Ethereum Rollup є централізованим: дослідження децентралізованих сортувальників

1. Основні моменти

• Сортування транзакцій стало дедалі серйознішою проблемою в другому рівні (L2). L2 rollup надає користувачам дешеву платформу для виконання транзакцій, а потім передає дані про транзакції на перший рівень (L1) Ethereum.

• Сортировщик відповідає за групування транзакцій. Він отримує неупорядковані транзакції, обробляє їх поза ланцюгом у групи та створює стиснуті упорядковані пакети транзакцій, які подаються до L1.

• Rollup не обов'язково потребує сортувальника, це лише дизайнерський вибір, щоб забезпечити кращий досвід користувача. Однак наразі всі основні L2 проекти виявили, що запуск централізованого сортувальника є зручнішим, дешевшим і дружнішим до користувачів.

• Централізовані сортувальники мають проблеми з цензуруванням транзакцій, вилученням MEV та єдиною точкою відмови. Рішенням є спільна мережа децентралізованих сортувальників.

• Спільний сортувальник надає послуги децентралізації для rollup. Окрім вирішення вищезгаданих проблем, він також може реалізувати крос-rollup функції, відкриваючи нові можливості. Такі проекти, як Espresso, Astria та Radius, розробляють інноваційні рішення для спільного сортування.

2. Вступ

З поширенням екосистеми L2 rollup на Ethereum аспект, що часто ігнорується, а саме сортувальники, стає все більш важливим. Сортувальники покращують rollup, пропонуючи кращий користувацький досвід, нижчі витрати та швидше підтвердження транзакцій. Проте наразі всі основні L2 проєкти використовують централізовані сортувальники, що може розглядатися як невідповідність духу криптовалюти.

Хоча більшість проектів L2 планують децентралізувати свої сортувальники, поки що немає єдиного підходу до того, як це реалізувати. Від другої половини 2021 року Arbitrum та Optimism досягли обмеженого прогресу в децентралізації сортувальників.

Цей звіт детально вивчить роль сортувальника та стан області rollup Ethereum, глибоко досліджуючи проєкти, що розробляють рішення, а саме децентралізовану мережу спільного сортування. Ми представимо унікальні особливості цих проєктів і подумаємо, що це означає для майбутнього області L2 rollup Ethereum.

3. Що таке сортувальник?

Блокчейн — це розподілений реєстр, що складається з транзакційних даних з мітками часу, впорядкованих за блоками. Спочатку транзакційні дані є неупорядкованими, після впорядкування вони організовуються в блоки та виконуються, створюючи новий стан блокчейну. Для L1 блокчейнів, таких як Ethereum, впорядкування транзакцій відбувається на самій базовій ланці.

У найпопулярнішому рішенні для масштабування Ethereum L2 rollup, впорядкування транзакцій стало важливою проблемою. Rollup надає користувачам дешевий рівень виконання транзакцій, а потім передає дані транзакцій до L1. Одноразова подача транзакцій зазвичай містить сотні або тисячі стиснуті L2 транзакцій, що знижує витрати на передачу даних до L1.

У L2 rollup сортувальник відповідає за впорядкування транзакцій у групи. Вони отримують неупорядковані транзакції, обробляють їх у групи поза ланцюгом, генеруючи стиснуті впорядковані пакетні транзакції. Ці транзакції можуть бути поміщені в блоки та надіслані на L1. Пакетні транзакції також можуть використовуватися на рівні доступності даних (DA). Сортувальник також надає користувачам "м'яке підтвердження" як практично миттєвий чек.

Чому Rollup повинен використовувати сортувальник, чому це проблема?

Основна мета сортувальника - покращити користувацький досвід. Використання сортувальника для L2-транзакцій подібне до "швидкісної смуги", що дозволяє знизити витрати та прискорити підтвердження транзакцій. Сортувальник може стиснути сотні або тисячі L2-транзакцій в одну L1-транзакцію, заощаджуючи gas-кошти. Крім того, м'яке підтвердження, яке надає сортувальник, дозволяє швидко підтверджувати rollup-транзакції.

Важливо, що rollup не потребує сортувальника, це лише дизайнерський вибір для кращого користувацького досвіду. Наприклад, rollup також може використовувати Ethereum L1 для сортування, але це може бути відносно неефективно та дорого. Це означає, що наразі всі основні проекти L2 вважають, що працювати з централізованим сортувальником зручніше, дешевше та дружніше для користувачів.

Оскільки сортувальник контролює порядок транзакцій, він може виключати транзакції користувачів, а також витягувати MEV. Якщо є тільки один сортувальник, ризик централізації є більшим. Якщо єдиний сортувальник зазнає збоїв, весь rollup буде під загрозою. Налаштування з кількома сортувальниками може зменшити цей ризик.

Завдяки цій налаштуванні, сортувальник може розглядатися як напівдостовірний учасник для користувача. Хоча він не може завадити користувачам використовувати L2, він може затримувати транзакції, призводити до додаткових витрат на газ та отримувати цінність з транзакцій.

Кореляція MEV

MEV вказує на вартість, отриману від виробництва блоків, яка перевищує звичайні винагороди, шляхом маніпулювання порядком транзакцій. Поширеними формами є фронтранінг та сандвіч-атаки.

Враховуючи роль сортувальників у L2 rollup, вони можуть зрозуміти всі позамережеві транзакції. Оскільки зазвичай їх управляє сам проект, багато користувачів стурбовані тим, що не можуть побачити потенційне витягування MEV. Навіть без цих побоювань централізовані сортувальники впливають на ступінь децентралізації протоколу.

Стан ринку сортировщиків

Наразі всі основні Ethereum L2 залежать від централізованих сортувальників. Зі збільшенням кількості транзакцій, що переходять на L2, значна частина транзакцій буде під впливом централізованих сил.

Більшість L2 проектів планують децентралізовані сортувальники, але прогрес обмежений. Багато проектів витрачають ресурси на покращення основного продукту, а не зосереджуються на децентралізації. Це певною мірою можна зрозуміти, але з ростом зрілості проектів обговорення швидко переходить до децентралізації сортувальників.

Інші питання

Є деякі дискусії щодо рівня ризику, пов'язаного з залежністю від централізованих сортувальників.

Сортувальник може виключати торги та витягувати MEV, але користувачі врешті-решт можуть обійти сортувальник і безпосередньо подавати торги до L1. Хоча це може призвести до затримок і додаткових витрат, сортувальник не може повністю перевірити. Це може бути однією з причин, чому великі L2 проекти не дуже зосереджені на децентралізованих сортувальниках.

Можливо, більша проблема полягає в реальному часі. Якщо єдиний централізований сортувальник зазнає збою, весь rollup буде під загрозою. Хоча користувачі все ще можуть безпосередньо отримувати доступ до L1, це не є довгостроковим життєздатним рішенням.

Враховуючи, що однією з основних ідей криптовалюти є запобігання залежності від єдиного централізованого постачальника, централізація сортировщиків є очевидною важливою проблемою, яку необхідно вирішити.

4. Рішення: Децентралізація спільного сортувальника

Огляд

Рішення вищезазначених проблем полягає в децентралізованому спільному сортувальнику. Конкретні рішення для різних проектів можуть відрізнятися, але основна ідея залишається такою ж.

"Спільне" означає, що кілька rollup можуть використовувати одну й ту ж мережу, а транзакції з кількох rollup агрегіруються в одному mempool перед сортуванням. Це допомагає зменшити вилучення MEV та цензуру.

"Децентралізація" означає використання механізму ротації лідерів, а не те, що один актор впорядковує всі транзакції, а скоріше вибирається лідер з групи децентралізованих акторів. Це допомагає запобігти цензурі та забезпечити гарантії достовірності.

Спільний сортувальник призначений для пом'якшення витягнення MEV, забезпечення антикорупційних можливостей та підвищення ефективності rollup. Крім того, є ще дві важливі пункти:

1. Децентралізація як послуга: спільний сортувальник надає децентралізовані послуги для будь-якої кількості rollup, дозволяючи їм отримувати вигоду від антицензурності та ефективності, не створюючи власну мережу. Це головна перевага, оскільки на даний момент жоден проект не реалізував децентралізацію сортувальника, що свідчить про те, що це не легко.

2. Крос-роллапна комбінація: через обробку впорядкування кількох роллапів можна забезпечити унікальні гарантії взаємодії. Наприклад, користувач може вказати, що транзакція Роллапу 1 виконується лише тоді, коли певна транзакція Роллапу 2 також міститься в одному блоці. Це може відкрити нові можливості, такі як атомарний крос-роллап арбітраж.

Багато проєктів розробляють рішення для спільного сортування, нижче акцентується на кількох з них та їхніх стратегіях.

Еспресо

Espresso Systems прагне створити інструменти, які введуть Web3 в мейнстрім, з особливим акцентом на L2 rollup та екосистему Ethereum. Перед розробкою спільного сортувальника вони прагнули покращити конфіденційність блокчейну та розробили додаток CAPE. Вони також внесли свій внесок у інструменти для розробників з відкритим кодом через такі ініціативи, як бібліотека криптографії Jellyfish та Hyperplonk.

У листопаді 2022 року Espresso почала ділитися своєю роботою над Espresso Sequencer.

Огляд

Espresso Sequencer - це децентралізована мережа спільного сортування, призначена для децентралізованого rollup, одночасно забезпечуючи безпеку, високу пропускну здатність та низьку затримку при сортуванні транзакцій і доступності даних.

Його дизайн полягає в обробці децентралізованого сортування та доступності даних rollup, виступаючи в ролі проміжної мережі між rollup та основним L1.

Дизайн Espresso Sequencer не пов'язаний з віртуальною машиною (VM) і може використовуватися з не-Ethereum VM, нульовими знаннями VM та оптимістичними VM.

Як це працює?

Ядро сортувальника — це консенсусний протокол HotShot. HotShot базується на консенсусному протоколі HotStuff та поєднує останні досягнення з кількох різних галузей.

HotShot є відкритим, без дозволів, він децентралізує владу в мережі сортувальників, забезпечуючи високу пропускну здатність і швидкі остаточні результати, водночас гарантує безпеку та ефективність. HotShot використовує модель безпеки на основі доказу частки (PoS), одна з ключових вимог команди Espresso полягає в досягненні потужних характеристик без впливу на масштаб збірки валідацій. Конкретно, HotShot повинен принаймні здатен масштабуватися до включення всіх валідацій Ethereum (, які наразі перевищують 700 ) учасників.

Espresso Systems намагається досягти безпеки на рівні Ethereum для свого сортувальника, використовуючи існуючий набір валідаторів Ethereum. Ця налаштування має дві ключові причини:

1. Безпека: Запуск децентралізованого PoS консенсус-протоколу є надзвичайно дорогим і вимагає великої кількості енергії. Навіть так, отримати достатню кількість учасників мережі може бути величезним викликом. Використовуючи тих же валідаторів, що й Ethereum, сортувальники можуть досягти рівня безпеки, ефективності та децентралізації, якого їм важко досягти самостійно.

2. Заохочення узгодженості: концептуально, залучення L1 валідацій Ethereum до роботи з протоколом, на якому працює L2 rollup, є розумним. У практичній реалізації, в налаштуваннях централізованого сортувальника, майже всі витрати та MEV, що генеруються rollup, можуть бути отримані сортувальником. Якщо немає ( або дуже мало ), що діляться з L1 валідаціями, тоді є підстави хвилюватися, чи вплине це на безпеку rollup.

Espresso буде прагнути встановити таку співпрацю через контракти повторної застави, зокрема, з EigenLayer. Завдяки повторній заставі EigenLayer, користувачі можуть ставити свої ETH та токени ліквідної застави ETH на кількох протоколах, розширюючи економічну безпеку за межі самого Ethereum.

Доступність даних Тірамісу

Більшість rollup залежать від L1 блокчейнів (, таких як Ethereum ), для надання даних. Однак це не ідеально, оскільки простір блоків L1 обмежений і дорогий, що призводить до високих витрат на транзакції для користувачів. Espresso Systems використовує своє ефективне рішення Tiramisu для доступності даних, щоб вирішити цю проблему.

Tiramisu має три шари:

1. Savoiardi: Антикорупційний рівень, що забезпечує найвищий рівень безпеки.
2. Маскарпоне: через вибори невеликого комітету з управління даними забезпечити ефективне відновлення даних.
3. Cocoa: забезпечує мережу доставки контенту для Tiramisu, допомагаючи досягти "Web2 рівня продуктивності".

Espresso Systems врахувала гнучкість і модульність при проектуванні свого протоколу, використовуючи rollup свого сортувальника, якщо не хоче використовувати Tiramisu, може також використовувати будь-яке інше рішення для доступності даних.

Останнє оновлення

• 28 листопада 2022 року: Americano є першою тестовою мережею Espresso Sequencer та HotShot.
• 20 липня 2023 року: Doppio є другим важливим етапом і тестовою мережею HotShot та Espresso Sequencer. Одночасно був опублікований білий документ всього проекту. Doppio приніс безліч покращень ефективності для HotShot.
• 4 серпня 2023 року: Офіційний запуск тестової мережі Doppio для публіки. Опубліковано результати продуктивності та наступні плани.

![Бінанс дослідницький інститут