Rollup 2.0：去中心化排序器之爭

2023-10-05 16:10:12

原文作者&來源： helloyyy

一、前言

時光飛逝，據 Optimism 發幣已過去一年有余，據 Arbitrum 發幣也已過去將近半年；發幣僅是它們萬裏長徵的第一步，在此期間，Optimism 實現了 Bedrock 升級、推出了通用的模塊化 L2 堆棧 OP Stack , 基於此誕生了 Base 等明星 Rollup；Arbitrum 致力於探索 L3 推動 Arbitrum Orbit 的應用。

Rollup 賽道在兩位巨人的引領下，整個賽道的 TVL 一度突破 100 億美元，目前穩定在 100 億美元上下。Rollup 作為以太坊“招牌”的擴容解決方案被津津樂道的背後，它們仍然存在非抗審查、中心化的屬性。主流的 Rollup 鏈普遍由官方運行中心化的排序器，雖然 Arbitrum, Optimism, StarkNet 等 Rollup 項目把排序器的去中心化列入路线圖中，但均處於規劃中短期內尚未實現的狀態。去中心化排序器作為 Rollup 去中心化最重要的一塊拼圖，對 Rollup 本身而言具有非常重要的战略地位，也是民之所向。

二、Rollup 的交易費用

了解什么是排序器之前，先來聊聊 Rollup 交易費用的組成。Rollup 的交易費用即用戶在 Arbitrum 等 L2 交易產生的 gas 費。

主要由 2 部分組成：

1）L2 執行費用

2）L1 數據費用

L2 執行費用：交易在 L2 執行的成本（每筆在 L2 鏈上發起的交易都要支付一筆執行費）

交易燃氣價格 = L2 基礎費用 + L2 優先費用

L2 執行費用 = 交易燃氣價格 * L2 燃氣使用量

L1 數據費用：將 L2 交易發布到 L1 的成本。通常情況下，L1 數據費用要高於 L2 執行費用。

L2 交易費用 = L2 執行費用 + L1 數據費用

排序器的淨收入 = L2 的交易費用收入 - 排序器運營成本 - L1 數據費用

項目方運營的中心化排序器擁有一定程度上的定價權（比如 L2 執行費用收高一點、L1 數據費用收高一點），這也是為什么幾個知名 Rollup 項目方賺得盆滿鉢滿的原因。

什么是排序器？

排序器，顧名思義，即負責交易排序的角色。在比特幣網絡，交易排序的職責由礦工負責；以太坊由節點集合負責，它們均不是固定的角色，而是更具共識機制來確定誰有權參與順序執行。

目前主流的 Rollup 均運行中心化的單一排序器。用戶在 L2 的交易進入 mem 池（此時 mem 池中的交易是無序狀態），排序器將交易排序、壓縮成一組有序的批次，然後發送到以太坊的 DA 層。

Rollup 必須要排序器嗎？

答案是否定的。Rollup 上的交易完全可以繞過排序器提交給 L1 基礎層，由 L1 來負責排序和結算，但也將面臨較高的 gas 消耗和較長的交易確認時間。

Rollup 排序器類似於使用了「快車道」，把成百上千筆 L2 交易壓縮聚合成單筆 L1 交易，從而極大地降低了 gas 成本。這也是目前主流的 Rollup 都運行中心化排序器的原因，為用戶提供更低的 gas, 更快的交易確認，從而改善用戶交易體驗。

三、中心化排序器 vs. 去中心化排序器

中心化！

中心化的優勢非常明顯，想怎么給交易排序就怎么排，不需要換人排序，也不需要對排序的結果達成共識。也就意味着擁有非常快的交易確認速度，用戶的體驗感更好；但中心化也賦予了排序器對交易排序極大的自主權，它可以肆意對交易進行排序，以最大化自己的套利機會，攫取 MEV 價值，延遲用戶交易甚至完全審查用戶。

排序器可以在單一區塊內通過改變交易排序攫取 MEV 價值；危害更大的是，由於排序器控制着連續多個區塊的排序，很容易執行跨區塊 MEV，從而造成規模更大的攻擊。

上述情況都屬於排序器主動作惡，有些錯誤並非排序器有意為之，但仍然損害了用戶的體驗和權益。打個比方，排序器不小心把一筆已經花費的代幣交易重新包含在軟承諾中，然後發送給 L1 驗證，可能存在交易遲遲無法得到確認的情況；又如單一的排序器掉线了，導致二層無法正常出塊，網絡長時間宕機。

魚和熊掌不可兼得，但 Rollup 性能的優化絕不能以犧牲去中心化和抗審查為代價。

去中心化？

如果中心化是 1 ，那么去中心化就是多。不同去中心化排序器方案的實現路徑有差異，但它們的核心理念是一致的，就是權力下放。

排序器不再擁有中心化對交易排序至高無上的權利，負責排序的角色基於特定的選舉機制從一組排序器集合中選出，並進行固定周期的輪換。

去中心化杜絕了排序器源源不斷地攫取 MEV，也防止了單一排序器審查用戶的交易。加之對應的作惡懲罰機制，也能有效地規範排序器的行為。

四、去中心化排序器賽道概覽

繞了這么久，終於進入正題了。去中心化排序器，一種是 Rollup 項目方自己做，另一種是借助第三方實現。借助第三方實現去中心化排序器，其實也可以稱之為 Sequencing-as-a-Service，排序即服務。

Espresso、 Astria 、SUAVE、 Radius 等項目都專注於去中心化排序器方案，它們的實現路徑各不相同。

1. Espresso

Espresso Systems 早期是一家專注於隱私解決方案的服務商， 2022 年 3 月宣布獲得由 Electric Capital , 紅杉， Blockchain Capital 參投的近 3000 萬美元的 A 輪融資。Espresso Systems 目前基本轉型做 Espresso Sequencer，專門為 Rollup 提供去中心化排序器的服務。

L2 交易在 Espresso 排序器的排序機制下，大體經歷的生命周期如下：

1）用戶在二層發生的交易發送到 Rollup 服務器（API）；

2）交易進入 mem 池，排序器（通過 HotShot 共識選舉）將交易排序並包含在一個區塊中；

3）排序器將交易廣播，經由其他節點達成 HotShot 共識後出塊，交易被執行；軟承諾提供快速交易確認；

4）排序器將包含交易的區塊承諾附帶共識證書（QC: Quorum Certificate）發送並存儲在 L1 排序器合約中（證明該區塊通過共識達成軟最終性）；

5）已執行該區塊的 Rollup 節點將新的 Rollup 狀態發送到 L1（此時 zkRU 需要附帶有效性證明，ORU 打开挑战期）；

6）L1 Rollup 合約通過驗證排序器合約發送來的 QC 檢查狀態更新的有效性。

這個流程看起來晦澀難懂，簡單理解就是：

HotShot 共識在一群排序器集合中選出其中之一，由它負責 Rollup 交易的排序並把交易包含在一個區塊中；這個區塊必須經由其他的 Rollup 節點籤署達成共識（2/3 以上 HotShot 節點同意）才具有「最終性」，然後相關的區塊承諾和新的 Rollup 狀態根才提交給 L1 基礎層做驗證。

上面的「最終性」帶了引號，這個帶引號的「最終性」和不帶引號的最終性不是一個概念。帶引號的「最終性」是為了讓 Rollup 的交易更快地確認，延遲少，用戶的體驗更好；但 Rollup 的交易最終還是要 L1 基礎層去做驗證（zkRU 要驗證有效性證明，ORU 要等待挑战期結束），驗證 Rollup 提交的交易沒問題的情況下，這時 Rollup 的交易才具有真正的最終性。

也就意味着：如果 L1 基礎層驗證交易是無效的話，相關的已出塊的 L2 區塊就會面臨回滾。所以，「最終性」是為了讓交易快速確認，最終性是為了繼承以太坊的安全性。

Espresso + EigenLayer

Espresso 基於 HotShot 共識解決了排序器輪換問題和交易「最終性」的確定問題，通過引入 EigenLayer 解決排序器的准入問題。

EigenLayer 的再質押機制使以太坊的質押者同時成為 Espresso 排序器成為可能，為 HotShot 共識提供安全保障。簡言之，以太坊的節點質押者可以通過 EigenLayer 的再質押機制成為 Espresso Sequencer(ESQ)，以太坊質押者在獲得 PoS 節點收益的同時，也捕獲了二層 MEV 的價值。

ETH 持有者的潛在收益 = 原生網絡的節點獎勵 + L2 EVM + 其他 PoS 鏈的節點獎勵（使用 EigenLayer 再質押機制），三重 buff 極大賦能了 ETH。

Espresso 作為通用類的去中心化排序器解決方案，生態合作項目除 EigenLayer 外，還包括 Arbitrum, OP Stack, Caldera , AltLayer 等一衆明星模塊化項目。

2. Astria

Astria 的定位是通用、無需許可的去中心化排序器，為不同 Rollup 提供了开箱即用的共享排序器服務。融資方面，Astria 在 2023 年 4 月宣布完成由 Maven 11 領投的 550 萬美元種子輪融資，跟投機構包括 1 k(x), Delphi Digital, Lemniscap , Robot Ventures 等。雖然融資規模不大，但機構陣容非常華麗。

運行機制

Astria 去中心化排序器的運行機制和 Espresso Sequencer 大同小異，目的都是通過把交易排序權利下放來弱化排序者的特權。具體來看：

針對排序器的輪換，Astria 提出了 2 種輪換機制：簡單的領導者輪換（Leader Rotation）和拜佔庭容錯（BFT）共識算法。

1）領導者輪換

通過選舉的排序器組成一個集合，排序器集合輪流對 Rollup 交易進行排序。這種方式杜絕了單一排序器長時間持續壟斷交易的排序權，一定程度上解決了對用戶持續審查的問題。

2）BFT 共識算法

跟領導者輪換機制類似，輪到的排序器有權負責交易排序，但排序器集合中必須有 2/3 及以上成員需要就這個排序達成共識。

兩種方法各有優缺點：前者交易確認速度更快，實現快速出塊，效率接近於中心化排序器。但折衷點是仍然很難約束輪到的排序器不去作惡；採用 BFT 共識作惡的概率更小，需要集合中 2/3 的排序器投票達成共識才出塊。但需要一定的時間進行共識投票，造成了網絡延遲的問題。

3. SUAVE

SUAVE 是 Flashbots 構建的去中心化、即插即用的共享排序器解決方案，作為通用類方案，SUAVE 能為任意 L1/ L2 提供內存池和去中心化區塊構建。SUAVE 與前述共享排序器設計的不同之處在於，SUAVE Chain 本身是一條 EVM 兼容鏈，通過區塊“競標”的方式實現交易排序。

SUAVE 架構

SUAVE 的架構由 3 大核心組件構成：通用偏好環境、最佳執行市場和去中心化區塊構建。

1）偏好環境

偏好覆蓋範圍廣泛，從簡單的交易到復雜的事件。用戶的偏好以交易的形式反映在 mempool 中，偏好環境作為一個公共的 mempool 將偏好匯聚在一起。SUAVE 提供的通用偏好環境使多鏈的用戶偏好公开透明，消除了信息差，在一定程度上解決了跨鏈 MEV 的問題。

2）執行市場

執行市場是由執行者參與的網絡，執行者負責監聽 SUAVE memepool 並相互競爭，競爭驅動它們為用戶偏好提供最佳的執行。可以理解為所有的執行者通過“競標”的方式去實現用戶的偏好，將用戶交易產生的 MEV 盡可能多地返還給用戶。

3）去中心化區塊構建

最後，依據收集到的偏好和最佳的執行路徑，去中心化區塊構建網絡將它們包含在區塊中。至此實現交易發現、交易排序、出塊的全流程。

4.Radius

Radius 的定位是一個無需信任的共享排序層。與前述方案的實現機制均不同，Radius 通過啓用加密 mempool, 確保 Rollup 交易被無需信任地排序，從而消除有效的 MEV 和用戶交易審查。

融資方面，Radius 於 2023 年 6 月宣布完成由 Hashed 領投的 170 萬美元 Pre-seed 輪融資，跟投機構包括 Superscrypt , LambdaClass 和 Crypto.com 。

Espresso, Astria 等基於共識機制的去中心化排序器在一定程度上降低了 MEV 和審查風險，但是以犧牲網絡可擴展性和時間效率為代價的，帶來了一定的交易確認延遲（需要就交易排序達成共識）。此外，雖然交易排序處在一個去中心化的環境中，由於 mempool 的相關交易是透明的，排序器仍然有作惡的空間攫取 MEV. Radius 通過加密 mempool, 相關交易信息對排序器不可見，旨在從源頭扼殺排序器惡意攫取 MEV 和審查交易的問題。

技術架構

Radius 技術架構可分為以下 4 大功能層級：排序層（Radius）、執行層（Rollup）、結算層和數據可用性層。

1）排序層

1. 用戶提交加密交易和證明給排序器；

2.排序器驗證證明並驗證交易；

3.排序器對交易進行排序，在此之前無法解密交易；

4.排序器構建一個區塊；

5.排序器將區塊提交給 Rollup 執行。

2）執行層

1. Rollup 接收來自排序器的區塊，並按照提供的順序執行交易；

2.Rollup 將交易狀態和狀態證明提交給結算層。

3）結算層

1. 結算層接收來自 Rollup 的狀態和狀態證明，負責驗證證明並確定交易的最終性；

2.排序層驗證執行是否與順序匹配。

4）數據可用性層

數據可用性層存儲數據並確保數據可用。

mempool 的加密機制 - PVDE

Radius 採用基於零知識證明的加密方案「實用可驗證延遲加密」（PVDE）來創建加密 mempool。

具體流程如下：

當用戶向排序器提交交易時：

1.用戶生成一個時間鎖謎題和一個對稱密鑰；

2.用戶使用對稱密鑰對交易進行加密，加密後的交易進入 mempool；

3.排序器對加密交易進行排序，排序器需要解鎖時間鎖謎題才能獲得解密密鑰；

4.排序器在解鎖時間鎖謎題前計算訂單承諾，並將承諾提交的結算層（用於驗證排序器按順序將交易提交給了 Rollup）。

排序器的去中心化方案

加密 mempool 確保了排序器的無需信任，但單點故障風險仍然存在。如果運行單一排序器 + 加密 mempool, 排序器故障會導致網絡宕機。為了解決這個問題，Radius 提出了多種去中心化排序器實現方案，包括祕密領導者選舉機制、排序器組分片機制等。

當然，Radius 也可以選擇參考 Espresso 和 Astria 的排序器輪換機制，同時實現交易排序的去中心化和無需信任。

區塊空間優化

Radius 通過區塊空間優化，旨在實現既保護用戶又最大化 Rollup 利潤的目標。Rollup 採用先到先服務（FCFS）的排序機制，優點是能有效防止 MEV, 弊端是必須犧牲區塊空間拍賣的潛在利潤。

為了解決上述交易排序的兩難困境，Radius 通過將區塊空間劃分為頂部塊空間和底部塊空間 2 部分：

其中頂部塊空間專用於用戶交易，將用戶交易加密，消除交易排序操縱，從而保護用戶免受有害 MEV 和審查風險；底部區塊引入一個基於拍賣的交易市場，套利者可以將捆綁交易和它們的出價提交給排序器，排序器會選擇出價最高的捆綁交易包含在區塊中，這種方法能夠使 Rollup 利潤最大化。

以上就是目前主流的通用去中心化排序器解決方案。對於 Rollup 而言，面臨着運行中心化排序器還是去中心化排序器？集成第三方通用排序器方案還是自己實現去中心化？採用哪種技術實現方案實現交易排序的去中心化？等多個維度的利弊權衡。

五、Rollup 間的博弈

權衡 1: 是否去中心化？

Optimism, Arbitrum, zkSync, Base 等幾大主流 Rollup 靠運行中心化排序器賺得盆滿鉢滿，去中心化將交易排序的權利下放必然涉及分潤。在不考慮 Rollup 賽道愈發激烈的競爭格局的前提下，誰也不愿意把這份到手的香餑餑分出去。但假設有 Rollup 率先啓動去中心化排序器，這或許是一個巨大的流量入口，在 Rollup 細分賽道中形成示範效應，從而倒逼其他 Rollup 項目將其排序器去中心化。

權衡 2: 集成通用第三方 vs. 內部專用解決方案

排序器實現去中心化的路徑總體而言就 2 種：一種是別人做好的拿過來用；另一種是自己下場幹。像 Espresso, Astria 等第三方能夠為 Rollup 提供开箱即用的去中心化排序器服務，那么 Rollup 本身就能繼續專注於產品差異化和優化性能，提高自身的核心競爭力；此外，集成通用類的去中心化排序器方案也更利於實現互操作性，帶來包括跨 Rollup 套利等更多的可能性。而此方案的弊端可能在於無法對 Rollup 本身的原生代幣進行有效的賦能。

Rollup 如果採用內部專用解決方案實現去中心化排序器，這是最耗時且昂貴的方案，但確實實現 Rollup 原生代幣賦能的最行之有效的方式。如 StarkNet 的項目方可以要求用戶質押協議原生代幣成為排序器集合參與 Rollup 的交易排序，並收取一定的服務費用，從而實現價值的累積。

權衡 3: 採用哪種技術實現方案實現去中心化排序？

如前所述，實現去中心化交易排序的技術實現方案有很多，包括但不限於基於不同的共識機制、FCFS、區塊競價、加密 mempool 等方案。每種技術實現方案各有優缺點：基於共識機制將受限於時間效率、加密 mempool 無法實現 Rollup 利潤最大化等，當然也可以參考 Astria 融合 2 種不同的技術實現方案。各種不同技術實現方案間的權衡點是所有 Rollup 項目需要深思熟慮的問題。