以太坊L2排序器中心化现状:去中心化共享方案探索

2025-08-11 23:12:46

以太坊的Rollup是中心化的:去中心化排序器探究

1. 要点

交易排序已成为第二层(L2)领域一个日益严重的问题。L2 rollup为用户提供廉价交易的执行层,然后将交易数据提交给第一层(L1)以太坊。
排序器负责将交易排序成组。它们接收无序交易,在链外处理成组,生成压缩的有序交易批次提交到L1。
Rollup并不一定需要排序器,这只是为了提供更好用户体验的设计选择。然而,目前所有主要L2项目都发现运行中心化排序器更方便、更便宜、更用户友好。
中心化排序器存在审查交易、提取MEV和单点故障等问题。解决方案是共享的去中心化排序器网络。
共享排序器为rollup提供去中心化服务。除了解决上述问题,还可以实现跨rollup功能,开启新的可能性。Espresso、Astria和Radius等项目正在开发创新的共享排序解决方案。

2. 简介

随着以太坊L2 rollup生态系统的普及,排序器这一经常被忽视的方面变得越来越重要。排序器通过提供更好的用户体验、更低的费用和更快的交易确认来改善rollup。然而,目前所有主要L2项目都采用中心化排序器,这可能被视为不符合加密货币精神。

虽然大多数L2项目都计划去中心化其排序器,但对如何实现还没有共识。自2021年下半年以来,Arbitrum和Optimism在去中心化排序器方面进展有限。

本报告将详细研究排序器的作用和以太坊rollup领域的现状,深入探讨正在开发解决方案的项目,即去中心化的共享排序网络。我们将介绍这些项目的独特之处,并思考这对以太坊L2 rollup领域的未来意味着什么。

3. 什么是排序器?

区块链是由按区块排序的带时间戳的交易数据组成的分布式账本。最初交易数据是无序的,经排序后组织成区块并执行,创建区块链的新状态。对以太坊等L1区块链,交易排序发生在基础层本身。

在以太坊最受欢迎的可扩展性解决方案L2 rollup中,交易排序成为一个重要问题。Rollup为用户提供廉价交易的执行层,然后将交易数据提交给L1。单批提交的交易通常包含数百或数千个压缩的L2交易,降低了向L1发送数据的成本。

在L2 rollup中,排序器负责将交易排序成组。它们接收无序交易,在链外处理成组,生成压缩的有序交易批次。这些交易可被放入区块并发送到L1。批量交易还可以在数据可用性(DA)层使用。排序器还为用户提供"软确认",作为近乎即时的收据。

为什么Rollup要使用排序器,为什么它是一个问题?

排序器的根本目标是改善用户体验。使用排序器进行L2交易类似于"快车道",可以降低费用并加快交易确认。排序器可将数百上千笔L2交易压缩成单笔L1交易,节省gas费。此外,排序器提供的软确认使rollup交易能快速确认。

重要的是,rollup并不需要排序器,这只是为了更好用户体验的设计选择。例如,rollup也可以使用以太坊L1进行排序,但这可能相对低效和昂贵。这意味着目前所有主要L2项目都发现运行中心化排序器更方便、更便宜、更用户友好。

鉴于排序器控制交易排序,它们可以排除用户交易,也可以提取MEV。如果只有一个排序器,中心化风险更大。如果唯一的排序器出现故障,整个rollup都会受影响。多排序器设置可降低这种风险。

通过这种设置,排序器可被视为用户的半信任方。虽然不能阻止用户使用L2,但可以延迟交易、导致额外gas费,并从交易中获取价值。

MEV的相关性

MEV指从区块生产中获得的超出常规奖励的价值,通过操纵交易顺序来提取。常见形式包括前置运行和三明治攻击。

鉴于排序器在L2 rollup中的角色,它们可以了解所有链外交易。由于通常由项目本身运行,许多用户担心无法看到潜在的MEV提取。即使没有这些顾虑,中心化排序器也会影响协议的去中心化程度。

排序器市场现状

目前所有主要以太坊L2都依赖中心化排序器。随着越来越多交易转移到L2,大量交易将受到中心化力量的影响。

大多数L2项目都计划去中心化排序器,但进展有限。许多项目将资源用于改进核心产品,而非专注于去中心化。这在某种程度上可以理解,但随着项目成熟,讨论正迅速转向排序器去中心化。

其他问题

关于依赖中心化排序器的风险程度存在一些讨论。

排序器可以排除交易和提取MEV,但用户最终可以绕过排序器直接向L1提交交易。虽然这会导致延迟和额外费用,但排序器无法完全审查。这可能是大型L2项目不太专注于去中心化排序器的原因之一。

也许更大的问题是实时性。如果唯一的中心化排序器出现问题,整个rollup都会受影响。虽然用户仍可直接访问L1,但这并非长期可行的方法。

鉴于加密货币的基本理念之一是防止依赖唯一中心化提供商,排序器中心化显然是一个亟待解决的重要问题。

4. 解决方案:去中心化共享排序器

概述

解决上述问题的新方案是去中心化共享排序器。不同项目的具体解决方案各不相同,但基本理念是相同的。

"共享"指多个rollup可以使用同一网络,来自多个rollup的交易在排序前聚合在一个mempool中。这有助于减少MEV提取和审查。

"去中心化"指采用领导者轮换机制,不是由单个actor对所有交易排序,而是从一组去中心化actor中选出leader。这有助于防止审查,并提供有效性保证。

共享排序器旨在缓解MEV提取、提供抗审查能力,并提高rollup的有效性保证。此外还有两点值得注意:

去中心化即服务:共享排序器为任意数量的rollup提供去中心化服务,使它们受益于抗审查性和有效性,而无需自行建立网络。这是一个主要卖点,因为目前还没有任何项目实现排序器去中心化,说明这并非易事。
跨rollup可组合性:由于处理多个rollup的排序,可以提供独特的互操作性保证。例如用户可以指定Rollup 1的交易只有在Rollup 2的特定交易也包含在同一区块时才执行。这可以释放新的可能性,如原子跨rollup套利。

许多项目正在开发共享排序解决方案,下面重点介绍几个及其策略。

Espresso

Espresso Systems致力于构建将Web3引入主流的工具,特别关注L2 rollup和以太坊生态系统。在开发共享排序器之前,他们致力于改善区块链隐私,开发了CAPE应用程序。他们还通过Jellyfish密码学库和Hyperplonk等倡议为开源开发者工具做出贡献。

2022年11月,Espresso开始分享他们在Espresso Sequencer上的工作。

概述

Espresso Sequencer是一个去中心化共享排序网络,旨在去中心化rollup,同时提供安全、高吞吐量、低延迟的交易排序和数据可用性。

它的设计目的是处理rollup的去中心化排序和数据可用性,在rollup和底层L1之间充当中间件网络。

Espresso Sequencer的设计与虚拟机(VM)无关,可用于非以太坊VM、零知识VM和乐观VM。

它是如何运作的?

排序器的核心是共识协议HotShot。HotShot以HotStuff共识协议为基础,结合了多个不同领域的最新发展成果。

HotShot是开放的、无权限的,它将参与排序器网络的权力下放,在提供高吞吐量和快速最终结果的同时,还保证了安全性和有效性。HotShot采用的是权益证明(PoS)安全模型,Espresso团队对其提出的关键要求之一是在不影响验证器集规模的情况下实现强大的性能。具体来说,HotShot至少应能扩展到包括所有以太坊验证者(目前超过70万)的参与。

Espresso Systems试图通过使用以太坊现有的验证器集,为其排序器实现以太坊级别的安全性。这种设置有两个关键原因:

安全性:启动去中心化PoS共识协议的成本极高,而且需要耗费大量能源。即便如此,获得足够数量的网络参与者也可能是一个巨大的挑战。通过使用与以太坊相同的验证器,排序器可以达到自身很难达到的安全性、有效性和去中心化水平。
激励一致:从概念上讲,让以太坊L1验证者参与运行以太坊L2 rollup所运行的协议是合理的。在实际操作中,在中心化排序器设置中,rollup产生的几乎所有费用和MEV都可能被排序器获取。如果没有(或很少)与L1验证器共享这些价值,那么就有理由担心这是否会影响rollup的安全性。

Espresso将寻求通过重质押合约,特别是与EigenLayer建立这种合作关系。通过EigenLayer重质押,用户可以在多个协议中质押他们的ETH和ETH流动性质押代币,从而将经济安全性扩展到以太坊本身之外。

提拉米苏数据可用性

大多数rollup依赖L1区块链(如以太坊)来提供数据。然而,这并不理想,因为L1区块空间稀缺且昂贵,导致用户交易费用高昂。Espresso Systems使用其高效的Tiramisu数据可用性解决方案来解决这一问题。

Tiramisu有三个层次:

Savoiardi:抗贿赂层,提供最高级别的安全性。
Mascarpone:通过选举小型数据管理委员会来保证高效的数据恢复。
Cocoa:为Tiramisu提供内容交付网络,帮助实现"Web2级性能"。

Espresso Systems在设计其协议时考虑到了灵活性和模块化,使用其排序器的rollup如果不想使用Tiramisu,也可以使用任何其他数据可用性解决方案。