MT Capital 研報：去中心化排序器賽道拆解研究

2024-02-28 10:02:16

作者：Xinwei, Severin MT Capital

TL；DR

去中心化排序器作為一種新興技術，旨在通過去中心化的方式優化區塊鏈網絡的交易排序過程，以提高交易效率、降低成本，同時解決 MEV 問題。這一技術的發展標志着區塊鏈領域在追求更高性能和更強去中心化方面的進一步努力。
Metis 的“自營店”模式和 Espresso 的“外包模塊”方式展示了構建和維護去中心化排序器的兩種主要路徑。前者強調內部管理和運營的安全性和穩定性，後者則提供更多的靈活性和开放性，促進技術通用性和降低運營負擔。
去中心化排序器的發展預示着區塊鏈技術在網絡安全、抗審查能力、交易效率和成本、以及生態系統多樣性和互操作性方面的潛在進步。這些技術的進一步優化和創新，如批量處理和狀態通道，將提升L2平臺的性能，降低用戶成本，同時促進一個更开放和互聯的去中心化生態系統的形成。
盡管去中心化排序器面臨技術實現、網絡性能優化、治理模型設計等挑战，其在構建一個更高效、更安全、更开放的去中心化世界中的關鍵作用不容小覷。未來的發展將可能集中在研究更高效的共識機制、可擴展網絡架構以及开發用戶友好的接口和工具上，以滿足不斷增長的市場需求和用戶期望。

排序器介紹

排序器顧名思義即是對區塊鏈中原本無序的交易數據進行排序，從而將其組織為有序的區塊數據以供執行。每一個 L1 區塊鏈都有自己的排序系統，但對於 L2 而言，中心化的排序器已經成為了日益嚴重的問題。

對於 L2 而言，排序器並不是必要的。L2 也可以選擇使用 L1 的排序器。但出於成本和速度的考慮，L2 運行自己的排序器可以給用戶帶來更加低廉、便捷的用戶體驗。L2 運行自有的排序器可以將成百上千筆 L2 交易壓縮為單筆 L1 交易提交到 L1 上，從而大幅節省 Gas 費用。並且，用戶無需受到以太坊交易吞吐量的制約即可享受到 L2 排序器提供的快速軟確認體驗。因此，對於 L2 來說，運行自有的排序器也是提升用戶交互體驗的必然選擇。

排序器現狀

雖然 L2 運行自有的排序器可以很好地提升用戶體驗，但現如今，L2 排序器的中心化已經成為了不可忽視的問題。現如今，以太坊 L2 的鎖倉量已經達到了 2 2B，海量的 L2 也在不斷湧現，但幾乎所有 L2 的排序器都是中心化的，L2 依靠單一排序器決定 L2 上所有的交易排序。中心化的排序器面臨着諸多問題，例如單一排序器理論上有權不將用戶的交易納入其中、單一排序器可以不被限制地從交易中提取 MEV、單一排序器也面臨着抗審查的問題，並且，單一排序器也會面臨單點故障的風險。

source： https://l2 beat.com/scaling/summary

在解決 MEV 的復雜挑战時，rollup 面臨着維持用戶保護與盈利之間微妙的平衡。這一挑战涉及到如何防止前置交易和三明治攻擊等有害 MEV 行為，同時有效地利用區塊空間來實現收益。盡管傳統上 rollup 通過依賴單一操作員模型並採用先進先出（FIFO）順序來防護用戶免遭 MEV 影響，這種方式可能錯失區塊空間的收益機會，並忽視經濟動力在促進 rollup 穩定性和增長中的重要作用。同時，確保遵循 FIFO 原則並保持區塊排序的透明性也帶來了額外的操作挑战。此外，利用底層區塊空間作為收入來源，雖然有益可圖，但也引發了用戶的信任問題，他們必須信任操作員不會通過三明治攻擊等手段利用這一空間損害他們的利益，這可能會侵蝕交易的完整性和用戶的信任。

共享排序器為處理 MEV 問題提供了一個創新性解決方案，通過在區塊鏈網絡中引入一種更加安全和公平的交易排序機制，特別是針對以太坊的二層解決方案如 rollup，帶來顯著好處。它通過將 rollup 的區塊空間劃分為保護用戶交易的頂部區塊空間和允許構建者利用 MEV 的底部區塊空間，有效地平衡了網絡參與者的需求與利益。使用實用可驗證延遲加密（PVDE）技術，共享排序器確保用戶交易對惡意行為者不可見，從而防止了前置交易和三明治攻擊等有害 MEV 實踐。此外，通過允許在底部區塊空間進行有益的 MEV 活動，共享排序器為 rollup 生成收入的同時，保持了網絡的完整性和用戶的信任。這種機制不僅提高了交易的安全性和公平性，而且通過創新的收入生成方式，為區塊鏈網絡的可持續發展提供了支持。簡而言之，共享排序器通過其對 MEV 的獨特處理方式，為區塊鏈生態系統帶來了正面的變革，實現了保護用戶利益與促進網絡健康發展之間的平衡。

總的來說，中心化排序器的問題還是來自於單一節點組成的排序器權力與風險敞口太大，由多節點組成的去中心化排序器能夠很好地解決中心化排序器所面臨的問題。去中心化排序器能夠保證 L2 排序的穩健和有效性的同時還能帶來一些額外的好處。例如，以 Metis 為代表的去中心化排序器能夠進一步賦能代幣的同時實現收益分紅，共享排序器使得 L2 無需自建排序網絡，同時還可以為多個共享排序器的 L2 提供更加便捷的互操作性。長期來看，模塊化與 L2 的浪潮必將推動排序器的去中心化，去中心化排序器市場仍有巨大的市場空間。

source： https://joncharbonneau.substack.com/p/rollups-arent-real

去中心化排序器項目

Metis

Metis 的聯合創始人兼首席執行官 Elena Sinelnikova，之前一直致力於區塊鏈行業教育與布道，是教育性非營利組織 CryptoChicks 聯合創始人，CryptoChicks 目前是世界上最大的女性區塊鏈社區，成員遍布 56 個國家。Kevin Liu 是 Metis 的聯合創始人兼產品負責人，ZKM 的聯合創始人兼首席執行官，同時 Kevin 也是代幣經濟、DAO、DeFi 和區塊鏈治理的活躍研究者。

Metis 是率先提出並測試去中心化排序器的以太坊 L2。

Metis 將原本單一的排序器節點更改為了由衆多節點組成的排序器池，並通過隨機輪換的機制實現排序器的去中心化。

首先，Metis 的去中心化排序器網絡中會有一個 Admin 的角色。Admin 的指責就是管理去中心化排序器系統，包括將符合要求的排序器節點添加至 Sequencer List 白名單，設置單個節點的質押上限、區塊獎勵的釋放速度等等。

隨後，Metis 引入了節點質押機制。任意質押 2 w 枚 METIS 代幣的節點都可以成為排序器池的節點之一。排序器池中的節點有權看到交易池中的內容，被選中的排序器節點有權打包交易。

其次，Metis 引入了 PoS 的節點輪換機制。Metis 會每個節點的質押金額，結合哈希數值隨機掉落的方式隨機地選取區塊生產者。被選中的排序器節點則可以打包區塊交易。

緊接着，被打包好的交易 Batch 需要至少 2/3 的排序器籤名，該 Batch 才會被認為有效，從而被提交至 L1 中。排序器節點籤名的密鑰由 Metis 的 PoS 共識層管理，共識層會在排序器節點加入或退出網絡時進行多籤密鑰的生成、分片一級分發。

最後，為了防止排序器作惡，Metis 還會引入驗證者的角色對區塊進行隨機抽樣，檢查區塊內的交易次序是否正確等等。惡意做惡的節點會受到質押資金罰沒的懲罰。

source： https://www.metis.io/decentralized-sequencer

基於上述流程，Metis 得以構建出一套基於 PoS 網絡共識的去中心化排序器架構。質押 2 w 枚 METIS 即可成為排序器節點，使得排序器節點更加多樣，避免了排序器節點的單點故障、單點操控和惡意的 MEV 提取。節點輪換機制與多籤確認使得排序器節點的選擇更加公平，同時也可以一定程度上避免排序器節點做惡。驗證者的抽樣檢查與罰沒懲罰也能夠進一步減小節點惡意行為帶來的風險。

為了進一步激勵更多的節點參與到 Metis 的去中心化排序器網絡，Metis 還引入了額外的激勵機制。排序器節點成功出塊後，不僅能獲得原有排序器的 Gas 收入，還能獲得額外的 METIS 代幣排放獎勵。Metis 的激勵機制有可能會產生正向的增長飛輪。Metis 網絡交易活動的繁榮會帶動排序器節點收入的提高。排序器節點收入提高會吸引更多的用戶質押 METIS，成為排序器節點，捕獲排序器收入。流通中 METIS 的減少以及質押產生的對 METIS 需求的增加會進一步擡高 METIS 的市場價格。METIS 價格的擡高又會使得質押節點的資產價值升值，質押獎勵升值，從而對節點產生更大的吸引力，吸引更多的節點質押，形成飛輪閉環。

Metis 的 PoS 去中心化排序器網絡是 L2 實現去中心化排序器的首次嘗試。Metis 去中心化排序器的落地有望帶動其他 L2 推進其排序器的去中心化計劃。

Espresso Systems

Espresso 的團隊背景非常豪華，聯合創始人 Charles Lu 與 Ben Fisch 都是斯坦福大學計算機科學博士，團隊成員也曾就職於 Binance Labs、Coinbase、Google 等 Web2 與 Web3 頭部公司。此前，Espresso 也成功拿到了來自紅杉資本、Coinbase Ventures、Polychain、Robot Ventures 等頂級風投機構的 2300 萬美元融資。

Espresso 定位為 L1 與 L2 之間的中間件，將排序與執行解耦，旨在成為去中心化的共享排序器網絡，為不同的 L2 提供去中心化排序器服務。類似模塊化概念中的 DA 外包，Espresso 提供的服務更像是交易數據排序外包服務。與 DA 外包一樣，Espresso 提供的排序外包服務也與鏈、虛擬機無關，任意類型的 L2 都可以使用 Espresso 的排序服務。

用戶提交交易後，L2 通過接口向 Astria 提交交易數據。
Astria 的共享排序器會通過 ComeBFT PoS 共識網絡對交易定序達成共識並打包成塊。Astria 的共享排序器網絡使用 CometBFT 作為其共識算法。在網絡共識階段，提議者決定區塊的交易，並為每一個 Rollup 創建對該 Rollup 定序數據的承諾。隨後，網絡中的其他節點需要對其進行驗證、共識，形成最終確定。
交易數據排序完成後，Astria 的 Conductor 會針對每個定序的區塊，解析不同的 Rollup 所需要的數據，並對該批數據進行驗證，包括驗證區塊是否已最終確認、提取的 Rollup 數據是否完整、正確、並被正確排序等等。驗證完成後，Conductor 會將 Rollup 的定序數據轉化為事務列表，傳遞給 Rollup 的執行引擎進行執行。

source： https://docs.astria.org/docs/overview/why-decentralized-sequencers/

追求更快用戶體驗的 L2 可以通過讀取接口接受來自 Astria 的 soft commit 定序區塊，為用戶提供快速的區塊確認。L2 也可以通過 DA 層讀取 Astria 寫入的 hard commit 的定序區塊。

source： https://docs.astria.org/docs/overview/why-decentralized-sequencers/

Astria 的去中心化排序器網絡與 Espresso 的解決方案非常類似，二者都致力於為任意的 L2 提供解耦的去中心化排序服務。L2 可以通過外包排序服務進一步簡化 L2 的开發流程和運營成本，享受原子級的 L2 之間的可組合性。

Radius

Radius 專注於开發去信任化的共享排序層，旨在解決區塊鏈領域有害的 MEV 提取和審查制度的挑战。 Radius 已成功從 Hashed、Superscrypt、Lambdaclass (Ergodic Fund) 和 Crypto.com 等投資機構處獲得了 170 萬美元的 pre-seed 輪融資。

Radius 也旨在構建一個無需信任、抗審查的共享排序器網絡，並且相比 Espresso 與 Astria，Radius 最大的特點在於其能通過加密內存池有效地減少有害的 MEV。

Radius 共享排序器網絡的整體架構與主流的共享排序器網絡類似。用戶通過 Dapps 向排序器層提交經過加密的交易數據和證明。排序器驗證用戶提供的交易數據和證明，並將其打包排序。隨後，Rollup 再從排序器網絡接受定序區塊，按序執行事務，並將執行後的狀態與狀態證明提交至結算層。

source： https://docs.theradius.xyz/developer/architecture

有意思的是，Radius 引入了加密內存池以防止排序器提取有害的 MEV。用戶提交的交易會被加密，以加密數據的形式提交給排序器網絡。排序器對交易進行排序時無法獲得密鑰，無法解密查看每筆交易的具體內容。因此，排序器無法通過惡意排序、插入交易的方式提取 MEV。

source： https://www.binance.com/en/research/analysis/ethereums-rollups-are-centralized-a-look-into-decentralized-sequencers

Radius 將區塊空間劃分為了頂部空間和底部空間。頂部空間專用於用戶交易，通過加密內存池的方式有效地避免有害的 MEV。底部空間則為交易者引入了基於拍賣的开放市場，交易中可以創建交叉 Rollup 的良性 MEV 捆綁交易，例如良性的套利、清算等等。隨後，交易者將捆綁交易及出價提交給排序器，排序器則選出出價最高的捆綁交易，將其包含在區塊中，以此最大限度地提高 Rollup 地利潤，培育良性的 MEV 競爭市場。

對比 Espresso 與 Astria，Radius 有兩個顯著優勢。一是通過引入加密內存池和將區塊空間劃分為頂部空間與底部空間，Radius 可以有效地杜絕有害的 MEV 交易，培育良性的 MEV 競爭市場，最大化 Rollup 的利潤。二是加密內存池的引入使得單個排序器節點無法通過 MEV 作惡，因此，無需引入額外的共識機制來保障排序的正確性，這能夠極大地提高排序器網絡的最終確認速度和可拓展性。

SUAVE (Single Unifying Auction for Value Expression)

SUAVE 方案由 Flashbots 團隊提出，Flashbots 是一個致力於解決以太坊生態系統中 MEV 問題的先鋒團隊，由一群在計算機科學、數學、心理學和經濟學等多個領域具有深厚背景的專業人士組成。根據領英的資料，該團隊目前包括 28 名員工，他們的專業技能涵蓋了從 Python 編程、區塊鏈技術、機器學習到 C 語言等廣泛領域。

Flashbots 的創始團隊包括 Philip Daian 和 Stephane Gosselin，後者於 2022 年 10 月因與團隊在審查制度方面的分歧而離職。此外，Alex Obadia，另一位聯合創始人和頂級策略研究員，於 2023 年 6 月因個人原因離开了 Flashbots。核心成員中包括 Andrew Miller，他以破解英特爾 SGX 代碼的研究而知名，目前擔任可信執行環境和 SUAVE 的研究主管。Miller 計劃從伊利諾伊大學的助理教授職位中暫時休假，他在學術界的工作專注於電氣和計算機工程。另一位核心成員 Hasu，擔任 Flashbots 的战略主管，他在區塊鏈領域有着廣泛的影響，包括擔任流動性質押協議 Lido 的战略顧問和 Paradigm 投資公司的研究合作者。Hasu 通過寫作、社交媒體和播客等方式，致力於推動行業的發展和教育。

SUAVE 是一個獨特的去中心化構建器和排序器，與其他共享層或排序層的設計有明顯區別。它旨在為以太坊及其他區塊鏈提供交易排序服務，但並不直接嵌入到任何鏈的協議中。用戶可以將交易發送到 SUAVE 的加密內存池，而 SUAVE 的執行者網絡則負責為鏈輸出區塊或部分區塊。這些區塊將與傳統的中心化以太坊構建者生成的區塊競爭，由以太坊提議者選擇。

Source: https://foresightnews.pro/article/detail/28930

SUAVE 並不取代 Rollup 選擇區塊的機制，也不會改變鏈的分叉選擇規則。它專注於為任何鏈提供最優利潤的排序，通常擁有完全狀態以模擬不同交易的結果並創建最佳排序。這種設計允許 SUAVE 與共享排序器或其他 MEV-aware 構建者協作，以提供原子跨鏈套利等服務，確保若幹交易以原子方式執行或同時取消。

Source: https://foresightnews.pro/article/detail/28930

長期來看，Rollup 可能是一個更好的選擇。Rollup 通過 L1 保障其安全性、抗審查和活性，而 SUAVE 作為一個專注於交易排序的鏈，不適合普通用戶使用，其目標是限制用戶將資金橋接到 SUAVE 的需求，而是專注於為搜索者/構建者提供一個操作平臺。SUAVE 專注於為交易提供最有利的排序，而不是完全取代現有的排序機制。它可以處理完全狀態的交易，以創造出最佳的交易排序。

Source: https://foresightnews.pro/article/detail/28930

關於 MEV 的處理，有多種機制來減少與交易排序和包含相關的潛在競爭和負外部性。例如，Arbitrum 的時間提升機制和 Flashbots 提出的 FBA-FCFS 模型都試圖通過允許用戶通過費用表達他們對快速包含交易的偏好來減少延遲競爭的動機。

Arbitrum 的時間提升機制

時間提升機制是一種安全措施，用於防止一種特定類型的攻擊，稱為“時間強盜攻擊”（Time Bandit Attack）。在這種攻擊中，攻擊者可能會嘗試重新組織已經確認的區塊，以利用某些之前不為人知的信息（例如，事後利用某個交易的知識）來獲利。

Arbitrum 通過一種獨特的機制來防御這種攻擊，它允許任何人在發現有人嘗試進行時間強盜攻擊時，提交一個“挑战”，證明攻擊者的行為。這種機制基於一種經濟激勵，確保攻擊者的潛在利益被抵消，從而保護網絡的安全和公正。

Flashbots 的 FBA-FCFS 模型

FBA-FCFS（First Bid Auction - First Come, First Served）模型是 Flashbots 提出的一種交易排序機制。這個模型的目的是為了解決傳統的交易選擇和排序問題，尤其是在 MEV 抽取環境中。

First Bid Auction（FBA）部分意味着交易者可以通過出價（通常是支付給礦工的額外費用）來優先處理他們的交易。這類似於拍賣，最高出價者獲得優先權。
First Come, First Served（FCFS）則意味着在某些條件下，交易將按照提交的順序進行處理，確保公平性和透明度。

FBA-FCFS 模型試圖平衡公平性和效率，通過允許對交易進行出價來優化網絡資源的使用，同時確保不會因為支付能力不足而完全排除某些用戶。

這些機制各有優缺點，但共同目標是提高交易處理的效率和公平性。

通過與 Rollup 和其他 MEV-aware 構建者的合作，SUAVE 旨在為跨鏈操作提供更高的經濟安全性和效率，同時探索新的經濟安全模型和 MEV 減緩機制，改善區塊鏈交易排序和執行的去中心化。

總結與展望

Metis, Astria, Espresso, Radius, 和 SUAVE 這些項目雖然各有側重，但共同關注於提高區塊鏈的可擴展性和交易效率，同時解決 MEV 問題，增強系統的去中心化和互操作性。

Metis 通過其 Layer 2 解決方案，專注於優化以太坊的交易處理能力，以降低成本並提高效率，旨在為开發者和企業提供更便利的开發平臺。Astria 和 Espresso 則提出了去中心化的共享排序器網絡概念，支持多個 Layer 2 解決方案的交易數據處理，這不僅簡化了开發和運營流程，還加強了系統之間的可組合性和互操作性。Radius 項目通過引入加密內存池和區塊空間劃分，致力於創建一個無需信任、抗審查的網絡，旨在減少 MEV 的有害影響，同時提高交易的隱私性和安全性。SUAVE 關注於通過去中心化排序器網絡解決 MEV 對交易公平性和透明度的影響，展現了對於提高交易環境公正性的承諾。

在探索去中心化排序器的發展方向時，Metis 和 Espresso 提供了兩種截然不同的模式，分別是“自營店”模式和“外包模塊”方式。這兩種模式各自反映了社區在如何構建和維護去中心化排序器方面的不同思考和策略。

Metis 採用的“自營店”模式，強調的是通過內部管理和運營其去中心化排序器網絡，以確保網絡的安全性和穩定性。這種方式使得 Metis 能夠直接控制其網絡內的節點，通過質押和激勵機制來維持一個健康的網絡環境。盡管這種模式能夠提高網絡的安全性和可靠性，但它也要求 Metis 承擔較大的運營責任和資源投入，可能會在一定程度上限制網絡的靈活性和擴展性。

相比之下，Espresso 採用的“外包模塊”方式，則提供了一種更為靈活和开放的解決方案。通過允許任何區塊鏈項目接入其排序服務，Espresso 促進了技術的通用性和多樣性，同時也降低了單個項目的運營負擔。這種模式的挑战在於，它可能引入額外的信任問題，因為項目方需要依賴 Espresso 以公正和安全的方式處理交易。此外，任何針對 Espresso 服務的問題或攻擊都可能對廣泛的客戶項目產生影響。

Metis 的“自營店”模式和 Espresso 的“外包模塊”方式展示了去中心化排序器領域內的兩種主要發展路徑。每種模式都有其獨特的優勢和面臨的挑战，而選擇哪一種取決於項目的具體需求、資源狀況以及對去中心化和安全性的重視程度。

去中心化排序器的發展前景預示着區塊鏈技術在提升網絡安全、增強抗審查能力、提升交易效率、降低成本以及促進生態系統多樣性和互操作性方面的巨大潛力。隨着去中心化排序器技術的不斷進步，我們可以預見一個更加安全、高效的區塊鏈網絡，其中去中心化排序機制能夠有效地防御單點故障和惡意攻擊，保護用戶資產和數據的安全。此外，去中心化排序器的優化和創新，如批量處理和狀態通道等，將進一步提高 L2 平臺的交易處理能力，降低用戶交易成本，實現高吞吐量和低延遲的交易確認，從而在不犧牲安全性和去中心化的基礎上提升用戶體驗。

同時，去中心化排序器的普及預計將推動一個更加多樣化和互操作的區塊鏈生態系統的形成。共享排序器網絡，如 Espresso 和 Astria 等，將不僅為多個 L2 平臺提供服務，還能促進不同平臺間的數據和資產流動，打造一個更加开放和聯通的去中心化世界。此外，激勵機制和代幣經濟模型的創新將為去中心化排序器網絡的參與者提供合理的激勵，同時通過代幣經濟模型實現網絡治理和收益分配，吸引更多參與者，激發社區活力。

盡管去中心化排序器前景光明，但它們在技術實現、網絡性能優化、治理模型設計等方面仍面臨挑战。因此，未來的發展方向可能會集中在研究更高效的共識機制、探索可擴展的網絡架構以及开發用戶友好的接口和工具上，以滿足市場需求和用戶期望的增長。總之，去中心化排序器作為推動區塊鏈技術和應用發展的關鍵因素之一，其未來的演進將在構建一個更高效、安全、开放的去中心化世界中發揮至關重要的作用。

參考資料

https://twitter.com/tmel0 211/status/1735187745159676196
https://web3 caff.com/zh_tc/archives/83612
https://www.theblockbeats.info/news/36748
https://foresightnews.pro/article/detail/30473
https://foresightnews.pro/article/detail/48503
https://foresightnews.pro/article/detail/28930
https://foresightnews.pro/article/detail/32526
https://foresightnews.pro/article/detail/41120
https://foresightnews.pro/article/detail/44487
https://foresightnews.pro/article/detail/38993
https://hackmd.io/@EspressoSystems/EspressoSequencer
https://hackmd.io/@astriaorg/HJ6cCpp9T
https://maven11.substack.com/p/the-shared-sequencer
https://www.gate.io/learn/articles/the-battle-for-decentralized-sequencers/1049
https://ethresear.ch/t/shared-sequencer-for-mev-protection-and-profitable-marketplace/15313
https://foresightnews.pro/article/detail/42395

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