Der Reiz von MEV: Warum die Dezentralisierung von Sequenzern schwierig ist

Was ist ein Sequencer?

Ein Sequencer ist ein wichtiger Bestandteil des Layer2-Rollups von Ethereum. Er empfängt ungeordnete Transaktionen und generiert geordnete Transaktionsbatches. Anschließend können diese Transaktionsbatches in Blöcke zusammengefasst und an die Datenverfügbarkeitsschicht gesendet werden. Nach dem Empfang der Transaktion eines Benutzers liefert der Sequencer einen fast sofortigen Empfang als "weiche Bestätigung", während die "harte Bestätigung" empfangen wird, nachdem die Transaktion an die Datenverfügbarkeitsschicht gesendet wurde.

Mainstream-Layer2-Rollups wie Arbitrum, Optimism, zkSync, StarkNet und Polygon zkEVM führen alle zentralisierte Sequenzer aus, die von Operatoren bedient werden. Zentralisierte Sequenzer haben jedoch die folgenden Probleme:

1. Transaktionszensur: Der Sequenzer steuert die Transaktionssequenzierung, sodass er möglicherweise keine Benutzertransaktionen enthält.
2. MEV-Extraktion: Der Sequenzer kann den maximal extrahierbaren Wert extrahieren, was für den Benutzer nachteilig sein kann.
3. Single Point of Failure: Wenn der Sequenzer ausfällt, ist das gesamte Rollup betroffen.

Als Antwort auf das Problem der Sequenzer-Zentralisierung haben alle großen Layer2-Rollups die Dezentralisierung von Sequenzern in ihre Roadmaps aufgenommen, aber sie befinden sich alle noch in der Planungsphase und wurden kurz- bis mittelfristig nicht umgesetzt. Der Grund dafür ist, dass die Dezentralisierung von Sequenzern keine technische, sondern eine wirtschaftliche Frage ist.

Wer sich für die technischen Grundlagen von Layer2 Rollup interessiert, kann sich auf meinen vorherigen Artikel "Ethereum Layer2: The Rollup War" beziehen.

Wirtschaftlichkeit des Layer2-Rollups

Das Layer2-Rollup hat drei Hauptrollen: Benutzer, Rollup-Operator und Basis-Layer. Der Hauptprozess, den sie ausführen, ist ungefähr: Wenn Benutzer auf L2 handeln, fungiert der Rollup-Operator als Schnittstelle zwischen den Benutzern und dem Basis-Layer und veröffentlicht die Daten schließlich auf dem Basis-Layer, wie gezeigt:

1. Benutzer: Sie senden ihre Transaktionen über das Layer2-Netzwerk, stellen ihre Assets auf Layer2 on Rollup für Vertragsinteraktionen bereit und zahlen Gebühren an den Rollup-Operator.
2. Rollup-Operatoren: Sie repräsentieren die gesamte Infrastruktur, die für die Abwicklung von Transaktionen im Layer2-Netzwerk erforderlich ist. Neben Sequenzern gibt es auch Executors und Validatoren. Für Optimistic Rollup gibt es Herausforderer, die Betrugsbeweise melden.
3. Base Layer: Dies kann auch als Full Node verstanden werden. Sein Zweck ist es, das Datenprotokoll des Rollups zu schützen, alle Transaktionen zu verarbeiten und zu überprüfen, den korrekten Status des Rollups sicherzustellen und die Gültigkeit jeder Transaktion sicherzustellen. Wenn eine fehlerhafte Transaktion erkannt wird, wird sie gelöscht.

Zu den Kosten für Rollup-Operatoren gehören die Pflege eines Transaktionspools, die serielle Stapelverarbeitung, die Berechnung von Zustandswurzeln/Zustandsunterschieden/Gültigkeitsnachweisen usw. Diese Kosten beziehen sich auf das Sortieren, die Transaktionsüberprüfung, die Blockgenerierung und andere Probleme, die mit der Verarbeitung von Massentransaktionen verbunden sind. Die Haupteinnahmequellen sind Token-Belohnungen und der maximale extrahierbare Wert (MEV).

MEV ist hier besonders wichtig. MEV bezieht sich auf den Wert, der über die Standard-Token-Belohnung hinaus extrahiert wird, indem Transaktionen innerhalb des Blocks manipuliert werden, d. h. durch Einschließen, Ausschließen und Ändern der Reihenfolge von Transaktionen. Zu den gängigen Formen der Extraktion von MEV gehören Front-Running- und Sandwich-Angriffe.

Daher kann die Aufrechterhaltung eines zentralisierten Sequenzers die wirtschaftlich sinnvollste Wahl für Rollup-Betreiber sein. Es gibt aber auch Layer2 Rollups, die dezentrale Sequenzer verwenden, wie z.B. Metis.

Metis bewirbt seinen dezentralen PoS-Sequenzer als wichtiges Verkaufsargument. Sowohl die Sequenzer-Operatoren als auch die Konsens-Layer-Node-Betreiber von Metis müssen eine bestimmte Anzahl von Token als Sicherheit einsetzen. Wenn ein Sequenzer während der Transaktionsverarbeitung unehrliches Verhalten zeigt, können andere dies anfechten. Wenn die Herausforderung erfolgreich ist, verliert der Sequenzer einen Teil seines Einsatzes.

Angesichts der Tatsache, dass die Mainstream-Layer2-Rollups alle einen einzigen zentralisierten Sequenzer ausführen, wird das gesamte Rollup-Programm beeinträchtigt, wenn diese Sequenzer Probleme haben. Der Sinn von Benutzern, die Layer2 Rollup verwenden, besteht darin, Transaktionskosten zu sparen, und eine der Grundideen hinter der Blockchain besteht darin, die Abhängigkeit von einem einzigen zentralisierten Anbieter zu vermeiden. Die Zentralisierung von Sequenzern ist offensichtlich ein drängendes Problem, das gelöst werden muss.

Freigegebener Sequenzer

Die Lösung für die oben genannten Probleme ist ein dezentraler Shared Sequencer. "Shared" bedeutet, dass mehrere verschiedene Layer2-Rollups dasselbe Sequencer-Netzwerk verwenden können, was bedeutet, dass Transaktionen aus mehreren Layer2-Rollups in einem Mempool aggregiert werden, bevor sie sortiert werden.

Der gemeinsam genutzte Sequenzer zielt darauf ab, Probleme mit der MEV-Extraktion zu lindern, Zensurresistenz zu bieten und die Wirksamkeitsgarantien von Layer2-Rollups zu verbessern. Darüber hinaus gibt es zwei Punkte, die es zu beachten gilt:

1. Modularität: Genau wie die Datenverfügbarkeit ist auch der Sequenzer modular aufgebaut. In Bezug auf die Datenverfügbarkeit können Sie sich auf meinen vorherigen Artikel "Datenverfügbarkeit: Wer hat Ethereums Käse bewegt?" beziehen. Der Bedarf an einem dezentralen Sequenzer kann zu einer Art "Ware" abstrahiert werden. Dieser ausgeklügelte Ansatz, der auf modularem Denken basiert, wird aufgrund seiner niedrigen Kosten und seiner hohen Effizienz eine große Anzahl von "One-Click-Chain-Launch"-Layer2-Rollup-Anforderungen nach sich ziehen. Und all diese Layer2-Rollups profitieren von der Zensurresistenz und den Echtzeitfähigkeiten, die ein dezentrales Netzwerk bieten kann, ohne dass ein solches Netzwerk selbst eingerichtet werden muss.
2. Cross-Rollup-Composability: Da diese Shared-Sequencer-Lösungen für die Transaktionssortierung mehrerer Rollups gedacht sind, können sie somit einzigartige Interoperabilitätsgarantien bieten, die derzeit nicht verfügbar sind. Zum Beispiel sollten Benutzer in der Lage sein, anzugeben, dass eine Transaktion auf Rollup 1 nur dann in einen Block aufgenommen werden kann, wenn eine andere Transaktion auf Rollup 2 ebenfalls im selben Block enthalten ist. Durch die Aktivierung dieser bedingten Transaktionsinklusion können gemeinsam genutzte Sequenzer neue Möglichkeiten erschließen, einschließlich atomarer Cross-Rollup-Arbitrage.

Projekte wie Espresso, Astria, SUAVE und Radius konzentrieren sich alle auf dezentrale Sequenzer-Lösungen mit jeweils unterschiedlichen Implementierungspfaden.

Espresso

Espresso Systems, ursprünglich ein Unternehmen, das sich auf Datenschutzlösungen konzentrierte, gab im März 2022 bekannt, dass es fast 30 Millionen US-Dollar in einer Serie-A-Finanzierung mit Investitionen von Electric Capital, Sequoia und Blockchain Capital aufgebracht hat. Espresso Systems ist weitgehend auf die Entwicklung des Espresso Sequencers umgestiegen, der sich der Bereitstellung dezentraler Sortierdienste für Rollups widmet.

Espresso hat das Problem der Sequenzer-Rotation und der Bestimmung der "Finalität" von Transaktionen auf der Grundlage des HotShot-Konsenses gelöst und EigenLayer eingeführt, um das Problem der Sequenzer-Zulassung zu lösen.

Der Restaking-Mechanismus von EigenLayer hat es Ethereum-Stakern ermöglicht, auch zu Espresso-Sequenzern zu werden, was eine Sicherheitsgarantie für den HotShot-Konsens bietet. Vereinfacht ausgedrückt können Ethereum-Node-Staker durch den Restaking-Mechanismus von EigenLayer zu Espresso Sequencern (ESQ) werden. Ethereum-Staker verdienen nicht nur Belohnungen von PoS-Knoten, sondern erfassen auch den Wert von L2 MEV.

Als universelle Lösung für dezentrale Sequenzer gehören zu den ökologischen Kooperationsprojekten von Espresso nicht nur EigenLayer, sondern auch eine Vielzahl von Star-Modular-Projekten wie Arbitrum, OP Stack, Caldera und AltLayer.

Astria

Astria positioniert sich als universeller, erlaubnisfreier dezentraler Sequenzer, der sofort einsatzbereite Shared-Sequencing-Dienste für verschiedene Rollups bietet. In Bezug auf die Finanzierung gab Astria im April 2023 bekannt, dass es eine Seed-Finanzierungsrunde in Höhe von 5,5 Millionen US-Dollar unter der Leitung von Maven 11 abgeschlossen hat, an der sich Investmentinstitute wie 1k(x), Delphi Digital, Lemniscap, Robot Ventures usw. beteiligen. Obwohl die Finanzierung gering ist, ist das institutionelle Line-up großartig.

Der Funktionsmechanismus des dezentralen Sequenzers von Astria ähnelt dem des Espresso Sequencers. Der Zweck besteht darin, die Privilegien des Sequenzers durch die Dezentralisierung der Rechte für die Transaktionssequenzierung zu schwächen. Nämlich:

Für die Sequenzer-Rotation schlägt Astria 2 Rotationsmechanismen vor:

1. Einfache Leader-Rotation: Ein Set wird durch ausgewählte Sequenzer gebildet, und der Satz von Sequenzern wechselt sich beim Sortieren von Rollup-Transaktionen ab. Diese Methode verhindert, dass ein einzelner Sequenzer die Sequenzierungsrechte von Transaktionen für lange Zeit monopolisiert, und löst das Problem der kontinuierlichen Zensur der Benutzer bis zu einem gewissen Grad.
2. Byzantine Fault Tolerance (BFT) Konsensalgorithmus: Ähnlich wie beim Leader-Rotationsmechanismus hat der Sequenzer seinerseits das Recht, für die Transaktionsreihenfolge verantwortlich zu sein, aber 2/3 oder mehr der Mitglieder in der Sequenzermenge müssen einen Konsens über diese Reihenfolge erreichen.

SANFT

SUAVE ist eine dezentrale, Plug-and-Play-Shared-Sequencer-Lösung, die von Flashbots entwickelt wurde. Als universelle Lösung kann SUAVE einen Speicherpool und eine dezentrale Blockkonstruktion für jedes L1/L2 bereitstellen. Was SUAVE von den oben genannten Shared-Sequencer-Designs unterscheidet, ist, dass die SUAVE-Chain selbst eine EVM-kompatible Chain ist, die die Transaktionssequenzierung durch Block-"Bidding" erreicht.

Die Architektur von SUAVE besteht aus drei Kernkomponenten:

1. Universal Preference Environment: Die Präferenzen decken ein breites Spektrum ab, von einfachen Transaktionen bis hin zu komplexen Ereignissen. Die Präferenzen der Nutzer spiegeln sich im Mempool in Form von Transaktionen wider. Die Einstellungsumgebung als öffentlicher Mempool führt Präferenzen zusammen. Die universelle Präferenzumgebung von SUAVE macht die Präferenzen mehrerer Chains öffentlich transparent, beseitigt Informationsasymmetrien und löst bis zu einem gewissen Grad das Problem des Cross-Chain-MEV.
2. Best Execution Market: Der Execution Market ist ein Netzwerk von Executoren, die für die Überwachung des SUAVE-Memepools verantwortlich sind und miteinander konkurrieren. Der Wettbewerb treibt sie an, die beste Ausführung für die Benutzerpräferenzen zu bieten. Es versteht sich, dass alle Executors Benutzerpräferenzen durch einen "Gebotsprozess" implementieren und so viel wie möglich von der durch Benutzertransaktionen generierten MEV an den Benutzer zurückgeben.
3. Dezentrale Blockkonstruktion: Basierend auf den gesammelten Präferenzen und dem besten Ausführungspfad nimmt das dezentrale Blockbaunetzwerk diese schließlich in den Block auf. Damit ist der gesamte Prozess der Transaktionserkennung, Transaktionssortierung und Blockproduktion abgeschlossen.

Radius

Das Ziel von Radius ist es, als vertrauenswürdige gemeinsame Sequenzierungsschicht zu dienen. Im Gegensatz zu den Implementierungsmechanismen der oben genannten Lösungen stellt Radius sicher, dass Rollup-Transaktionen sequenziert werden, ohne jemandem vertrauen zu müssen, indem ein verschlüsselter Mempool aktiviert wird, wodurch eine effektive MEV- und Benutzertransaktionszensur vermieden wird.

In Bezug auf die Finanzierung gab Radius im Juni 2023 bekannt, dass es eine Pre-Seed-Finanzierungsrunde in Höhe von 1,7 Millionen USD unter der Leitung von Hashed abgeschlossen hat, an der sich Investmentfirmen wie Superscrypt, LambdaClass und Crypto.com beteiligen.

Espresso, Astria und andere konsensbasierte dezentrale Sequenzer reduzieren das MEV- und Zensurrisiko bis zu einem gewissen Grad, aber dies geht auf Kosten der Skalierbarkeit des Netzwerks und der Zeiteffizienz, was zu einer gewissen Verzögerung der Transaktionsbestätigung führt (da ein Konsens über die Transaktionssequenzierung erforderlich ist). Obwohl die Transaktionssequenzierung in einer dezentralen Umgebung stattfindet, haben Sequenzer aufgrund der Transparenz der zugehörigen Transaktionen im Mempool immer noch Raum für böswillige MEV-Extraktion. Durch die Verwendung eines verschlüsselten Mempools zielt Radius darauf ab, die böswillige MEV-Extraktion und Transaktionszensur der Bud-Sequenzer zu unterbinden, indem es die zugehörigen Transaktionsinformationen für Sequenzer unsichtbar macht.

Radius verwendet ein Zero-Knowledge-Proof-basiertes Verschlüsselungsschema, "Practical Verifiable Delay Encryption" (PVDE), um einen verschlüsselten Mempool zu erstellen. Der verschlüsselte Mempool stellt die Vertrauenswürdigkeit des Sequenzers sicher, aber das Risiko eines Single-Point-Failures besteht weiterhin. Wenn ein einzelner Sequenzer + verschlüsselter Mempool ausgeführt wird, führt ein Sequencer-Ausfall zu einem Netzwerkausfall. Um dieses Problem zu lösen, bietet Radius mehrere dezentrale Sequenzer-Implementierungslösungen an, darunter einen geheimen Mechanismus für die Wahl von Anführern und einen Sharding-Mechanismus für Sequenzergruppen.

Shared Sequencer und MEV

Astria, Espresso und SUAVE integrieren MEV als Teil ihres Ökosystems und bieten sogar einige Annehmlichkeiten, um MEV in einer PBS-Architektur zu erleichtern. Radius hingegen vermeidet MEV durch die Verschlüsselung von Transaktionen, erkennt aber auch an, dass MEV ein erheblicher Anreiz für Bauherren ist und nicht vollständig eliminiert werden kann.

MEV ist ein bedeutender Marktanreiz. Mainstream-Layer2-Rollups verdienen eine beträchtliche Menge, indem sie MEV durch den Betrieb zentralisierter Sequenzer monopolisieren. Die Dezentralisierung des Rechts auf Sequenzierung von Transaktionen führt unweigerlich zu einer Umsatzbeteiligung, was zu einem Paradoxon führt.

Wenn Shared Sequencer nicht in der Lage sind, ein Gleichgewicht zwischen dem Schutz der Nutzerinteressen und der Aufrechterhaltung von Anreizen für das Ökosystem zu finden - mit anderen Worten, die Gewinne an die Nutzer selbst weiterzugeben - könnte dies möglicherweise ein wichtiger Traffic-Einstiegspunkt sein, um Nutzer anzuziehen. Dies könnte einen demonstrativen Effekt in der Layer2-Rollup-Nische erzeugen und andere Layer2-Rollups dazu zwingen, gemeinsam genutzte Sequenzer zu verwenden.

Zusammenfassung

Das modulare Paradigma der gemeinsam genutzten Sequenzer senkt die technische Schwelle für das gesamte Layer2-Rollup-Ökosystem, und die Cross-Rollup-Composability eröffnet mehr Möglichkeiten. Es unterscheidet sich jedoch vom Outsourcing der Datenverfügbarkeitsschicht. Kein Layer2-Rollup-Projekt würde seine Kernfunktion "Steuererhebung" auslagern wollen.

Im Kern fehlt Layer2 Rollup ein unabhängiger dezentraler wirtschaftlicher Rahmen. Der Verzicht auf den Sequenzer erschwert den Start des Markt-Ökosystems. Selbst wenn sie einen dezentralen Sequenzer einführen würden, wäre es sehr wahrscheinlich, dass sie entweder nur dem Namen nach dezentralisiert wären und die Kontrolle in den Händen von Betreibern oder einer kleinen Gruppe von Personen behalten würden oder ein Staking mit ihren eigenen Token erfordern würden, was den Token einen echten Nutzen verleiht, um ihren Preis zu stützen.

Unabhängig davon wird es viele neue Teilnehmer sowohl im Layer2-Rollup-Feld als auch im Shared-Sequencer-Feld geben. Einige Mainstream-Layer2-Rollups ziehen es möglicherweise vor, ihre proprietären Lösungen zu erstellen, anstatt gemeinsam genutzte Sequenzierungsnetzwerke zu verwenden, während einige gut etablierte Layer2-Rollups viele Nicht-Mainstream-Layer2-Rollups anziehen und so starke Netzwerkeffekte erzielen. In Zukunft wird es zweifellos neue Veränderungen geben.

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