以太坊的Rollup是中心化的:探索去中心化排序器

1. 要点

• 交易排序已成为第二层(L2)领域日益严重的问题。L2 rollup主要为用户提供低成本交易场所,然后将交易数据提交给以太坊等第一层(L1)。

• 排序器负责将交易排序成组。它们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,然后发送到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,目前所有主要的L2 rollup项目都发现运行中心化排序器更方便、成本更低。

• 排序器控制交易排序,因此有审查交易的权力。它们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。

• 解决方案是共享、去中心化排序器。这不仅可以解决审查、MEV提取和可用性问题,还可以实现跨rollup功能。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,排序器这个经常被忽视的环节日益重要。排序器负责交易排序,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项目都采用了中心化排序器,这可能被视为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列入路线图,但对如何实现还没有真正的共识。值得注意的是,Arbitrum和Optimism自2021年下半年以来在去中心化排序器方面并未取得实质性进展。

本报告将深入研究排序器的作用和以太坊rollup空间的现状,探讨正在开发解决方案的项目,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。这些交易数据最初是无序的,经过排序后才能组织成区块并执行,创建区块链的新状态。对于以太坊等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,排序器负责将交易排序成组。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,然后可以放入区块并发送到L1。排序器还向用户提供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"快车道",意味着更低的费用和更快的交易确认。排序器可以将数百上千笔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交易能够快速确认。

重要的是,rollup并不需要排序器;这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,以太坊基础层可能相对低效和昂贵,特别是考虑到L2交易量很大。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、更便宜、更易于用户使用。

鉴于排序器控制着交易排序,它们理论上有权不将用户交易纳入其中。排序器还可以从交易组中提取MEV,这可能对用户群造成经济损失。如果只有一个排序器,中心化风险就会更大。在这种情况下,如果唯一的排序器出现故障,整个rollup都会受到影响。

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,但它可以延迟用户的交易,导致用户支付额外的gas费,并从用户的交易中获取价值。

MEV的相关性

MEV指的是从区块生产中获得的价值,超出了常规的区块奖励和gas费。它是通过操纵区块内的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。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,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项目都依赖于中心化排序器。随着越来越多的以太坊交易转移到L2上,尽管以太坊的验证器集是去中心化的,但大量交易似乎都受到以唯一排序器为形式的中心化力量的影响。

不出所料,这些公司大多已将排序器去中心化列入路线图。然而,我们应该注意到,Arbitrum和Optimism自2021年末就推出了自己的解决方案,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,而不是专注于去中心化。这在某种程度上是可以理解的,因为在竞争激烈的环境中,在拥有有竞争力的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。然而,随着网络公司的成熟,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

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,可以排除用户交易和提取MEV,但它们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。这可能是一些大型L2公司不太专注于去中心化排序器的原因之一。

也许,更大的问题在于实时性。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。

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"指的是多个不同的rollup可以使用同一个网络。"去中心化"指的是领导者轮换的概念,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的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。

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:

1. 去中心化即服务:共享排序器解决方案为任意数量的rollup提供排序器去中心化服务。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实时性,而无需自行建立该网络。

2. 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。

许多项目都在研究共享排序解决方案。我们将在下文中重点介绍几个及其战略。

Espresso

Espresso Systems致力于构建将Web3引入主流的工具,尤其关注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、低延迟的交易订单和数据可用性。它的设计与虚拟机无关,可用于非以太坊虚拟机,也可用于zk虚拟机和乐观虚拟机。

排序器的核心是共识协议HotShot。HotShot以HotStuff共识协议为基础,结合了多个不同领域的最新发展成果。HotShot是开放的、无权限的,它将参与排序器网络的权力下放,在提供高吞吐量和快速最终结果的同时,还保证了安全性和有效性。

Espresso Systems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。这种设置有两个关键原因:

1. 安全性:通过使用与以太坊相同的验证器,排序器可以达到自身很难达到的安全性、有效性和去中心化水平。

2. 激励一致:从概念上讲,让以太坊L1验证者参与运行以太坊L2 rollup所运行的协议是合理的。

Espresso将寻求通过重置合约,特别是与EigenLayer建立这种合作关系。通过EigenLayer重定价,用户可以在多个协议中质押他们的以太坊和以太坊流动性质押代币,从而将经济安全性扩展到以太坊本身之外。

Espresso还使用其高效的Tiramisu数据可用性解决方案来解决区块空间稀缺和交易费用高昂的问题。Tiramisu有三个层次:Savoiardi、Mascarpone和Cocoa,共同确保向需要数据的各方提供数据。

Espresso Systems在设计其协议时考虑到了灵活性和模块化,使用其排序器的rollup设备如果不想使用Tiramisu,也可以使用任何其他数据可用性解决方案。

Espresso已经宣布了多个合作伙伴关系,包括EigenLayer、Polygon zkEVM、Injective、AltLayer、Caldera和Spire。

Astria

Astria正在建立一个共享排序器网络,也是率先淘汰中心化排序器的主要公司之一。同时,他们还在开发Astria EVM,这将是由其共享排序器网络提供支持的首款rollup。

Astria的共享排序器网络允许多个不同的