们的讨论正迅速转向排序器去中心化和提高可信度。

其他问题

关于依赖中心化排序器所带来的风险程度存在一些讨论。

虽然排序器控制交易排序,但它最终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(只要愿意支付额外费用)。排序器可能导致交易延迟和用户承担额外费用,但无法完全审查。这可能是大型 L2 项目不太关注去中心化排序器的原因之一。

也许更大的问题在于有效性。如果唯一的中心化排序器出现问题,整个 rollup 都会受到影响。虽然用户仍可直接访问 L1 完成交易,但这并不持久,也不适用于大多数交易。

鉴于加密货币的基本理念之一是避免依赖唯一的中心化提供商,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 市场带来的关键改进之一。

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,但基本理念是相同的。"共享"指多个 rollup 可以使用同一个网络,来自多个 rollup 的交易在排序前会被聚合在一个内存池中。"去中心化"指采用领导者轮换机制,从一组去中心化的行为者中选出领导者进行排序。这有助于防止审查,并提供有效性保证。

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。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为多个 rollup 提供去中心化服务,无需自行建立网络。这是一个主要优势,因为目前还没有任何项目对排序器进行去中心化,说明这并非易事。

• 跨 rollup 可组合性:由于处理多个 rollup 的交易排序,共享排序器可以提供独特的互操作性保证,如有条件的交易包含,开启新的可能性。

以下是几个主要的共享排序器项目:

Espresso

Espresso Systems 致力于构建将 Web3 引入主流的工具,特别关注 L2 rollup 和以太坊生态系统。

Espresso 排序器是一个去中心化共享排序网络,旨在去中心化 rollup,同时提供安全、高吞吐量、低延迟的交易排序和数据可用性。它在 rollup 和底层 L1 之间充当中间件网络,设计与虚拟机无关。

核心是 HotShot 共识协议,基于 HotStuff 协议并结合多项最新发展。HotShot 是开放的、无权限的,采用 PoS 安全模型,旨在扩展到包括所有以太坊验证者。

Espresso 试图通过使用以太坊现有的验证器集,为其排序器实现以太坊级别的安全性。这有两个关键原因:

1. 安全性:利用以太坊验证器可以达到自身难以实现的安全性和去中心化水平。
2. 激励一致:让以太坊验证者参与运行 L2 rollup 所用的协议是合理的。

Espresso 将通过与 EigenLayer 合作来实现这种合作关系。EigenLayer 允许用户在多个协议中质押以太坊,从而将经济安全性扩展到以太坊之外。

Espresso 还使用 Tiramisu 数据可用性解决方案来解决高昂的 L1 数据成本问题。Tiramisu 包括三层:Savoiardi(抗贿赂层)、Mascarpone(高效数据恢复)和 Cocoa(可选的内容交付网络)。

Espresso 已宣布多项合作,包括与 Polygon zkEVM、Injective、AltLayer、Caldera 和 Spire 的集成。他们已推出 Americano 和 Doppio 测试网,并发布了白皮书和性能基准。

Astria

Astria 正在建立一个共享排序器网络,同时开发 Astria EVM。他们的网络允许多个 rollup 共享一个去中心化的排序器