Layer2排序器解析：中心化难题与未来去中心化趋势探讨

Layer2的主要收入来源是用户在Rollup上进行交易时支付的Gas费。扣除Layer2向Layer1提交数据时所需的Gas费后，剩余部分基本都是利润。根据粗略统计，OP Mainnet在2023年6-12月的利润约为523万美元，Arbitrum全年利润为1650万美元，zkSync Era在2023年3-12月的利润达2224万美元。

这些巨额利润的背后与Layer2唯一运行的排序器密切相关。那么，排序器是什么?它在Layer2中如何工作?中心化排序器面临哪些问题?未来排序器将如何发展?本文将深入探讨这些问题。

排序器的原理

排序器是Layer2中的关键角色。它主要负责接收Layer2用户的交易并执行,然后将排序和压缩后的批处理提交到Layer1。

我们可以用公共交通的例子来类比。以往用户在以太坊上交易,就像自己开车进城办事,高峰期容易堵车。Layer2就像是以太坊的公共交通方案,排序器就是公交车司机。司机告诉大家不用自己开车了,只要支付一些服务费(比自驾便宜),就能送大家到目的地,既省钱又省力。为了最大化利用车内空间,司机会尽可能装满乘客再发车,还会对乘客进行重新排列,使车内乘客"严丝合缝"。

谁可以运行排序器?

有几种常见方案:

• 中心化排序器

Layer2团队直接或指定某组织唯一运行排序器。这种方式效率高成本低,是Layer2团队最喜欢的方案。

• 完全无许可的排序器

任何人都可以对交易排序并提交到Layer1。这种方案看似简单公平,但缺点明显。排序器不等同于Layer1的矿工或验证者,不会提高最终安全性。多个参与者同时提交批处理,最后只有一个会被收录,造成其他排序器的资源和Gas浪费。

排序器按什么标准排序?

通常有两种方式:

1. 先到先服务,类似先上公交车先占座,先发出的交易先排序。

2. 按Gas费排序,急需处理的交易可以多付费获得优先权。

主流Layer2多采用第一种方式。但本质上Layer2对排序方式没有硬性规定,排序器甚至可以随意排序,就像公交司机可以拒载或提前给熟人占座一样。

排序器可以作恶吗?如何防止?

理论上排序器可以作恶。它权力很大,可以撤销某人交易并谎报成功,或在交易中夹杂恶意交易获利。

为防止作恶,不同Layer2有不同约束方式:

• Optimistic Rollup采用欺诈证明,默认排序器诚实,争议期内(通常一周)若无人证明数据有误,提交的数据将不可更改。

• ZK Rollup采用有效性证明,对排序器发布的批处理立即验证,通过后交易在Layer1得到最终确认,无争议期。

现状:中心化排序器引发的问题

目前主流Layer2如OP Mainnet、Arbitrum One、Starknet及zkSync Era都采用中心化排序器,由官方或附属组织运行。

中心化排序器对Layer2项目有诸多好处,如易于管理、提高效率并能获取收入。虽然它们承诺维护用户利益不作恶,但仍引发用户担忧。

抗审查性弱

单一中心化实体运行的排序器,抗审查性远不如Layer1的众多验证者或矿工。团队可能因法规要求剔除某些交易,或将某些交易列入黑名单。虽然大多数Layer2设计了机制让用户能绕过排序器直接向Layer1提交交易,但用户需付出额外成本。

弱活跃性

相比每秒成千上万的交易请求,单个中心化排序器因硬件等原因无法同时处理如此多请求。当排序器过载且无备用排序器时,可能导致整个系统宕机,如Arbitrum发放空投时曾短暂宕机。

获取不当MEV收益

MEV(最大可提取价值)指通过操纵交易获取的额外收益。Layer2中,排序器与Layer1矿工/验证者类似有权操纵交易顺序。尽管排序器由Layer2团队运行,但我们仍无法完全信任。特别是OP Mainnet使用私有内存池,相当于黑箱操作,虽声称是为防他人监控交易获取不当MEV收益。

未来

主流Layer2意识到中心化排序器的问题,都提出了去中心化排序器方案。但目前仅体现在官方文档或白皮书中,相比分散权力和收益,它们似乎更专注于打造核心竞争力(网络性能、生态建设)。

去中心化排序器

几种去中心化排序器方案:

• 地理去中心化

将排序器分布在全球不同地点,由信誉良好且利益相关的组织运行。通过轮换决定谁在特定时期进行交易排序。虽仍有问题,但比单一中心化排序器具有更好的抗审查性和活性。

• 排序器拍卖

Rollup通过智能合约直接进行排序器拍卖。任何人可竞标运行权,针对每个区块或特定时间段。获胜方需质押保证金以防作恶。拍卖所得可由Rollup有效分配。

• 领导者选举

任何人可将代币质押到Layer2智能合约,每次提交批处理时从质押者中随机抽取排序者(抽中概率可与质押金额成正比)。

• Based Rollup

由以太坊验证者直接主导Layer2交易排序,完全取代Layer2自有排序器。此方案操作难度高,目前仍有技术问题待解决。

共享排序器

指取消单个Layer2专属排序器,多个Layer2共用第三方排序器网络。

优点包括Layer2间原子可组合性、防止MEV提取等。目前多个项目正在建立共享排序器网络,如Astria、Radius和Espresso等。

总结与思考

消除单点故障和缓解系统性风险是加密精神之一,去中心化排序器的想法源于此。但从实际角度看,去中心化或共享排序器能否完美解决中心化排序器的问题仍有疑问。

MEV方面,以太坊The Merge后,Flashbots统计的区块提议者已实现288829ETH的REV提取。这还只是不完全数据,可见MEV市场规模巨大。适度的MEV有利于市场稳定,但过度追求可能导致恶意操作,损害普通用户利益。

Rollup排序器去中心化后,是否也会形成类似以太坊的MEV市场格局?相比信任Rollup团队可能造成的单点故障,市场无序竞争引发的混乱和另一种中心化也令人担忧。

共享排序器虽能增强Rollup间互操作性,但若未来大量使用,本质上成为控制多个Rollup的网络,其权力可能过大。这是否又会引发新的中心化问题?我们是否需要去中心化共享排序器?这些问题都需进一步思考。

区块链发展与去中心化是漫长艰难的过程。排序器受关注是因其在Rollup中的重要角色。相信未来经过不断探索与努力,当前面临的问题终将得到合适解决。