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

作者：100y

編譯：0x11，ForesightNews?

以太坊Rollup網絡的采用在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都依賴于一個單獨的排序器。鑒于Rollup通過欺詐或有效性證明受益于以太坊的安全性，中心化排序不會造成重大問題。盡管如此，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：EspressoSequencer、SUAVE、PolygonPoE、EigenLayer和CosmosICS。

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和FOAN而收獲匪淺。另一方面，在2022年，由于宏觀經濟影響、頻繁的黑客攻擊、Terra崩潰，L1的采用率迅速下降，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和交易數據的摘要，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，是否可以完全信任并使用Optimism或Arbitrum這樣的Rollup網絡？不幸的是，這項技術存還處于早期，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：

跨Rollup轉賬應用HopProtocol已支持L2擴容方案Arbitrum:9月17日消息，跨Rollup轉賬應用HopProtocol已支持L2擴容方案Arbitrum，目前僅支持USDT與USDC轉賬，將在下周開放對ETH的支持。用戶可向hUSDC/USDC和hUSDT/USDT流動性池添加流動性，并通過HopProtocol的橋接合約在L1上鎖定USDC或USDT，在Arbitrum上鑄造hUSD或hUSDT。目前HopProtocol支持的網絡包括以太坊主網、Polygon、xDai、Optimism以及Arbitrum，用戶已經可以通過Hop進行USDC、USDT在Arbitrum與其他支持的擴容網絡之間的轉賬。[2021/9/17 23:31:34]

狀態驗證：狀態驗證即如何證明L2執行的有效性。對于使用零知識證明的網絡，使用zk-SNARKs被標記為ZK證明，而zk-STARKs被標記為ZK證明。許多OptimisticRollups似乎在狀態驗證方面存在風險：一些項目如Optimism、MetisAndromeda和BobaNetwork正在開發欺詐證明機制，而其他項目如ArbitrumOne或ArbitrumNova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：這是關于L2網絡的交易數據存儲在哪里。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，后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。「ProposeBlocks」和「Escapehatch(MP)」是安全的，前者允許任何人在一段時間后成為驗證者，而后者允許用戶通過提交狀態根來安全提取抵押品。

Gemini贊助比特幣核心開發者Dhruv Mehta和Jarol Rodriguez:加密貨幣交易所Gemini宣布通過GeminiOpportunityFund基金贊助比特幣核心開發者DhruvMehta和JarolRodriguez，贊助將用來提高比特幣網絡的可擴展性、安全性和可持續性。其中，Gemini與SquareCrypto和人權基金會共同對DhruvMehta進行了贊助，后者將提高比特幣網絡節點安全性；對JarolRodriguez的贊助是直接通過GeminiOpportunityFund進行的。JarolRodriguez最近加入了ChaincodeLabs研究小組，將改進比特幣網絡的圖形用戶界面。[2021/6/8 23:20:47]

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網絡的規范。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。盡管如此，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，但由于存在強制交易通過L1包含到L2區塊中的機制，惡意排序器很難審查并完全阻止添加交易。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，可能會導致延L2中交易延遲)。

盡管大多數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，基于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

路印協議 Steve Guo：短期Optimistic 或勝出，中長期ZK Rollup將勝出:3月11日，在以《Layer2百花齊放， DeFi 們如何“站隊”？》為主題的AMA中，路印協議CTO Steve Guo、Synthetix大中華區負責人Dorothy、Huobi Global商業戰略總監哲叔、Starks Network聯合創始人張曉關于即將到來的Layer2展開了精彩的對話。

Steve Guo表示，路印協議的設計考量最重視安全性。zkRollup相比于Optimistic Rollup來說，最大的好處就是在于能保證用戶資產結算的最終確定性時間比較短，能做到分鐘級別，而Optimistic Rollup則需要1周以上的時間。

Steve Guo認為“在短期內，對于通用EVM計算而言，Optimistic Rollup可能會勝出，隨著ZK-SNARK技術的改進，在中長期而言，ZK Rollup將在所有用例中勝出。”在接下來2年左右的時間，會多個Layer2共存。一些嚴重受限于Layer1資源的一些應用場景會在Layer2上得到更大的爆發，比如DEX，去中心化的永續合約，去中心化的期權等項目。[2021/3/11 18:36:52]

EspressoSystems的EspressoSequencer

EspressoSystems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ElectricCapital和SequoiaCapital等籌集了3200萬美元資金。EspressoSystems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。這篇文章將著眼于EspressoSystems開發的去中心化排序器EspressoSequencer。

EspressoSequencer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OptimisticRollups。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于以太坊的L1，因為網絡的共識算法優先考慮活性而不是安全性。EspressoSequencer通過引入基于HotStuffBFT的HotShot共識算法解決了Rollup排序和最終性需要依賴于L1的問題。基于該算法，多個排序器在樂觀條件下快速處理L2事務。

V神：即使有Rollups也還是需要分片:2月28日消息，V神今晚面向國內用戶進行了AMA問答，他認為，即使Rollups能使以太坊交易量提升100倍，以太坊還是需要分片，因為Rollups的擴展性依然有限，假如后面有了更多的用戶加入以太坊，比如達到5億，那時Rollups就不夠了。[2021/2/28 18:01:19]

最近，HotShot發布了一個名為Americano的測試網，在100個具有4GB內存和2個CPU內核配置的節點網絡中，實現了1-2萬次ERC-20交易的吞吐量。高性能歸功于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。

EspressoSequencer路線圖|來源：EspressoSystems

目前，Americano測試網只采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是一家致力于以太坊網絡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FlashbotAuction，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并沒有帶來同樣程度的風險。盡管如此，中心化的構建者不是理想情況，因為EOF可能會導致網絡偏離高效提取和分配MEV的目標。Flashbots于2022年11月23日推出了名為SUAVE的解決方案。

二層解決方案Cartesi擬于二季度前在測試網上實施擴容方案Cartesi Rollups:基于Layer2Linux的基礎架構平臺Cartesi在發布的2021年路線圖中表示，計劃在2021年第二季度前在測試網上實施Cartesi Rollups，下半年將發布Rollups聚合服務以及Rollups驗證者市場，并將發布可在主網上實現Cartesi Rollups的DescartesV2.0。DescartesSDK使開發人員可以使用Linux操作系統的所有軟件工具來構建計算密集型DApp，借助SDK，DApp可以在成熟的Linux環境中以脫鏈方式運行這些計算。[2021/2/4 18:52:15]

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既是用于交易排序的區塊構建者網絡，也是用于存儲第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于以太坊，還可以用于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，并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托給像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。由于SUAVE尚未發布，實際表現如何還有待觀察。

Polygon的PoE

PolygonzkEVM由PolygonHermez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，并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，并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。關于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可用于將當前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，并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。這里引入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，在采用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在發布后的實際使用情況如何，還需拭目以待。

CosmosInterchainSecurity

來源：Celestia

模塊化區塊鏈的代表項目之一Celestia的首席運營官NickWhite最近在Celestia論壇上分享了一個關于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InterchainSecurity。InterchainSecurity(ICS)使用CosmosHub的驗證器為消費者鏈提供共享安全性。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ARollup的X代幣作為抵押來借用BRollup的Y代幣。在這種情況下，需要花費相當長的時間來驗證ARollup的X代幣是否已被適當地鎖定為抵押品以及BRollup的Y代幣是否已被正確借出。然而，如果RollupA和RollupB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，EspressoSystems的EspressoSequencer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。由于排序器的去中心化至關重要，來自Celestia的AlexBeckett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「帶領導者選舉的無許可PoS」。在這種方法下，任何人都可以作為Rollup排序器參與網絡，通過抵押代幣并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，EspressoSequencer、EigenLayer和CosmosICS都采用了這種方法。

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PolygonzkEVM的PoE共識算法采用了類似的方法。

最后，「執行公平排序的許可排序器集」。由于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，收集交易并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。

盡管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。盡管如此，實現去中心化排序對于解決審查問題和提高MEV提取效率至關重要。隨著2022年Rollup網絡的廣泛采用，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

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