共享排序器:模块化新范式

Layer2 Rollup 缺乏一套独立的去中心化经济体框架,放弃排序器其市场生态很难有做起来的可能性。即使要做去中心化排序器,那也大概率要么表面去中心化,将控制权掌握在运营商自己或者少部分人手里,要么要求用自身代币去质押,赋能代币实际功能去支撑币价

什么是排序器

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排序器(Sequencer)是目前以太坊 Layer2 Rollup 中的重要组件,它接收无序的交易并生成有序的交易批次。然后,这些交易批次可被放入区块并发送到数据可用层。在收到用户的交易后,排序器会提供一个近乎即时的收据作为「软确认」,而「硬确认」是在交易被发送到数据可用层之后收到的。

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主流的 Layer2 Rollup,例如 Arbitrum,Optimism,zkSync,StarkNet 及 Polygon zkEVM 都由运营商运行中心化的排序器,但是中心化的排序器有如下问题:

  1. 交易审查:排序器控制交易排序,因此可能不包括用户交易;
  2. MEV提取:排序器可以提取最大可提取价值,可能对用户不利;
  3. 单点问题:如果排序器出现故障,整个 Rollup 都会受到影响。

针对排序器中心化的问题,各个主流的 Layer2 Rollup 都把排序器的去中心化列入路线图中,但均处于规划中短期内尚未实现的状态,究其原因,排序器的去中心化并不是一个技术问题,而是一个经济学问题。

Layer2 Rollup 的经济学

Layer2 Rollup 有三个主要角色:用户、Rollup 运营商和基础层。他们运行的主要流程大致为:当用户在 L2 上进行交易,Rollup 运营商充当着用户和基础层之间的接口角色,并最终将数据发布到基础层,如下所示:

  1. 用户:在 Layer2 网络上发送他们的交易,并将他们在 Layer2 上的资产部署在 Rollup 上进行合约交互,并将支付费用流向 Rollup 运营商;
  2. Rollup 运营商:代表处理 Layer2 网络上的交易所需的所有基础设施,其中除了排序器外还有执行器(Executor)和验证者(Validator),对于 Optimistic Rollup,还有负责报告欺诈证明的挑战者(Challengers);
  3. 基础层:也可以理解为完整节点,其目的是保护 Rollup 的数据协议,用来处理和验证所有交易,确保 Rollup 状态正确并确保每笔交易的有效性,如发现错误交易并将其删除。

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Rollup 运营商成本包括维护一个交易池、序列批处理、计算状态根/状态差异/有效性证明等涉及到批量交易处理的排序、交易验证、区块生成等问题而产生的费用。而收入主要有两个来源:代币奖励及最大可提取价值(MEV) 。

MEV 在这里尤为重要,MEV 指的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超过标准代币奖励的价值,提取 MEV 的常见形式包括前置运行和三明治攻击。

因此 Rollup 运营商维持中心化排序器可能是最经济明智的选择,不过也有 Layer2 Rollup 是采用去中心化排序器的,例如 Metis。

Metis 将其去中心化 PoS 排序器作为主要宣传点。Metis 的排序器运营商和共识层节点运营商都需要质押一定数量的代币作为担保。如果有排序器在处理交易时出现不诚实行为,其他人可以提出挑战。如果挑战成功,该排序器将失去部分质押。

鉴于主流的 Layer2 Rollup 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。用户使用 Layer2 Rollup 的全部意义在于节省交易成本,而区块链背后的基本理念之一是防止依赖唯一的中心化提供商,排序器的中心化显然是一个亟待解决的重要问题。

共享排序器

解决上述问题的新方案是去中心化的共享排序器(Shared Sequencer)。「共享」指的是多个不同的 Layer2 Rollup 可以使用同一个排序器网络,也就是说,来自多个 Layer2 Rollup 的交易在排序之前会被聚合在一个内存池中。

共享排序器旨在缓解 MEV 提取问题,提供抗审查能力,并提高 Layer2 Rollup 的有效性保证。此外,还有两点值得注意:

  1. 模块化:排序器跟数据可用性一样是一个模块化的能力,可以将去中心化排序器的需求抽象成一种“商品”,这是一种基于模块化思想的讨巧做法,由于拥有成本低、快速高效等优势,势必会吸引一大批“一键发链”需求的 Layer2 Rollup。并且所有这些 Layer2 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。通过启用这种有条件的交易包含,共享排序器可以释放新的可能性,包括原子跨 Rollup 套利。

Espresso、Astria、SUAVE、Radius 等项目都专注于去中心化排序器方案,它们的实现路径各不相同。

Espresso

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Espresso Systems 早期是一家专注于隐私解决方案的服务商,2022 年 3 月宣布获得由 Electric Capital, 红杉,Blockchain Capital 参投的近 3000 万美元的 A 轮融资。Espresso Systems 目前基本转型做 Espresso Sequencer,专门为 Rollup 提供去中心化排序器的服务。

Espresso 基于 HotShot 共识解决了排序器轮换问题和交易「最终性」的确定问题,通过引入 EigenLayer 解决排序器的准入问题。

EigenLayer 的再质押机制使以太坊的质押者同时成为 Espresso 排序器成为可能,为 HotShot 共识提供安全保障。简言之,以太坊的节点质押者可以通过 EigenLayer 的再质押机制成为 Espresso Sequencer(ESQ),以太坊质押者在获得 PoS 节点收益的同时,也捕获了二层 MEV 的价值。

Espresso 作为通用类的去中心化排序器解决方案,生态合作项目除 EigenLayer 外,还包括 Arbitrum, OP Stack, Caldera, AltLayer 等一众明星模块化项目。

Astria

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Astria 的定位是通用、无需许可的去中心化排序器,为不同 Rollup 提供了开箱即用的共享排序器服务。融资方面,Astria 在 2023 年 4 月宣布完成由 Maven 11 领投的 550 万美元种子轮融资,跟投机构包括 1k(x), Delphi Digital, Lemniscap, Robot Ventures 等。虽然融资规模不大,但机构阵容非常华丽。

Astria 去中心化排序器的运行机制和 Espresso Sequencer 大同小异,目的都是通过把交易排序权利下放来弱化排序者的特权。具体来看:

针对排序器的轮换,Astria 提出了 2 种轮换机制:

  1. 简单的领导者轮换(Leader Rotation):通过选举的排序器组成一个集合,排序器集合轮流对 Rollup 交易进行排序。这种方式杜绝了单一排序器长时间持续垄断交易的排序权,一定程度上解决了对用户持续审查的问题;
  2. 拜占庭容错(BFT)共识算法:跟领导者轮换机制类似,轮到的排序器有权负责交易排序,但排序器集合中必须有 2/3 及以上成员需要就这个排序达成共识。

SUAVE

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SUAVE 是 Flashbots 构建的去中心化、即插即用的共享排序器解决方案,作为通用类方案,SUAVE 能为任意 L1/ L2 提供内存池和去中心化区块构建。SUAVE 与前述共享排序器设计的不同之处在于,SUAVE Chain 本身是一条 EVM 兼容链,通过区块“竞标”的方式实现交易排序。

SUAVE 的架构由 3 大核心组件构成:

  1. 通用偏好环境:偏好覆盖范围广泛,从简单的交易到复杂的事件。用户的偏好以交易的形式反映在 mempool 中,偏好环境作为一个公共的 mempool 将偏好汇聚在一起。SUAVE 提供的通用偏好环境使多链的用户偏好公开透明,消除了信息差,在一定程度上解决了跨链 MEV 的问题;
  2. 最佳执行市场:执行市场是由执行者参与的网络,执行者负责监听 SUAVE memepool 并相互竞争,竞争驱动它们为用户偏好提供最佳的执行。可以理解为所有的执行者通过“竞标”的方式去实现用户的偏好,将用户交易产生的 MEV 尽可能多地返还给用户;
  3. 去中心化区块构建:最后,依据收集到的偏好和最佳的执行路径,去中心化区块构建网络将它们包含在区块中。至此实现交易发现、交易排序、出块的全流程。

Radius

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Radius 的定位是一个无需信任的共享排序层。与前述方案的实现机制均不同,Radius 通过启用加密 mempool, 确保 Rollup 交易被无需信任地排序,从而消除有效的 MEV 和用户交易审查。

融资方面,Radius 于 2023 年 6 月宣布完成由 Hashed 领投的 170 万美元 Pre-seed 轮融资,跟投机构包括 Superscrypt, LambdaClass 和 Crypto.com。

Espresso, Astria 等基于共识机制的去中心化排序器在一定程度上降低了 MEV 和审查风险,但是以牺牲网络可扩展性和时间效率为代价的,带来了一定的交易确认延迟(需要就交易排序达成共识)。此外,虽然交易排序处在一个去中心化的环境中,由于 mempool 的相关交易是透明的,排序器仍然有作恶的空间攫取 MEV. Radius 通过加密 mempool, 相关交易信息对排序器不可见,旨在从源头扼杀排序器恶意攫取 MEV 和审查交易的问题。

Radius 采用基于零知识证明的加密方案「实用可验证延迟加密」(PVDE)来创建加密 mempool。加密 mempool 确保了排序器的无需信任,但单点故障风险仍然存在。如果运行单一排序器 + 加密 mempool, 排序器故障会导致网络宕机。为了解决这个问题,Radius 提出了多种去中心化排序器实现方案,包括秘密领导者选举机制、排序器组分片机制等。

MEV 的诱惑

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Astria,Espresso 和 SUAVE 都将 MEV 作为生态系统中的一环,甚至提供一些便利帮助 PBS架构的 MEV。而Radius则是通过加密交易来避免 MEV,但它也提到 MEV 是 builder 的重要动力,不可能完全去掉。

MEV 是市场的重要激励,主流 Layer2 Rollup 靠运行中心化排序器独占 MEV 赚得盆满钵满,去中心化将交易排序的权利下放必然涉及分润,这就存在一个悖论。

除非共享排序器能够在保护用户利益和保持系统生态激励之间找到一个平衡,换句话说,就是把利润让给用户本身,这或许是一个吸引用户的巨大流量入口,在 Layer2 Rollup 细分赛道中形成示范效应,从而倒逼其他 Layer2 Rollup 采用共享排序器。

总的来说,共享排序器模块化的范式给整个 Layer2 Rollup 生态降低了技术门槛,跨 Rollup 可组合性带来了更多想象空间,但它毕竟不同于数据可用层的外包,没有任何一个 Layer2 Rollup 的项目愿意将自己最核心的“收税”能力外包出去。

不过无论是在 Layer2 Rollup 领域还是在共享排序器领域,都会有许多新的参与者出现。一些主流 Layer2 Rollup 可能会倾向于创建自己的专有解决方案,而不是使用共享排序网络,而一些背景雄厚的共享排序器可能会吸引许多非主流 Layer2 Rollup,实现强大的网络效应,未来肯定会有新的变化。

写在最后

笔者来自蚂蚁链,也是一名以太坊上的开发者(最近也在学习 Solana 开发),平时喜欢看书和写作,所以也运营了一个 Web3 的公众号(公众号名:小猪Web3),主要聚焦 Web3 前沿技术和发展历程,所以在这里还是小小打一个广告,希望能在登链认识更多志同道合的朋友交流学习。

这一篇也是我公众号的一篇发表,探讨了一下 Layer2 Rollup 和 排序器的关系,归根到底还是 Layer2 Rollup 缺乏一套独立的去中心化经济体框架,放弃排序器其市场生态很难有做起来的可能性。即使要做去中心化排序器,那也大概率要么表面去中心化,将控制权掌握在运营商自己或者少部分人手里,要么要求用自身代币去质押,赋能代币实际功能去支撑币价。

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Web3朱大胆
Web3朱大胆
从百度到灯火阑珊处,从传统互联网转型区块链的程序员,目前在蚂蚁链负责区块链研发。 行业交流欢迎加WX:go15810306120