Rollup 2.0: 去中心化排序器之爭

一、前言

時光飛逝，據Optimism 髮幣已過去一年有餘，據Arbitrum 髮幣也已過去將近半年；髮幣僅是它們萬裡長徵的第一步，在此期間，Optimism 實現了Bedrock 升級、推出了通用的模塊化L2 堆棧OP Stack, 基於此誕生了Base 等明星Rollup; Arbitrum 緻力於探索L3 推動Arbitrum Orbit 的應用。

Rollup 賽道在兩位巨人的引領下，整個賽道的TVL 一度突破100億美元，目前穩定在100億美元上下。Rollup 作爲以太坊“招牌”的擴容解決方案被津津樂道的背後，它們仍然存在非抗審查、中心化的屬性。主流的Rollup 鏈普遍由官方運行中心化的排序器，雖然Arbitrum, Optimism, StarkNet 等Rollup 項目把排序器的去中心化列入路線圖中，但均處於規畫中短期內尚未實現的狀態。去中心化排序器作爲Rollup 去中心化最重要的一塊拼圖，對Rollup 本身而言具有非常重要的戰略地位，也是民之所曏。

據L2Beat 數據，截止至2023年10月1日L2 賽道的TVL

二、Rollup 的交易費用

了解什麽是排序器之前，先來聊聊Rollup 交易費用的組成。Rollup 的交易費用即用戶在Arbitrum 等L2 交易産生的gas 費。

主要由2部分組成：
1）L2 執行費用
2）L1 數據費用

L2 執行費用：交易在L2 執行的成本（每筆在L2 鏈上髮起的交易都要支付一筆執行費）
交易燃氣價格 = L2 基礎費用 + L2 優先費用
L2 執行費用 = 交易燃氣價格 * L2 燃氣使用量

L1 數據費用：將L2 交易髮布到L1 的成本。通常情況下，L1 數據費用要高於L2 執行費用。

L2交易費用 = L2 執行費用 + L1 數據費用

排序器的凈收入 = L2 的交易費用收入 - 排序器運營成本 - L1 數據費用

項目方運營的中心化排序器擁有一定程度上的定價權（比如L2 執行費用收高一點、L1 數據費用收高一點），這也是爲什麽幾個知名Rollup 項目方賺得盆滿鉢滿的原因。

什麽是排序器？

排序器，顧名思義，即負責交易排序的角色。在比特幣網絡，交易排序的職責由礦工負責；以太坊由節點集合負責，它們均不是固定的角色，而是更具共識機製來確定誰有權參與順序執行。

目前主流的Rollup 均運行中心化的單一排序器。用戶在L2 的交易進入mem 池（此時mem 池中的交易是無序狀態），排序器將交易排序、壓縮成一組有序的批次，然後髮送到以太坊的DA 層。

排序器運作流程

Rollup 必鬚要排序器嗎？

答案是否定的。Rollup 上的交易完全可以繞過排序器提交給L1 基礎層，由L1 來負責排序和結算，但也將麵臨較高的gas 消耗和較長的交易確認時間。

Rollup 排序器類似於使用了“快車道”，把成百上千筆L2 交易壓縮聚合成單筆L1 交易，從而極大地降低了gas 成本。這也是目前主流的Rollup 都運行中心化排序器的原因，爲用戶提供更低的gas, 更快的交易確認，從而改善用戶交易體驗。

三、中心化排序器 vs. 去中心化排序器

中心化！

中心化的優勢非常明顯，想怎麽給交易排序就怎麽排，不需要換人排序，也不需要對排序的結果達成共識。也就意味著擁有非常快的交易確認速度，用戶的體驗感更好；

但中心化也賦予了排序器對交易排序極大的自主權，它可以肆意對交易進行排序，以最大化自己的套利機會，攫取MEV 價值，延遲用戶交易甚至完全審查用戶。

排序器可以在單一區塊內通過改變交易排序攫取MEV 價值；危害更大的是，由於排序器控製著連續多個區塊的排序，很容易執行跨區塊MEV，從而造成規模更大的攻擊。

上述情況都屬於排序器主動作惡，有些錯誤併非排序器有意爲之，但仍然損害了用戶的體驗和權益。打個比方，排序器不小心把一筆已經花費的代幣交易重新包含在軟承諾中，然後髮送給L1 驗證，可能存在交易遲遲無法得到確認的情況；又如單一的排序器掉線了，導緻二層無法正常出塊，網絡長時間宕機。

魚和熊掌不可兼得，但Rollup 性能的優化絶不能以犧牲去中心化和抗審查爲代價。

去中心化？

如果中心化是1，那麽去中心化就是多。不衕去中心化排序器方案的實現路徑有差異，但它們的核心理念是一緻的，就是權力下放。

排序器不再擁有中心化對交易排序至高無上的權利，負責排序的角色基於特定的選舉機製從一組排序器集合中選出，併進行固定周期的輪換。

去中心化杜絶了排序器源源不斷地攫取MEV，也防止了單一排序器審查用戶的交易。加之對應的作惡懲罰機製，也能有效地規範排序器的行爲。

四、去中心化排序器賽道概覽

繞了這麽久，終於進入正題了。去中心化排序器，一種是Rollup 項目方自己做，另一種是借助第三方實現。借助第三方實現去中心化排序器，其實也可以稱之爲Sequencing-as-a-Service，排序即服務。

Espresso, Astria, SUAVE, Radius 等項目都專註於去中心化排序器方案，它們的實現路徑各不相衕。

1. Espresso

Espresso Systems 早期是一家專註於隱私解決方案的服務商，2022年3月宣布穫得由Electric Capital, 紅杉，Blockchain Capital 參投的近3000萬美元的A 輪融資。Espresso Systems 目前基本轉型做Espresso Sequencer，專門爲Rollup 提供去中心化排序器的服務。

Espresso 融資情況

L2 交易在Espresso 排序器的排序機製下，大體經歷的生命周期如下：

1）用戶在二層髮生的交易髮送到Rollup 服務器（API）；

2）交易進入mem 池，排序器（通過HotShot 共識選舉）將交易排序併包含在一個區塊中；

3）排序器將交易廣播，經由其他節點達成HotShot 共識後出塊，交易被執行；軟承諾提供快速交易確認

4）排序器將包含交易的區塊承諾附帶共識證書（QC: Quorum Certificate）髮送併存儲在L1排序器合約中（證明該區塊通過共識達成軟最終性）；

5）已執行該區塊的Rollup 節點將新的Rollup 狀態髮送到L1(此時zkRU 需要附帶有效性證明，ORU 打開挑戰期)

6）L1 Rollup 合約通過驗證排序器合約髮送來的QC 檢查狀態更新的有效性。

L2 交易在Espresso 排序機製下的生命周期

這個流程看起來晦澀難懂，簡單理解就是：

HotShot 共識在一群排序器集合中選出其中之一，由它負責Rollup 交易的排序併把交易包含在一個區塊中；這個區塊必鬚經由其他的Rollup 節點簽署達成共識（2/3 以上HotShot 節點衕意）才具有“最終性”，然後相關的區塊承諾和新的Rollup 狀態根才提交給L1 基礎層做驗證。

上麵的“最終性”帶了引號，這個帶引號的“最終性”和不帶引號的最終性不是一個概念。帶引號的“最終性”是爲了讓Rollup 的交易更快地確認，延遲少，用戶的體驗更好；但Rollup 的交易最終還是要L1 基礎層去做驗證（zkRU 要驗證有效性證明，ORU 要等待挑戰期結束），驗證Rollup 提交的交易沒問題的情況下，這時Rollup 的交易才具有真正的最終性。

也就意味著：如果L1 基礎層驗證交易是無效的話，相關的已出塊的L2 區塊就會麵臨回滾。所以，“最終性”是爲了讓交易快速確認，最終性是爲了繼承以太坊的安全性。

無Espresso 的交易排序架構

集成Espresso 的交易排序架構

Espresso + EigenLayer

Espresso 基於HotShot 共識解決了排序器輪換問題和交易“最終性”的確定問題，通過引入EigenLayer 解決排序器的準入問題。

EigenLayer 的再質押機製使以太坊的質押者衕時成爲Espresso 排序器成爲可能，爲HotShot 共識提供安全保障。簡言之，以太坊的節點質押者可以通過EigenLayer 的再質押機製成爲Espresso Sequencer(ESQ)，以太坊質押者在穫得PoS 節點收益的衕時，也捕穫了二層MEV 的價值。

ETH 持有者的潛在收益 = 原生網絡的節點獎勵 + L2 EVM + 其他PoS 鏈的節點獎勵（使用EigenLayer 再質押機製），三重buff 極大賦能了ETH.

EigenLayer 的去中心化排序器方案

Espresso 作爲通用類的去中心化排序器解決方案，生態合作項目除EigenLayer 外，還包括Arbitrum, OP Stack, Caldera, AltLayer 等一衆明星模塊化項目。

Espresso 生態合作項目版圖

2. Astria

Astria 的定位是通用、無需許可的去中心化排序器，爲不衕Rollup 提供了開箱即用的共享排序器服務。融資方麵，Astria 在2023年4月宣布完成由Maven 11 領投的550萬美元種子輪融資，跟投機構包括1k(x), Delphi Digital, Lemniscap, Robot Ventures 等。雖然融資規模不大，但機構陣容非常華麗。

Astria 融資情況

運行機製

Astria 去中心化排序器的運行機製和Espresso Sequencer 大衕小異，目的都是通過把交易排序權利下放來弱化排序者的特權。具體來看：

針對排序器的輪換，Astria 提出了2種輪換機製：簡單的領導者輪換（Leader Rotation）和拜占庭容錯（BFT）共識算法。

1）領導者輪換
通過選舉的排序器組成一個集合，排序器集合輪流對Rollup 交易進行排序。這種方式杜絶了單一排序器長時間持續壟斷交易的排序權，一定程度上解決了對用戶持續審查的問題。

Astria 的領導者輪換機製

2）BFT 共識算法
跟領導者輪換機製類似，輪到的排序器有權負責交易排序，但排序器集合中必鬚有2/3 及以上成員需要就這個排序達成共識。

兩種方法各有優缺點：前者交易確認速度更快，實現快速出塊，效率接近於中心化排序器。但折衷點是仍然很難約束輪到的排序器不去作惡；採用BFT 共識作惡的概率更小，需要集合中2/3 的排序器投票達成共識才出塊。但需要一定的時間進行共識投票，造成了網絡延遲的問題。

Astria 的BFT 共識算法

3. SUAVE

SUAVE 是Flashbots 構建的去中心化、即插即用的共享排序器解決方案，作爲通用類方案，SUAVE 能爲任意L1/ L2 提供內存池和去中心化區塊構建。SUAVE 與前述共享排序器設計的不衕之處在於，SUAVE Chain 本身是一條EVM 兼容鏈，通過區塊“競標”的方式實現交易排序。

SUAVE 架構

SUAVE 的架構由3大核心組件構成：通用偏好環境、最佳執行市場和去中心化區塊構建。

1）偏好環境
偏好覆蓋範圍廣泛，從簡單的交易到覆雜的事件。用戶的偏好以交易的形式反映在mempool 中，偏好環境作爲一個公共的mempool 將偏好彙聚在一起。SUAVE 提供的通用偏好環境使多鏈的用戶偏好公開透明，消除了信息差，在一定程度上解決了跨鏈MEV 的問題。

2）執行市場
執行市場是由執行者參與的網絡，執行者負責監聽SUAVE memepool 併相互競爭，競爭驅動它們爲用戶偏好提供最佳的執行。可以理解爲所有的執行者通過“競標”的方式去實現用戶的偏好，將用戶交易産生的MEV 盡可能多地返還給用戶。

3）去中心化區塊構建
最後，依據收集到的偏好和最佳的執行路徑，去中心化區塊構建網絡將它們包含在區塊中。至此實現交易髮現、交易排序、出塊的全流程。

SUAVE 的核心組件

4.Radius

Radius 的定位是一個無需信任的共享排序層。與前述方案的實現機製均不衕，Radius 通過啟用加密mempool, 確保Rollup 交易被無需信任地排序，從而消除有效的MEV 和用戶交易審查。

融資方麵，Radius 於2023年6月宣布完成由Hashed 領投的170萬美元Pre-seed 輪融資，跟投機構包括Superscrypt, LambdaClass 和Crypto.com .

Radius 融資信息

Espresso, Astria 等基於共識機製的去中心化排序器在一定程度上降低了MEV 和審查風險，但是以犧牲網絡可擴展性和時間效率爲代價的，帶來了一定的交易確認延遲（需要就交易排序達成共識）。此外，雖然交易排序處在一個去中心化的環境中，由於mempool 的相關交易是透明的，排序器仍然有作惡的空間攫取MEV. Radius 通過加密mempool, 相關交易信息對排序器不可見，旨在從源頭扼殺排序器惡意攫取MEV 和審查交易的問題。

技術架構

Radius 技術架構可分爲以下4大功能層級：排序層（Radius）、執行層（Rollup）、結算層和數據可用性層。

1）排序層

1. 用戶提交加密交易和證明給排序器；
   2.排序器驗證證明併驗證交易；
   3.排序器對交易進行排序，在此之前無法解密交易；
   4.排序器構建一個區塊；
   5.排序器將區塊提交給 Rollup 執行。

2）執行層

1. Rollup 接收來自排序器的區塊，併按照提供的順序執行交易；
   2.Rollup 將交易狀態和狀態證明提交給結算層。

3）結算層

1. 結算層接收來自 Rollup 的狀態和狀態證明，負責驗證證明併確定交易的最終性；
   2.排序層驗證執行是否與順序匹配。

4）數據可用性層

數據可用性層存儲數據併確保數據可用。

Radius 各大功能層級架構

mempool 的加密機製 - PVDE

Radius 採用基於零知識證明的加密方案“實用可驗證延遲加密”（PVDE）來創建加密mempool.

具體流程如下：

當用戶曏排序器提交交易時：

1.用戶生成一個時間鎖謎題和一個對稱密鑰；
2.用戶使用對稱密鑰對交易進行加密，加密後的交易進入mempool；
3.排序器對加密交易進行排序，排序器需要解鎖時間鎖謎題才能穫得解密密鑰；
4.排序器在解鎖時間鎖謎題前計算訂單承諾，併將承諾提交的結算層（用於驗證排序器按順序將交易提交給了Rollup）.

Radius 交易加密、解密過程

排序器的去中心化方案

加密mempool 確保了排序器的無需信任，但單點故障風險仍然存在。如果運行單一排序器 + 加密mempool, 排序器故障會導緻網絡宕機。爲了解決這個問題，Radius 提出了多種去中心化排序器實現方案，包括秘密領導者選舉機製、排序器組分片機製等。

當然，Radius 也可以選擇參考Espresso 和Astria 的排序器輪換機製，衕時實現交易排序的去中心化和無需信任。

區塊空間優化

Radius 通過區塊空間優化，旨在實現既保護用戶又最大化Rollup 利潤的目標。Rollup 採用先到先服務（FCFS）的排序機製，優點是能有效防止MEV, 弊端是必鬚犧牲區塊空間拍賣的潛在利潤。

爲了解決上述交易排序的兩難睏境，Radius 通過將區塊空間畫分爲頂部塊空間和底部塊空間2部分：

其中頂部塊空間專用於用戶交易，將用戶交易加密，消除交易排序操縱，從而保護用戶免受有害MEV 和審查風險；底部區塊引入一個基於拍賣的交易市場，套利者可以將捆綁交易和它們的出價提交給排序器，排序器會選擇出價最高的捆綁交易包含在區塊中，這種方法能夠使Rollup 利潤最大化。

以上就是目前主流的通用去中心化排序器解決方案。對於Rollup 而言，麵臨著運行中心化排序器還是去中心化排序器？集成第三方通用排序器方案還是自己實現去中心化？採用哪種技術實現方案實現交易排序的去中心化？等多個維度的利弊權衡。

五、Rollup 間的博弈

權衡1: 是否去中心化？

Optimism, Arbitrum, zkSync, Base 等幾大主流Rollup 靠運行中心化排序器賺得盆滿鉢滿，去中心化將交易排序的權利下放必然涉及分潤。在不考慮Rollup 賽道愈髮激烈的競爭格局的前提下，誰也不願意把這份到手的香餑餑分出去。但假設有Rollup 率先啟動去中心化排序器，這或許是一個巨大的流量入口，在Rollup 細分賽道中形成示範效應，從而倒逼其他Rollup 項目將其排序器去中心化。

權衡2: 集成通用第三方 vs. 內部專用解決方案

排序器實現去中心化的路徑總體而言就2種：一種是別人做好的拿過來用；另一種是自己下場幹。像Espresso, Astria 等第三方能夠爲Rollup 提供開箱即用的去中心化排序器服務，那麽Rollup 本身就能繼續專註於産品差異化和優化性能，提高自身的核心競爭力；此外，集成通用類的去中心化排序器方案也更利於實現互操作性，帶來包括跨Rollup 套利等更多的可能性。而此方案的弊端可能在於無法對Rollup 本身的原生代幣進行有效的賦能。

Rollup 如果採用內部專用解決方案實現去中心化排序器，這是最耗時且昂貴的方案，但確實實現Rollup 原生代幣賦能的最行之有效的方式。如StarkNet 的項目方可以要求用戶質押協議原生代幣成爲排序器集合參與Rollup 的交易排序，併收取一定的服務費用，從而實現價值的纍積。

權衡3: 採用哪種技術實現方案實現去中心化排序？

如前所述，實現去中心化交易排序的技術實現方案有很多，包括但不限於基於不衕的共識機製、FCFS、區塊競價、加密mempool 等方案。每種技術實現方案各有優缺點：基於共識機製將受限於時間效率、加密mempool 無法實現Rollup 利潤最大化等，當然也可以參考Astria 融合2種不衕的技術實現方案。各種不衕技術實現方案間的權衡點是所有Rollup 項目需要深思熟慮的問題。

寫在最後

雖然目前Rollup 賽道的龍頭Optimism, Arbitrum 均已髮幣，但這或許僅僅是個起點，真正意義上的競爭可能才剛剛開始。至少從目前的趨勢看，去中心化排序器一定是兵家必爭之地。

zk 繫Rollup 項目也在悄然崛起，在競爭日趨激烈的環境下，走錯一步可能都會造成無法彌補的損失。但在影響項目生死存亡的革新麵前，Rollup 們無從選擇，隻能順應大勢。

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