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級第一層（"L1"）,如以太坊的 Arbitrum、Optimism、zkSync 等。

• 排序器是有權將這些交易排序成組的實體。排序器接收用戶的無序交易,在鏈外將其處理成組,然後生成一批壓縮的有序交易。這些交易可被放入區塊並發送到父 L1。

• Rollups 實際上不需要排序器;這只是一種設計上的選擇,目的是以更低的費用和更快的交易確認速度爲用戶帶來更好的體驗。例如,rollup 可以使用以太坊基礎層來進行排序。然而,以太坊的基礎層可能相對低效和昂貴。這意味着,迄今爲止,每一個主要的 L2 rollup 項目都發現,運行一個中心化排序器更方便、更便宜,而且對用戶更友好。

• 由於排序器控制着交易的排序,因此它有權審查用戶交易。排序器還可以提取最大可提取值（"MEV"）,這可能會對用戶羣造成經濟損失。此外,有效性也可能是一個大問題,即如果唯一的中心化排序器宕機,那麼用戶將無法使用該排序器,整個 rollup 都會受到影響。

• 問題的解決方案是共享、去中心化排序器。共享排序器本質上是爲 rollup 提供去中心化服務。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 的功能,開啓了各種新的可能性。Espresso、Astria 和 Radius 正在開發創新的共享排序解決方案,它們在各自的架構中具有各種獨特的功能。

2. 簡介

隨着以太坊 L2 rollup 生態系統的不斷普及,一個經常被忽視的方面就是排序器。排序器負責交易排序,通過 rollup 使用排序器,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,問題在於,迄今爲止,所有主要的以太坊 L2 公司都發現,運行自己唯一的中心化排序器最爲方便、用戶友好且成本更低。考慮到排序器在交易審查、MEV 提取和創建單點故障（即有效性問題）方面所擁有的權力,這可能會被視爲一種不可取的結果,也不符合加密貨幣的精神。

雖然大多數加密貨幣公司都已經解決了各自排序器的去中心化問題,並將其作爲路線圖的一部分,但對於如何實現去中心化還沒有達成真正的共識。我們還應該注意到,Arbitrum 和 Optimism 自 2021 年下半年以來都已推出了自己的解決方案,可以說,它們在去中心化排序器方面還沒有取得實質性進展。

在本報告中,我們將仔細研究排序器的作用和以太坊 rollup 空間的現狀。然後,我們深入探討了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。我們還思考了這對以太坊 L2 rollup 領域的未來發展可能意味着什麼。

3. 什麼是排序器？

退一步說,區塊鏈是一個分布式數據帳本,由按區塊排序的帶有時間戳的交易數據組成。最初,這些交易數據是無序和無組織的。在經過排序後,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第一層（"L1"）區塊鏈,這種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------Layer-2 （"L2"）rollup 層中,交易排序已成爲一個日益嚴重的問題。請記住,rollups 的主要作用是爲用戶提供一個安全的廉價交易場所。簡單來說,L2 rollup 爲用戶提供執行層,然後將其交易數據提交給上級 L1,即以太坊的 Arbitrum、Optimism、zkSync 等。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,排序器是有權將交易排序成組的實體。排序器接收用戶的無序交易,在鏈外將其處理成組,然後生成一批壓縮的有序交易。然後,這些交易可被放入區塊並發送到父 L1。成批的交易還可以在數據可用性（"DA"）層（通常是以太坊,用於當前的大多數 rollup）上使用。它還向用戶提供軟承諾,即在收到用戶的交易後,排序器會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 Rollups 要使用排序器,爲什麼它是一個問題？

從根本上說,排序器有一個非常明確的目標:改善用戶體驗。使用排序器進行 L2 交易類似於使用 "快車道",這意味着費用更低,交易確認更快。事實上,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意味着 rollup 交易能夠爲用戶提供快速的區塊確認。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,就像大多數 rollup 使用以太坊 L1 來提高數據可用性一樣,它們也可以使用它來進行排序。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。從本質上講,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交易確認延遲。這意味着,迄今爲止,每一個主要的 L2 擴展項目都發現,運行一個中心化排序器更方便、更便宜、更易於用戶使用。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 支付交易 gas 費,而且交易可能需要更長的時間才能最終完成。這在很大程度上違背了利用 L2 rollup 執行交易的初衷。

鑑於排序器控制着交易的排序,理論上它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,這可能會對用戶羣造成經濟損失。如果只有一個排序器,就像目前所有主要 rollup 交易的情況一樣,中心化的風險就會更大。在這種情況下,有效性可能會成爲一個問題,即如果唯一的排序器出現故障,那麼整個 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 在這裏尤爲重要。MEV 指的是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。例如,提取 MEV 的常見形式包括前置運行和三明治攻擊。

鑑於排序器在 L2 rollup 中扮演的角色,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,例如 OP Mainnet 的樂觀基金會和 Arbitrum One 和 Nova 的 Arbitrum 基金會,許多用戶擔心他們無法看到潛在的 MEV 抽取。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對用戶造成影響。這些協議的可信度和去中心化肯定會受到質疑。

排序器市場現狀

在撰寫本文時,所有主要的以太坊 L2 版本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 解決方案上,盡管以太坊的驗證器集本身是去中心化的,但似乎大量的交易（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的影響。

不出所料,這些公司中的大多數都已經解決了各自排序器的去中心化問題,並將其作爲路線圖的一部分。雖然這是一個積極的信號,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 年末就已推出了自己的解決方案,可以說,它們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其核心產品和功能,而不是專注於權力下放。這並不完全是一種批評,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,這在某種程度上是可以理解的。然而,隨着網路公司的成熟,這種觀點正在發生變化,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

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,由於排序器控制着交易的排序,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（只要他們樂意並願意支付增加的 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 仍是一個問題,尤其是像 OP Mainnet 這樣的私有 mempool。

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。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