O fascínio do MEV: por que é difícil descentralizar os sequenciadores

O que é um Sequenciador

Um Sequenciador é um componente importante no Rollup da Camada 2 da Ethereum. Ele recebe transações não ordenadas e gera lotes de transações ordenadas. Em seguida, esses lotes de transações podem ser colocados em blocos e enviados para a camada de disponibilidade de dados. Depois de receber a transação de um usuário, o sequenciador fornece um recibo quase instantâneo como uma "confirmação suave", enquanto a "confirmação dura" é recebida depois que a transação é enviada para a camada de disponibilidade de dados.

Os principais rollups da Layer2, como Arbitrum, Optimism, zkSync, StarkNet e Polygon zkEVM, executam sequenciadores centralizados operados por operadores. No entanto, os sequenciadores centralizados têm os seguintes problemas:

1. Censura de transações: o sequenciador controla o sequenciamento de transações, portanto, pode não incluir transações de usuários;
2. Extração de MEV: o sequenciador pode extrair o valor máximo extraível, o que pode ser desvantajoso para os usuários;
3. Ponto único de falha: se o sequenciador falhar, todo o Rollup será afetado.

Em resposta ao problema da centralização do sequenciador, todos os principais Rollups da Layer2 incluíram a descentralização dos sequenciadores em seus roteiros, mas todos eles ainda estão em fase de planejamento e não foram implementados a curto ou médio prazo. O motivo disso é que a descentralização dos sequenciadores não é uma questão técnica, mas econômica.

Para os interessados nos princípios técnicos do Layer2 Rollup, os senhores podem consultar meu artigo anterior "Ethereum Layer2: A guerra do rollup".

Economia do Layer2 Rollup

O Layer2 Rollup tem três funções principais: Usuário, operador de rollup e camada de base. O processo principal que eles executam é mais ou menos o seguinte: quando os usuários negociam na L2, o operador de rollup atua como a interface entre os usuários e a camada de base e, por fim, publica os dados na camada de base, conforme mostrado:

1. Usuários: Eles enviam suas transações na rede Layer2, implantam seus ativos na Layer2 no Rollup para interações de contrato e pagam taxas ao operador do Rollup.
2. Operadores de rollup: Representam toda a infraestrutura necessária para lidar com transações na rede Layer2. Além dos sequenciadores, há também executores e validadores. Para o Optimistic Rollup, há desafiantes que relatam provas de fraude.
3. Camada de base: Também pode ser entendida como um nó completo. Sua finalidade é proteger o protocolo de dados do Rollup, processar e verificar todas as transações, garantir o estado correto do Rollup e garantir a validade de cada transação. Se for detectada uma transação incorreta, ela será excluída.

Os custos para os operadores de rollup incluem a manutenção de um pool de transações, processamento de lotes em série, cálculo de raízes de estado/diferenças de estado/provas de validade, etc. Esses custos estão relacionados à classificação, verificação de transações, geração de blocos e outras questões envolvidas no processamento de transações em massa. As principais fontes de renda são as recompensas de tokens e o Valor Máximo Extraível (MEV).

O MEV aqui é particularmente importante. O MEV refere-se ao valor extraído além da recompensa padrão do token pela manipulação de transações dentro do bloco, ou seja, pela inclusão, exclusão e alteração da ordem das transações. As formas comuns de extração de MEV incluem ataques de front-running e sanduíche.

Portanto, manter um sequenciador centralizado pode ser a escolha economicamente mais sensata para os operadores de Rollup. No entanto, também há Rollups Layer2 que usam sequenciadores descentralizados, como o Metis.

A Metis promove seu sequenciador de PoS descentralizado como um dos principais pontos de venda. Tanto os operadores do sequenciador quanto os operadores do nó da camada de consenso do Metis precisam apostar um determinado número de tokens como garantia. Se um sequenciador demonstrar comportamento desonesto durante o processamento da transação, outros poderão contestá-lo. Se o desafio for bem-sucedido, o sequenciador perderá parte de suas apostas.

Como os principais Rollups do Layer2 estão todos executando um único sequenciador centralizado, se esses sequenciadores tiverem problemas, todo o programa Rollup será afetado negativamente. O objetivo principal dos usuários que usam o Layer2 Rollup é economizar custos de transação, e uma das ideias básicas por trás do blockchain é evitar a dependência de um único provedor centralizado. A centralização dos sequenciadores é obviamente uma questão urgente que precisa ser resolvida.

Sequenciador compartilhado

A solução para os problemas mencionados acima é um sequenciador compartilhado descentralizado. "Compartilhado" implica que vários Rollups de Camada 2 diferentes podem usar a mesma rede sequenciadora, o que significa que as transações de vários Rollups de Camada 2 são agregadas em um mempool antes de serem classificadas.

O sequenciador compartilhado tem como objetivo aliviar os problemas de extração de MEV, oferecer resistência à censura e aprimorar as garantias de eficácia dos Rollups da Camada 2. Além disso, há dois pontos que merecem ser observados:

1. Modularidade: Assim como a disponibilidade de dados, o sequenciador é um recurso modular. Com relação à disponibilidade de dados, o senhor pode consultar meu artigo anterior "Data Availability: Quem mexeu no queijo do Ethereum?". A necessidade de um sequenciador descentralizado pode ser abstraída em um tipo de "commodity". Essa abordagem engenhosa baseada no pensamento modular, devido ao seu baixo custo e alta eficiência, certamente atrairá um grande número de demandas de "lançamento em cadeia com um clique" do Layer2 Rollup. E todos esses Rollups da Layer2 se beneficiarão da resistência à censura e dos recursos em tempo real que uma rede descentralizada pode oferecer, sem a necessidade de estabelecer essa rede por conta própria.
2. Compatibilidade entre rollups: Como essas soluções de sequenciador compartilhado destinam-se a lidar com a classificação de transações de vários Rollups, elas podem oferecer garantias de interoperabilidade exclusivas que atualmente não estão disponíveis. Por exemplo, os usuários devem poder especificar que uma transação no Rollup 1 só pode ser incluída em um bloco se e somente se uma transação diferente no Rollup 2 também for incluída no mesmo bloco. Ao permitir essa inclusão de transação condicional, os sequenciadores compartilhados podem abrir novas possibilidades, inclusive a arbitragem atômica de rollups cruzados.

Projetos como Espresso, Astria, SUAVE e Radius estão todos focados em soluções de sequenciadores descentralizados, cada um com diferentes caminhos de implementação.

Café expresso

A Espresso Systems, inicialmente uma empresa focada em soluções de privacidade, anunciou em março de 2022 que havia levantado quase US$ 30 milhões em financiamento da Série A, com investimentos da Electric Capital, Sequoia e Blockchain Capital. A Espresso Systems fez uma grande transição para o desenvolvimento do Espresso Sequencer, dedicado a fornecer serviços de classificação descentralizada para Rollups.

O Espresso resolveu o problema da rotação do sequenciador e a determinação da "finalidade" das transações com base no consenso do HotShot, e introduziu o EigenLayer para resolver o problema da admissão do sequenciador.

O mecanismo de re-staking do EigenLayer possibilitou que os stakers da Ethereum também se tornassem Espresso Sequencers, fornecendo garantia de segurança para o consenso do HotShot. Em termos simples, os stakers de nós da Ethereum podem se tornar Espresso Sequencers (ESQ) por meio do mecanismo de re-staking da EigenLayer. Os stakers da Ethereum, ao receberem recompensas dos nós PoS, também capturam o valor do L2 MEV.

Como uma solução universal para sequenciadores descentralizados, os projetos de cooperação ecológica da Espresso incluem não apenas o EigenLayer, mas também uma série de projetos modulares como Arbitrum, OP Stack, Caldera e AltLayer.

Astria

O Astria está posicionado como um sequenciador descentralizado universal e sem permissão, fornecendo serviços de sequenciamento compartilhado prontos para uso para diferentes Rollups. Em termos de financiamento, a Astria anunciou em abril de 2023 que havia concluído uma rodada de financiamento inicial de US$ 5,5 milhões liderada pela Maven 11, com instituições de investimento participantes, incluindo 1k(x), Delphi Digital, Lemniscap, Robot Ventures, etc. Embora o financiamento seja pequeno, a linha institucional é magnífica.

O mecanismo operacional do sequenciador descentralizado do Astria é semelhante ao do Espresso Sequencer. O objetivo é enfraquecer os privilégios do sequenciador, descentralizando os direitos de sequenciamento de transações. Especificamente:

Para a rotação do sequenciador, o Astria propõe dois mecanismos de rotação:

1. Rotação simples de líderes: Um conjunto é formado por sequenciadores eleitos, e o conjunto de sequenciadores se revezam para classificar as transações de rollup. Esse método evita que um único sequenciador monopolize os direitos de sequenciamento de transações por um longo período e resolve, até certo ponto, o problema da censura contínua dos usuários;
2. Algoritmo de consenso BFT (Byzantine Fault Tolerance, tolerância a falhas bizantinas): Semelhante ao mecanismo de rotação de líderes, o sequenciador, por sua vez, tem o direito de ser responsável pela ordenação das transações, mas 2/3 ou mais dos membros do conjunto de sequenciadores devem chegar a um consenso sobre essa ordenação.

SUAVE

O SUAVE é uma solução de sequenciador compartilhado descentralizada e plug-and-play criada pela Flashbots. Como uma solução universal, a SUAVE pode fornecer um pool de memória e construção de blocos descentralizados para qualquer L1/L2. O que diferencia o SUAVE dos projetos de sequenciadores compartilhados mencionados anteriormente é que a cadeia SUAVE em si é uma cadeia compatível com EVM que realiza o sequenciamento de transações por meio de "lances" de blocos.

A arquitetura da SUAVE consiste em três componentes principais:

1. Ambiente de preferências universais: As preferências abrangem uma ampla gama, desde transações simples até eventos complexos. As preferências dos usuários são refletidas no mempool na forma de transações. O ambiente de preferências, como um mempool público, reúne as preferências. O ambiente de preferências universais da SUAVE torna as preferências de várias cadeias publicamente transparentes, elimina a assimetria de informações e, até certo ponto, resolve o problema do MEV entre cadeias.
2. Melhor mercado de execução: O mercado de execução é uma rede da qual participam os executores, responsáveis por monitorar o memepool da SUAVE e competir entre si. A concorrência os leva a oferecer a melhor execução para as preferências dos usuários. Pode-se entender que todos os executores implementam as preferências do usuário por meio de um processo de "licitação", devolvendo ao usuário o máximo possível do MEV gerado pelas transações do usuário.
3. Construção descentralizada de blocos: Por fim, com base nas preferências coletadas e no melhor caminho de execução, a rede descentralizada de construção de blocos os inclui no bloco. Isso completa todo o processo de descoberta de transações, classificação de transações e produção de blocos.

Raio

O objetivo do Radius é servir como uma camada de sequenciamento compartilhado sem confiança. Diferentemente dos mecanismos de implementação das soluções mencionadas anteriormente, o Radius garante que as transações de Rollup sejam sequenciadas sem a necessidade de confiar em ninguém, habilitando um mempool criptografado, eliminando, assim, a censura efetiva do MEV e das transações do usuário.

Em termos de financiamento, a Radius anunciou em junho de 2023 que concluiu uma rodada de financiamento pré-semente de US$ 1,7 milhão, liderada pela Hashed, com a participação de empresas de investimento como Superscrypt, LambdaClass e Crypto.com.

O Espresso, o Astria e outros sequenciadores descentralizados baseados em consenso reduzem, até certo ponto, o MEV e o risco de censura, mas isso ocorre às custas da escalabilidade da rede e da eficiência de tempo, levando a um certo atraso na confirmação da transação (já que é necessário consenso sobre o sequenciamento da transação). Além disso, embora o sequenciamento de transações ocorra em um ambiente descentralizado, devido à transparência das transações relacionadas no mempool, os sequenciadores ainda têm espaço para a extração maliciosa de MEVs. Com o uso de um mempool criptografado, a Radius tem como objetivo impedir a extração maliciosa de MEVs e a censura de transações por parte dos sequenciadores, tornando as informações de transações relacionadas invisíveis para os sequenciadores.

O Radius usa um esquema de criptografia baseado em prova de conhecimento zero, "Practical Verifiable Delay Encryption" (PVDE), para criar um mempool criptografado. O mempool criptografado garante a confiabilidade do sequenciador, mas o risco de falha em um único ponto ainda existe. Se um único sequenciador + mempool criptografado for executado, uma falha no sequenciador causará uma interrupção na rede. Para resolver esse problema, o Radius propõe várias soluções de implementação de sequenciadores descentralizados, incluindo um mecanismo de eleição secreta de líderes e um mecanismo de fragmentação de grupos de sequenciadores.

Sequenciadores compartilhados e MEV

O Astria, o Espresso e o SUAVE incorporam o MEV como parte de seu ecossistema, fornecendo até mesmo algumas conveniências para facilitar o MEV em uma arquitetura PBS. O Radius, por outro lado, evita o MEV criptografando as transações, mas também reconhece que o MEV é um incentivo significativo para os construtores e não pode ser completamente eliminado.

O MEV é um incentivo de mercado significativo. Os Rollups Layer2 convencionais ganham uma quantia considerável monopolizando o MEV por meio da execução de sequenciadores centralizados. A descentralização do direito de sequenciar transações envolve inevitavelmente o compartilhamento de receitas, criando um paradoxo.

A menos que os sequenciadores compartilhados consigam encontrar um equilíbrio entre a proteção dos interesses do usuário e a manutenção dos incentivos do ecossistema - em outras palavras, repassar os lucros para os próprios usuários -, esse poderia ser um ponto de entrada de tráfego significativo para atrair usuários. Isso poderia criar um efeito demonstrativo no nicho do Rollup Layer2, forçando assim outros Rollups Layer2 a adotar sequenciadores compartilhados.

Resumo

O paradigma modular dos sequenciadores compartilhados reduz o limiar técnico para todo o ecossistema do Layer2 Rollup, e a capacidade de composição entre Rollups abre mais possibilidades. No entanto, isso é diferente de terceirizar a camada de disponibilidade de dados. Nenhum projeto de Rollup da Layer2 gostaria de terceirizar seu principal recurso de "coleta de impostos".

Em sua essência, o Layer2 Rollup carece de uma estrutura econômica descentralizada e independente. Abrir mão do sequenciador dificulta a decolagem de seu ecossistema de mercado. Mesmo que adotassem um sequenciador descentralizado, é muito provável que ele fosse descentralizado apenas no nome, mantendo o controle nas mãos dos operadores ou de um pequeno grupo de pessoas, ou que exigisse staking com seus próprios tokens, dando utilidade real aos tokens para sustentar seu preço.

De qualquer forma, haverá muitos novos participantes tanto no campo do Layer2 Rollup quanto no campo do sequenciador compartilhado. Alguns Rollups Layer2 convencionais podem preferir criar suas próprias soluções em vez de usar redes de sequenciamento compartilhadas, enquanto alguns sequenciadores compartilhados bem estabelecidos podem atrair muitos Rollups Layer2 não convencionais, obtendo efeitos de rede poderosos. Sem dúvida, haverá novas mudanças no futuro.

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