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

作者：100y

编译：0x11，ForesightNews?

以太坊Rollup网络的采用在2022年激增，但仍存在一些有待改进之处。

排序器负责对用户提交的交易进行排序。目前，几乎所有的Rollup都依赖于一个单独的排序器。鉴于Rollup通过欺诈或有效性证明受益于以太坊的安全性，中心化排序不会造成重大问题。尽管如此，去中心化排序最终还是更优解，因为中心化排序器可能在MEV提取或审查方面存在风险。

本文将介绍各种去中心化排序器项目，包括：EspressoSequencer、SUAVE、PolygonPoE、EigenLayer和CosmosICS。

简介

以太坊之外的7大网络的TVL主导地位趋势，来源：Messari

2022年可谓是Rollup备受瞩目的一年，一些Rollup网络在加密货币市场整体的下跌趋势中反而取得了巨大成功。在2020年和2021年，L1大放异彩，许多人都在谈论通过投资SOLUNAVAX和FOAN而收获匪浅。另一方面，在2022年，由于宏观经济影响、频繁的黑客攻击、Terra崩溃，L1的采用率迅速下降，这反过来又引起了公众对Rollup网络的关注。

以太坊Rollup在以太坊网络上存储状态和交易数据的摘要，在主链外执行交易时依赖以太坊的安全性，从而实现可扩展性。那么，是否可以完全信任并使用Optimism或Arbitrum这样的Rollup网络？不幸的是，这项技术存还处于早期，当前Rollup网络仍然存在一些风险因素。

Rollup网络的风险分析，来源：l2beat

杠杆交易聚合器 MUX Protocol 已上线 Scroll 测试网:1月24日消息，杠杆交易聚合器 MUX Protocol 已上线 Scroll 测试网。目前 MUX Protocol 已支持 Arbitrum、Avalanche、BNB Chain 以及 Fantom。[2023/1/24 11:28:22]

上表是l2beat网站上的风险分析，可以看到当前Rollup存在相当多的风险因素。虽然上表中提到的风险不是本文的重点，但还是值得花一点时间简要回顾它们的含义：

状态验证：状态验证即如何证明L2执行的有效性。对于使用零知识证明的网络，使用zk-SNARKs被标记为ZK证明，而zk-STARKs被标记为ZK证明。许多OptimisticRollups似乎在状态验证方面存在风险：一些项目如Optimism、MetisAndromeda和BobaNetwork正在开发欺诈证明机制，而其他项目如ArbitrumOne或ArbitrumNova确实有欺诈证明方案，但它们只允许白名单参与者提交欺诈证明。

数据可用性：这是关于L2网络的交易数据存储在哪里。重要的是，交易数据保持完整，以便用户证明有效性或从L2网络中提取代币。只有在以太坊上存储交易数据时，网络才能被视为Rollup；否则，不能归为此类。

可升级性：以太坊L1网络上的Rollup智能合约是否可升级。如果在上表中标记为「是」，则中心化参与者可以在任何时候对其进行升级，如果标记为「N天延迟」，则此类网络将强制延迟升级时间。

排序器故障：这与L2网络中负责排序交易的排序器离线或交易审查有关。「使用L1进行交易」和「强制退出到L1」是两种安全的方式，前者允许用户直接通过L1提交交易，后者允许用户强制退出到L1。

验证者故障：这与L2网络的区块生产者下线或决定审查时有关。「ProposeBlocks」和「Escapehatch(MP)」是安全的，前者允许任何人在一段时间后成为验证者，而后者允许用户通过提交状态根来安全提取抵押品。

目前为止，我们已经回顾了以太坊L2网络中的各种风险因素。然而，还有一个风险没有得到解决，那就是中心化排序。排序器负责接收和排序L2用户提交的交易，目前，中心化排序是几乎所有L2网络的规范。甚至两个最大的Rollup网络Optimism和Arbitrum也运行单个排序器来决定所有交易的顺序。中心化排序器是否会带来重大风险？与上面列出的风险因素相比时，回答是否定的。

OP Labs：EIP-4844将大幅降低Rollup费用，使以太坊能够在保持去中心化的情况下扩容:7月30日消息，OP Labs推特发文称，EIP-4844将大幅降低Rollup费用，使以太坊能够在不牺牲去中心化的情况下扩容。近期来自OP Labs、Coinbase和ConsenSys的研究人员和开发人员参与了社区第二次会议，讨论了公共开发网络、收费市场设计和同步架构等话题。今年3月，以太坊创始人V神（Vitalik Buterin）在推特上分享了关于其和几位开发者共同提出的EIP-4844提案，该提案建议用proto-danksharding代替扩容解决方案Danksharding。该提案致力于在尚未实际实施任何分片的情况下，部署构成完整Danksharding规范的大部分逻辑和交易格式及验证规则。Proto-danksharding引入的主要特性是新的交易类型，称之为携带blob的交易。携带blob的交易引入一种新的交易格式，其中包含大量数据，EVM执行无法访问，但其提交可以访问。提案提议每30天自动删除blob数据，以防止网络对数据和内存存储的要求过大。Proto-danksharding部署后，所有验证者和用户仍须直接验证完整数据的可用性。[2022/7/31 2:49:01]

事实上，表中列出的风险会直接损害用户的资金，但中心化排序不会。无论排序是集中在单个实体还是分散在多个实体，L2网络交易的有效性在L1网络上都通过欺诈证明或有效性证明来证明。尽管如此，如果单个排序器行为不当，L2网络的用户可能会遭受间接损失。能够单独决定交易顺序可能会助长恶性的MEV提取，如三明治攻击对用户造成财务损失，甚至审查交易（这因项目而异，但由于存在强制交易通过L1包含到L2区块中的机制，恶意排序器很难审查并完全阻止添加交易。然而，如果恶意排序器在需要及时执行的紧急情况下审查交易，例如，借贷协议的清算，可能会导致延L2中交易延迟)。

尽管大多数L2项目最终都计划将排序器去中心化，但这需要引入一种新的交易排序共识机制。为多个排序器纳入共识机制不可避免地会损害可扩展性，这违背了Rollup的初衷。但是，基于区块链精神去中心化排序确有优势，必然是追求的最终方向。本文探讨了最近为去中心化排序器所做的尝试和努力。

去中心化排序器的尝试

EspressoSystems的EspressoSequencer

基于Layer2 ZK Rollup的NFT市场Mint Square新增支持zkSync2.0测试网:金色财经消息，基于以太坊Layer 2 ZK Rollup的NFT市场Mint Square宣布现已支持zkSync2.0测试网，允许用户在zkSync2.0测试网上铸造、购买和出售NFT。Mint Square此前已支持Stark Net Goerli测试网。[2022/4/7 14:10:35]

EspressoSystems是一家区块链可扩展性和隐私解决方案服务商，在2022年5月从ElectricCapital和SequoiaCapital等筹集了3200万美元资金。EspressoSystems还在开发其他的解决方案：HyperPlonk，一种zkEVM证明系统；jellyfish，一个开源密码学库；CAPE，一个智能合约应用程序，可以为现有EVM链中的资产提供选择性隐私；以及VERI-ZEXE，一个为智能合约提供隐私的系统。这篇文章将着眼于EspressoSystems开发的去中心化排序器EspressoSequencer。

EspressoSequencer是一种解决方案，可帮助改善当前使用中心化排序器的zk和OptimisticRollups。作为针对Rollup的去中心化排序和数据可用性的层，它可以充当L1和L2之间的中间件层。交易由L2处理，但它们的最终性最终取决于以太坊的L1，因为网络的共识算法优先考虑活性而不是安全性。EspressoSequencer通过引入基于HotStuffBFT的HotShot共识算法解决了Rollup排序和最终性需要依赖于L1的问题。基于该算法，多个排序器在乐观条件下快速处理L2事务。

最近，HotShot发布了一个名为Americano的测试网，在100个具有4GB内存和2个CPU内核配置的节点网络中，实现了1-2万次ERC-20交易的吞吐量。高性能归功于HotShot算法在乐观情况下利用了中心化网络结构。当网络出现问题时，该算法会切换到另一种机制，在悲观条件下优先考虑稳定性而不是性能。

跨Rollup转账应用HopProtocol已支持L2扩容方案Arbitrum:9月17日消息，跨Rollup转账应用HopProtocol已支持L2扩容方案Arbitrum，目前仅支持USDT与USDC转账，将在下周开放对ETH的支持。用户可向hUSDC/USDC和hUSDT/USDT流动性池添加流动性，并通过HopProtocol的桥接合约在L1上锁定USDC或USDT，在Arbitrum上铸造hUSD或hUSDT。目前HopProtocol支持的网络包括以太坊主网、Polygon、xDai、Optimism以及Arbitrum，用户已经可以通过Hop进行USDC、USDT在Arbitrum与其他支持的扩容网络之间的转账。[2021/9/17 23:31:34]

EspressoSequencer路线图|来源：EspressoSystems

目前，Americano测试网只采用了乐观响应的交易处理方式，未来计划在Doppio测试网中引入悲观处理方式。

Flashbots的SUAVE

来源：Flashbots

Flashbots是一家致力于以太坊网络MEV高效提取和去中心化分配的研发机构。它曾经为PoW以太坊提供FlashbotAuction，现在正在为PoS以太坊贡献了MEV-Boost，一个实现MEV去中心化的中间件。然而，MEV-Boost也有其自身的局限性：区块构建者中心化。

虽然验证者或提议者的中心化对网络安全构成了严重威胁，但区块构建者的中心化并没有带来同样程度的风险。尽管如此，中心化的构建者不是理想情况，因为EOF可能会导致网络偏离高效提取和分配MEV的目标。Flashbots于2022年11月23日推出了名为SUAVE的解决方案。

Synthetix完成Rollup主网升级:据Synthetix团队消息，今天早上Synthetix进行 Optimism Rollup主网升级，升级时L2充值和L2 mintr交易暂停30分钟。目前升级已经结束，服务已经恢复。[2021/3/1 18:03:09]

来源：Flashbots

SUAVE是一个兼容EVM的区块链网络，但其目的是处理交易排序和区块构建，而不是支持部署各种dApp。简单来说，SUAVE既是用于交易排序的区块构建者网络，也是用于存储第1层网络的预确认交易的内存池。此外，SUAVE兼容各种EVM系网络，这意味着它不仅可以用于以太坊，还可以用于L2网络，如Optimism、Polygon和Arbitrum。

来源：Flashbots

SUAVE最初的目的是，在所有人可访问的开放环境中，1）使用加密的内存池加密用户的交易以确保隐私，并使用最佳执行市场缓解EOF情况，从而防止区块构建者的中心化，以及2)通过处理多个网络的排序将跨链MEV提取去中心化，从而防止某些区块构建者权力过大。然而，使用SUAVE还可以带来额外的好处。

通过作为多个网络的排序层，SUAVE能够为选择使用它的L2网络去中心化排序器。此外，这将提高MEV提取过程的效率，从而形成更具可持续性的网络，这是一个额外的好处。但是，将中心化实体的角色委托给像SUAVE这样的去中心化层有一个潜在的缺点，这可能会导致延迟等方面的性能下降。由于SUAVE尚未发布，实际表现如何还有待观察。

Polygon的PoE

PolygonzkEVM由PolygonHermez更名，计划通过将名为效率证明(PoE)的共识算法引入Rollup网络来实现排序器去中心化。PoE的工作方式如下所述，并将现有排序器角色拆分为排序器和聚合器。排序器将用户的交易聚合成批次，并将它们提交给以太坊L1上的智能合约，聚合器验证排序器发布的交易批次。关于PoE及其前身捐赠证明(PoD)的详细解释，请参阅《Polygon，模块化区块链未来的领跑者》一文的第5部分。

PoE的工作原理，来源：Polygon

EigenLayer

EigenLayer是第一个引入再质押概念的协议，质押者将已经质押的ETH附加额外的削减条件（参见EigenLayer：通过ETH重新质押扩展信任网络)。这种方法的好处是其他协议可以利用以太坊以其巨大的市值建立起来的强大安全性。此外，通过再添加一个削减条件，EigenLayer可以更好地实现去中心化目的。EigenLayer可用于将当前Rollup排序器去中心化，想要成为去中心化排序器的机构可以通过EigenLayer重新质押ETH来作为一个实体，并且可以因恶意行为而被罚没。虽然可以使用Rollup网络的原生代币通过PoS方法构建去中心化排序器，但EigenLayer通过使用相对更安全的ETH代币提供更好的保护。这里引入Eigenlayer无非是在Rollup排序器的PoS过程中加入ETH代币和罚没条件。所以，在采用EigenLayer之前，需要考虑如何去中心化排序器。该协议尚未启动，计划在2023年发布。上述Rollup排序器去中心化的方案还在讨论中，EigenLayer在发布后的实际使用情况如何，还需拭目以待。

CosmosInterchainSecurity

来源：Celestia

模块化区块链的代表项目之一Celestia的首席运营官NickWhite最近在Celestia论坛上分享了一个关于Rollup排序器去中心化的有趣提案。他建议使用来自Cosmos生态系统的InterchainSecurity。InterchainSecurity(ICS)使用CosmosHub的验证器为消费者链提供共享安全性。换句话说，这个想法是通过ICS利用Cosmos的现有验证器作为Rollup排序器，因为Rollups推出新代币和为PoS构建去中心化排序器集具有挑战性。这与利用EigenLayer进行去中心化排序的思路基本相同。

引入这种方法将为Celestia网络提供一个强大的工具来实现「原子跨Rollup可组合性」。Celestia网络充当托管多个Rollup网络的数据可用性层，这可能导致流动性碎片化和可组合性下降。如果多个Rollup网络使用通过ICS设置的相同排序器进行运作，这将允许原子事务，因为相同的参与者会生成批量的Rollup。不同Rollup上的dApp能够无缝交互，解决Celestia网络上流动性分散和可组合性恶化的问题。

假设您打算通过提供ARollup的X代币作为抵押来借用BRollup的Y代币。在这种情况下，需要花费相当长的时间来验证ARollup的X代币是否已被适当地锁定为抵押品以及BRollup的Y代币是否已被正确借出。然而，如果RollupA和RollupB共享相同的去中心化排序器集，它们的区块将由相同的实体生成，这将大大简化贷款的验证过程。这也意味着网络可以几乎像在同一个网络中一样相互交互，从而显着增强跨Rollup交互的用户体验。

与EigenLayer一样，Celestia和Cosmos也计划在2023年推出ICS。因此，到目前为止讨论的提案应被视为去中心化排序的潜在解决方案。

总结

本文考察了Rollup去中心化的不同思路：Polygon的PoE共识算法直接在Rollup网络层面实现去中心化排序，EspressoSystems的EspressoSequencer和Flashbots的SUAVE绕道另一层解决问题，EigenLayer和Cosmos的ICS利用已经构建了强大安全性的网络验证器集。由于排序器的去中心化至关重要，来自Celestia的AlexBeckett在2022年6月就此主题发表了文章。我想通过简要概述Alex的解决方案来结束本文。

第一个是「带领导者选举的无许可PoS」。在这种方法下，任何人都可以作为Rollup排序器参与网络，通过抵押代币并通过领导者选举过程来决定网络的区块生产顺序。如上所述，EspressoSequencer、EigenLayer和CosmosICS都采用了这种方法。

第二个是「通过MEV拍卖的无许可PoS」。不是像上面那样使用领导者选举过程来确定哪个定排序器将创建下一个区块，而是在拍卖过程中出价最高的排序器负责生成区块。Flashbots的SUAVE或前面讨论的PolygonzkEVM的PoE共识算法采用了类似的方法。

最后，「执行公平排序的许可排序器集」。由于上面讨论的两种解决方案都是无需许可的，任何人只要满足一定的条件就可以参与到排序过程中。另一方面，涉及许可排序器的解决方案是指与受信任的实体以私有方式创建一组排序器。您可以将其视为排序器，收集交易并根据先到先得的方式公平公正地决定订单。然而，这种方法需要信任，不能被视为真正的Rollup排序器去中心化解决方案。

尽管Rollup网络在2022年获得了极大关注，但仍存在相关的重大风险，而去中心化排序器通常被认为是低优先级的风险。尽管如此，实现去中心化排序对于解决审查问题和提高MEV提取效率至关重要。随着2022年Rollup网络的广泛采用，他们处理着越来越庞大的资金，这增加了对提高网络安全性和公平性的需求。希望未来排序器去中心化会有所改进，让用户可以使用更安全、更公平的Rollup网络。

参考资料

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

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