Layer2排序器解析：中心化難題與未來去中心化趨勢探討

Layer2的主要收入來源是用戶在Rollup上進行交易時支付的Gas費。扣除Layer2向Layer1提交數據時所需的Gas費後，剩餘部分基本都是利潤。根據粗略統計，OP Mainnet在2023年6-12月的利潤約爲523萬美元，Arbitrum全年利潤爲1650萬美元，zkSync Era在2023年3-12月的利潤達2224萬美元。

這些巨額利潤的背後與Layer2唯一運行的排序器密切相關。那麼，排序器是什麼?它在Layer2中如何工作?中心化排序器面臨哪些問題?未來排序器將如何發展?本文將深入探討這些問題。

排序器的原理

排序器是Layer2中的關鍵角色。它主要負責接收Layer2用戶的交易並執行,然後將排序和壓縮後的批處理提交到Layer1。

我們可以用公共交通的例子來類比。以往用戶在以太坊上交易,就像自己開車進城辦事,高峯期容易堵車。Layer2就像是以太坊的公共交通方案,排序器就是公交車司機。司機告訴大家不用自己開車了,只要支付一些服務費(比自駕便宜),就能送大家到目的地,既省錢又省力。爲了最大化利用車內空間,司機會盡可能裝滿乘客再發車,還會對乘客進行重新排列,使車內乘客"嚴絲合縫"。

誰可以運行排序器?

有幾種常見方案:

• 中心化排序器

Layer2團隊直接或指定某組織唯一運行排序器。這種方式效率高成本低,是Layer2團隊最喜歡的方案。

• 完全無許可的排序器

任何人都可以對交易排序並提交到Layer1。這種方案看似簡單公平,但缺點明顯。排序器不等同於Layer1的礦工或驗證者,不會提高最終安全性。多個參與者同時提交批處理,最後只有一個會被收錄,造成其他排序器的資源和Gas浪費。

排序器按什麼標準排序?

通常有兩種方式:

1. 先到先服務,類似先上公交車先佔座,先發出的交易先排序。

2. 按Gas費排序,急需處理的交易可以多付費獲得優先權。

主流Layer2多採用第一種方式。但本質上Layer2對排序方式沒有硬性規定,排序器甚至可以隨意排序,就像公交司機可以拒載或提前給熟人佔座一樣。

排序器可以作惡嗎?如何防止?

理論上排序器可以作惡。它權力很大,可以撤銷某人交易並謊報成功,或在交易中夾雜惡意交易獲利。

爲防止作惡,不同Layer2有不同約束方式:

• Optimistic Rollup採用欺詐證明,默認排序器誠實,爭議期內(通常一周)若無人證明數據有誤,提交的數據將不可更改。

• ZK Rollup採用有效性證明,對排序器發布的批處理立即驗證,通過後交易在Layer1得到最終確認,無爭議期。

現狀:中心化排序器引發的問題

目前主流Layer2如OP Mainnet、Arbitrum One、Starknet及zkSync Era都採用中心化排序器,由官方或附屬組織運行。

中心化排序器對Layer2項目有諸多好處,如易於管理、提高效率並能獲取收入。雖然它們承諾維護用戶利益不作惡,但仍引發用戶擔憂。

抗審查性弱

單一中心化實體運行的排序器,抗審查性遠不如Layer1的衆多驗證者或礦工。團隊可能因法規要求剔除某些交易,或將某些交易列入黑名單。雖然大多數Layer2設計了機制讓用戶能繞過排序器直接向Layer1提交交易,但用戶需付出額外成本。

弱活躍性

相比每秒成千上萬的交易請求,單個中心化排序器因硬件等原因無法同時處理如此多請求。當排序器過載且無備用排序器時,可能導致整個系統宕機,如Arbitrum發放空投時曾短暫宕機。

獲取不當MEV收益

MEV(最大可提取價值)指通過操縱交易獲取的額外收益。Layer2中,排序器與Layer1礦工/驗證者類似有權操縱交易順序。盡管排序器由Layer2團隊運行,但我們仍無法完全信任。特別是OP Mainnet使用私有內存池,相當於黑箱操作,雖聲稱是爲防他人監控交易獲取不當MEV收益。

未來

主流Layer2意識到中心化排序器的問題,都提出了去中心化排序器方案。但目前僅體現在官方文檔或白皮書中,相比分散權力和收益,它們似乎更專注於打造核心競爭力(網路性能、生態建設)。

去中心化排序器

幾種去中心化排序器方案:

• 地理去中心化

將排序器分布在全球不同地點,由信譽良好且利益相關的組織運行。通過輪換決定誰在特定時期進行交易排序。雖仍有問題,但比單一中心化排序器具有更好的抗審查性和活性。

• 排序器拍賣

Rollup通過智能合約直接進行排序器拍賣。任何人可競標運行權,針對每個區塊或特定時間段。獲勝方需質押保證金以防作惡。拍賣所得可由Rollup有效分配。

• 領導者選舉

任何人可將代幣質押到Layer2智能合約,每次提交批處理時從質押者中隨機抽取排序者(抽中概率可與質押金額成正比)。

• Based Rollup

由以太坊驗證者直接主導Layer2交易排序,完全取代Layer2自有排序器。此方案操作難度高,目前仍有技術問題待解決。

共享排序器

指取消單個Layer2專屬排序器,多個Layer2共用第三方排序器網路。

優點包括Layer2間原子可組合性、防止MEV提取等。目前多個項目正在建立共享排序器網路,如Astria、Radius和Espresso等。

總結與思考

消除單點故障和緩解系統性風險是加密精神之一,去中心化排序器的想法源於此。但從實際角度看,去中心化或共享排序器能否完美解決中心化排序器的問題仍有疑問。

MEV方面,以太坊The Merge後,Flashbots統計的區塊提議者已實現288829ETH的REV提取。這還只是不完全數據,可見MEV市場規模巨大。適度的MEV有利於市場穩定,但過度追求可能導致惡意操作,損害普通用戶利益。

Rollup排序器去中心化後,是否也會形成類似以太坊的MEV市場格局?相比信任Rollup團隊可能造成的單點故障,市場無序競爭引發的混亂和另一種中心化也令人擔憂。

共享排序器雖能增強Rollup間互操作性,但若未來大量使用,本質上成爲控制多個Rollup的網路,其權力可能過大。這是否又會引發新的中心化問題?我們是否需要去中心化共享排序器?這些問題都需進一步思考。

區塊鏈發展與去中心化是漫長艱難的過程。排序器受關注是因其在Rollup中的重要角色。相信未來經過不斷探索與努力,當前面臨的問題終將得到合適解決。