Rollup 排序器的去中心化探索：Espresso、SUAVE 與 Polygon

作者：100y

編譯：0x11，Foresight News

• 以太坊 Rollup 網絡的採用在 2022 年激增，但仍存在一些有待改進之處。
• 排序器負責對用戶提交的交易進行排序。目前，幾乎所有的 Rollup 都依賴於一個單獨的排序器。鑒於 Rollup 通過欺詐或有效性證明受益於以太坊的安全性，中心化排序不會造成重大問題。儘管如此，去中心化排序最終還是更優解，因為中心化排序器可能在 MEV 提取或審查方面存在風險。
• 本文將介紹各種去中心化排序器項目，包括：Espresso Sequencer、SUAVE、Polygon PoE、EigenLayer 和 Cosmos ICS。

簡介

以太坊之外的 7 大網絡的 TVL 主導地位趨勢，來源：Messari

2022 年可謂是 Rollup 備受矚目的一年，一些 Rollup 網絡在加密貨幣市場整體的下跌趨勢中反而取得了巨大成功。在 2020 年和 2021 年，L1 大放異彩，許多人都在談論通過投資 SOLUNAVAX（Solana、Luna、Avalanche）和 FOAN（Fantom、Harmony One、ATOM、NEAR）而收穫匪淺。另一方面，在 2022 年，由於宏觀經濟影響、頻繁的黑客攻擊、Terra 崩潰，L1 的採用率迅速下降，這反過來又引起了公眾對 Rollup 網絡的關注。

以太坊 Rollup 在以太坊網絡上存儲狀態（例如錢包餘額）和交易數據的摘要（狀態根），在主鏈外執行交易時依賴以太坊的安全性，從而實現可擴展性。那么，是否可以完全信任並使用 Optimism 或 Arbitrum 這樣的 Rollup 網絡？不幸的是，這項技術仍然處於早期，當前 Rollup 網絡仍然存在一些風險因素。

Rollup 網絡的風險分析，來源：l2beat

上表是 l2beat 網站上的風險分析，可以看到當前 Rollup 存在相當多的風險因素。雖然上表中提到的風險不是本文的重點，但還是值得花一點時間簡要回顧它們的含義：

• 狀態驗證：狀態驗證即如何證明 L2 執行的有效性。對於使用零知識證明的網絡，使用 zk-SNARKs 被標記為 ZK 證明（SN），而 zk-STARKs 被標記為 ZK 證明（ST）。許多 Optimistic Rollups 似乎在狀態驗證方面存在風險：一些項目如 Optimism、Metis Andromeda 和 Boba Network 正在開發欺詐證明機制，而其他項目如 Arbitrum One 或 Arbitrum Nova 確實有欺詐證明方案，但它們只允許白名單參與者提交欺詐證明。
• 數據可用性：這是關於 L2 網絡的交易數據存儲在哪裡。重要的是，交易數據保持完整，以便用戶證明有效性或從 L2 網絡中提取代幣。只有在以太坊上存儲交易數據時，網絡才能被視為 Rollup；否則，不能歸為此類。
• 可升級性：以太坊 L1 網絡上的 Rollup 智能合約是否可升級。如果在上表中標記為「是」，則中心化參與者可以在任何時候對其進行升級，如果標記為「N 天延遲」，則此類網絡將強制延遲升級時間。
• 排序器故障：這與 L2 網絡中負責排序交易的排序器離線或交易審查有關。「使用 L1 進行交易」和「強制退出到 L1」是兩種安全的方式，前者允許用戶直接通過 L1 提交交易，後者允許用戶強制退出到 L1。
• 驗證者故障：這與 L2 網絡的區塊生產者下線或決定審查時有關。「Propose Blocks」和「Escape hatch (MP)」是安全的，前者允許任何人在一段時間後成為驗證者，而後者允許用戶通過提交狀態根來安全提取抵押品。

目前為止，我們已經回顧了以太坊 L2 網絡中的各種風險因素。然而，還有一個風險沒有得到解決，那就是中心化排序。排序器負責接收和排序 L2 用戶提交的交易，目前，中心化排序是幾乎所有 L2 網絡的規範。甚至兩個最大的 Rollup 網絡 Optimism 和 Arbitrum 也運行單個排序器來決定所有交易的順序。中心化排序器是否會帶來重大風險？與上面列出的風險因素相比時，回答是否定的。

事實上，表中列出的風險會直接損害用戶的資金，但中心化排序不會。無論排序是集中在單個實體還是分散在多個實體，L2 網絡交易的有效性在 L1 網絡上都通過欺詐證明或有效性證明來證明。儘管如此，如果單個排序器行為不當，L2 網絡的用戶可能會遭受間接損失。能夠單獨決定交易順序可能會助長惡性的 MEV 提取，如三明治攻擊對用戶造成財務損失，甚至審查交易（這因項目而異，但由於存在強制交易通過 L1 包含到 L2 區塊中的機制，惡意排序器很難審查並完全阻止添加交易。然而，如果惡意排序器在需要及時執行的緊急情況下審查交易，例如，借貸協議的清算，可能會導致 L2 中交易延遲）。

儘管大多數 L2 項目最終都計劃將排序器去中心化，但這需要引入一種新的交易排序共識機制。為多個排序器納入共識機制不可避免地會損害可擴展性，這違背了 Rollup 的初衷。但是，基於區塊鏈精神去中心化排序確有優勢，必然是追求的最終方向。本文探討了最近為去中心化排序器所做的嘗試和努力。

去中心化排序器的嘗試

Espresso Systems 的 Espresso Sequencer

Espresso Systems 是一家區塊鏈可擴展性和隱私解決方案服務商，在 2022 年 5 月從 Electric Capital 和 Sequoia Capital 等籌集了 3200 萬美元資金。Espresso Systems 還在開發其他的解決方案：HyperPlonk ，一種 zkEVM 證明系統；jellyfish，一個開源密碼學庫；CAPE，一個智能合約應用程序，可以為現有 EVM 鏈中的資產提供選擇性隱私；以及 VERI-ZEXE，一個為智能合約提供隱私的系統。這篇文章將著眼於 Espresso Systems 開發的去中心化排序器 Espresso Sequencer。

Espresso Sequencer 是一種解決方案，可幫助改善當前使用中心化排序器的 zk 和 Optimistic Rollups。作為針對 Rollup 的去中心化排序和數據可用性的層，它可以充當 L1 和 L2 之間的中間件層。交易由 L2 處理，但它們的最終性最終取決於以太坊的 L1，因為網絡的共識算法優先考慮活性而不是安全性。Espresso Sequencer 通過引入基於 HotStuff BFT 的 HotShot 共識算法解決了 Rollup 排序和最終性需要依賴於 L1 的問題。基於該算法，多個排序器在樂觀條件下快速處理 L2 事務。

最近，HotShot 發布了一個名為 Americano 的測試網，在 100 個具有 4GB 記憶體和 2 個 CPU 核心配置的節點網絡中，實現了 1-2 萬次 ERC-20 交易的吞吐量。高性能歸功於 HotShot 算法在樂觀情況下利用了中心化網絡結構。當網絡出現問題時，該算法會切換到另一種機制，在悲觀條件下優先考慮穩定性而不是性能。

Espresso Sequencer 路線圖 | 來源：Espresso Systems

目前，Americano 測試網只採用了樂觀響應的交易處理方式，未來計劃在 Doppio 測試網中引入悲觀處理方式。

Flashbots 的 SUAVE

來源：Flashbots

Flashbots 是一家致力於以太坊網絡 MEV 高效提取和去中心化分配的研發機構。它曾經為 PoW 以太坊提供 Flashbot Auction，現在正在為 PoS 以太坊貢獻了 MEV-Boost，一個實現 MEV 去中心化的中間件。然而，MEV-Boost 也有其自身的局限性：區塊構建者中心化。

雖然驗證者或提議者的中心化對網絡安全構成了嚴重威脅，但區塊構建者的中心化並沒有帶來同樣程度的風險。儘管如此，中心化的構建者不是理想情況，因為 EOF（外部訂單流，用戶將交易發送到特定的區塊構建者，而不是內存池，從而大大增強了構建者的權限）可能會導致網絡偏離高效提取和分配 MEV 的目標。Flashbots 於 2022 年 11 月 23 日推出了名為 SUAVE（The Single Unifying Auction for Value Expression）的解決方案。

來源：Flashbots

SUAVE 是一個兼容 EVM 的區塊鏈網絡，但其目的是處理交易排序和區塊構建，而不是支持部署各種 dApp。簡單來說，SUAVE 既是用於交易排序的區塊構建者網絡，也是用於存儲第 1 層網絡的預確認交易的內存池。此外，SUAVE 兼容各種 EVM 系網絡，這意味著它不僅可以用於以太坊，還可以用於 L2 網絡，如 Optimism、Polygon 和 Arbitrum。

來源：Flashbots

SUAVE 最初的目的是，在所有人可訪問的開放環境中，1）使用加密的內存池加密用戶的交易以確保隱私，並使用最佳執行市場緩解 EOF 情況，從而防止區塊構建者的中心化，以及 2) 通過處理多個網絡的排序將跨鏈 MEV 提取去中心化，從而防止某些區塊構建者權力過大。然而，使用 SUAVE 還可以帶來額外的好處。

通過作為多個網絡的排序層，SUAVE 能夠為選擇使用它的 L2 網絡去中心化排序器。此外，這將提高 MEV 提取過程的效率，從而形成更具可持續性的網絡，這是一個額外的好處。但是，將中心化實體的角色委託給像 SUAVE 這樣的去中心化層有一個潛在的缺點，這可能會導致延遲等方面的性能下降。由於 SUAVE 尚未發布，實際表現如何還待觀察。

Polygon 的 PoE

Polygon zkEVM 由 Polygon Hermez 更名，計劃通過將名為效率證明 (PoE) 的共識算法引入 Rollup 網絡來實現排序器去中心化。PoE 的工作方式如下所述，並將現有排序器角色拆分為排序器和聚合器。排序器將用戶的交易聚合成批次，並將它們提交給以太坊 L1 上的智能合約，聚合器驗證排序器發布的交易批次。關於 PoE 及其前身捐贈證明 (PoD) 的詳細解釋，請參閱《Polygon，模塊化區塊鏈未來的領跑者》一文的第 5 部分。

PoE 的工作原理，來源：Polygon

EigenLayer

EigenLayer 是第一個引入再質押概念的協議，質押者將已經質押的 ETH 附加額外的削減條件（參見 EigenLayer：通過 ETH 重新質押擴展信任網絡)。這種方法的好處是其他協議可以利用以太坊以其巨大的市值建立起來的強大安全性。此外，通過再添加一個削減條件，EigenLayer 可以更好地實現去中心化目的。EigenLayer 可用於將當前 Rollup 排序器去中心化，想要成為去中心化排序器的機構可以通過 EigenLayer 重新質押 ETH 來作為一個實體，並且可以因惡意行為而被罰沒。雖然可以使用 Rollup 網絡的原生代幣通過 PoS 方法構建去中心化排序器，但 EigenLayer 通過使用相對更安全的 ETH 代幣提供更好的保護。這裡引入 Eigenlayer 無非是在 Rollup 排序器的 PoS 過程中加入 ETH 代幣和罰沒條件。所以，在採用 EigenLayer 之前，需要考慮如何去中心化排序器。該協議尚未啟動，計劃在 2023 年發布。上述 Rollup 排序器去中心化的方案還在討論中，EigenLayer 在發布後的實際使用情況如何，還需拭目以待。

Cosmos Interchain Security

來源：Celestia

模塊化區塊鏈的代表項目之一 Celestia 的首席運營官 Nick White 最近在 Celestia 論壇上分享了一個關於 Rollup 排序器去中心化的有趣提案。他建議使用來自 Cosmos 生態系統的 Interchain Security。Interchain Security (ICS) 使用 Cosmos Hub 的驗證器為消費者鏈（使用 ICS 的特定應用程序鏈）提供共享安全性。換句話說，這個想法是通過 ICS 利用 Cosmos 的現有驗證器作為 Rollup 排序器，因為 Rollups 推出新代幣和為 PoS 構建去中心化排序器集具有挑戰性。這與利用 EigenLayer 進行去中心化排序的思路基本相同。

引入這種方法將為 Celestia 網絡提供一個強大的工具來實現「原子跨 Rollup 可組合性」。Celestia 網絡充當托管多個 Rollup 網絡的數據可用性層，這可能導致流動性碎片化和可組合性下降。如果多個 Rollup 網絡使用通過 ICS 設置的相同排序器進行運作，這將允許原子事務，因為相同的參與者會生成批量的 Rollup。不同 Rollup 上的 dApp 能夠無縫交互，解決 Celestia 網絡上流動性分散和可組合性惡化的問題。

假設您打算通過提供 A Rollup 的 X 代幣作為抵押來借用 B Rollup 的 Y 代幣。在這種情況下，需要花費相當長的時間來驗證 A Rollup 的 X 代幣是否已被適當地鎖定為抵押品以及 B Rollup 的 Y 代幣是否已被正確借出。然而，如果 Rollup A 和 Rollup B 共享相同的去中心化排序器集，它們的區塊將由相同的實體生成，這將大大簡化貸款的驗證過程。這也意味著網絡可以幾乎像在同一個網絡中一樣相互交互，從而顯著增強跨 Rollup 交互的用戶體驗。

與 EigenLayer 一樣，Celestia 和 Cosmos 也計劃在 2023 年推出 ICS。因此，到目前為止討論的提案應被視為去中心化排序的潛在解決方案。

總結

本文考察了 Rollup 去中心化的不同思路：Polygon 的 PoE 共識算法直接在 Rollup 網絡層面實現去中心化排序，Espresso Systems 的 Espresso Sequencer 和 Flashbots 的 SUAVE 繞道另一層解決問題，EigenLayer 和 Cosmos 的 ICS 利用已經構建了強大安全性的網絡驗證器集。由於 排序器的去中心化至關重要，來自 Celestia 的 Alex Beckett 在 2022 年 6 月就此主題發表了文章。我想通過簡要概述 Alex 的解決方案來結束本文。

第一個是「帶領者選舉的無許可 PoS」。在這種方法下，任何人都可以作為 Rollup 排序器參與網絡，通過質押代幣並通過領導者選舉過程來決定網絡的區塊生產順序。如上所述，Espresso Sequencer、EigenLayer 和 Cosmos ICS 都採用了這種方法。

第二個是「通過 MEV 拍賣的無許可 PoS」。不是像上面那樣使用領導者選舉過程來確定哪個定排序器將創建下一個區塊，而是在拍賣過程中出價最高的排序器負責生成區塊。Flashbots 的 SUAVE 或前面討論的 Polygon zkEVM 的 PoE 共識算法採用了類似的方法。

最後，「執行公平排序的許可排序器集」。由於上面討論的兩種解決方案都是無需許可的，任何人只要滿足一定的條件就可以參與到排序過程中。另一方面，涉及許可排序器的解決方案是指與受信任的實體以私有方式創建一組排序器。您可以將其視為排序器，收集交易並根據先到先得的方式公平公正地決定訂單。然而，這種方法需要信任，不能被視為真正的 Rollup 排序器去中心化解決方案。

儘管 Rollup 網絡在 2022 年獲得了極大關注，但仍存在相關的重大風險，而去中心化排序器通常被認為是低優先級的風險。儘管如此，實現去中心化排序對於解決審查問題和提高 MEV 提取效率至關重要。隨著 2022 年 Rollup 網絡的廣泛採用，他們處理著越來越龐大的資金，這增加了對提高網絡安全性和公平性的需求。希望未來排序器去中心化會有所改進，讓用戶可以使用更安全、更公平的 Rollup 網絡。

參考資料

https://www.espressosys.com/blog/decentralizing-Rollups-announcing-the-espresso-sequencer

https://www.espressosys.com/blog/espresso-hotshot-consensus-designed-for-Rollups

https://www.espressosys.com/blog/releasing-espresso-testnet-1-americano

https://writings.flashbots.net/the-future-of-mev-is-suave/

https://www.alexbeckett.xyz/decentralized-sequencers-where-do-we-go-next/

https://forum.celestia.org/t/decentralized-Rollup-sequencing-as-a-service-via-interchain-security/423