币安研报：去中心化排序器深度研究

金色财经作者：Binance Research，编译：Lynn，MarsBit

❖ 交易排序已成为第二层（“L2”）领域一个日益严重的问题。第二层rollup的主要作用是为廉价交易提供安全的场所。L2 rollup为用户提供执行层，然后将他们的交易数据提交给上级第一层（“L1”），即以太坊的 Arbitrum、Optimism、zkSync 等。

❖ 排序器是有权将这些交易排序成组的实体。排序器接收来自用户的无序交易，在链外将其处理成组，然后生成一批压缩的有序交易。然后，这些交易可被放入区块并发送到父 L1。

❖ Rollups 实际上不需要排序器；这只是一种设计上的选择，目的是以更低的费用和更快的交易确认速度为用户带来更好的体验。例如，就像大多数rollup使用以太坊基础层来获得数据可用性一样，它们也可以使用基础层来进行排序。然而，以太坊的基础层可能相对低效和昂贵。这意味着，迄今为止，每一个主要的 L2 rollup 项目都发现，运行一个中心化测序器更方便、更便宜，而且对用户更友好。

❖ 由于排序器控制着交易的排序，因此它有权审查用户交易（尽管完全审查不太可能，因为用户可以直接向 L1 提交交易）。排序器还可以提取最大可提取值（“MEV”），这可能会对用户群造成经济损失。此外，有效性也可能是一个大问题，即如果唯一的中心化排序器宕机，那么用户将无法使用该排序器，整个rollup都会受到影响。

❖ 问题的解决方案是共享、去中心化排序器。共享排序器本质上是为rollup提供去中心化服务。除了解决审查、MEV 提取和有效性等问题外，共享排序器还引入了跨rollup的功能，开启了各种新的可能性。Espresso、Astria 和 Radius 正在开发创新的共享排序解决方案，它们在各自的架构中具有各种独特的功能。Espresso 试图利用 EigenLayer 来引导其网络，而 Astria 则与模块化数据可用性网络 Celestia 保持密切联系。Radius 则将其独特的加密 mempool 带到了对话中。

随着以太坊 L2 循环生态系统的不断普及，一个经常被忽视的方面就是排序器。排序器负责交易排序，通过rollup使用排序器，可以提供更好的用户体验、更低的费用和更快的交易确认。然而，问题在于，迄今为止，所有主要的以太坊 L2 公司都发现，运行自己唯一的中心化排序器最为方便、用户友好且成本更低。考虑到排序器在交易审查、MEV 提取和创建单点故障（即有效性问题）方面所拥有的权力，这可能会被视为一种不可取的结果，也不符合加密货币的精神。

虽然大多数加密货币公司都已经解决了各自排序器的去中心化问题，并将其作为路线图的一部分，但对于如何实现去中心化还没有达成真正的共识。我们还应该注意到，Arbitrum 和 Optimism 自 2021 年下半年以来都已推出了自己的解决方案，可以说，它们在去中心化排序器方面还没有取得实质性进展。

在本报告中，我们将仔细研究排序器的作用和以太坊rollup空间的现状。然后，我们深入探讨了正在研究解决方案的项目，即去中心化的共享排序网络。我们将详细介绍这些项目及其解决方案的独特之处。我们还思考了这对以太坊 L2 rollup领域的未来发展可能意味着什么。

退一步说，区块链是一个分布式数据账本，由按区块排序的带有时间戳的交易数据组成。最初，这些交易数据是无序和无组织的。在经过排序后，可以将其组织成区块并执行，以创建区块链的新状态。对于像以太坊这样的第一层（“L1”）区块链，这种交易排序发生在以太坊基础层本身。

在以太坊最受欢迎的可扩展性解决方案——Layer-2（“L2”）rollup层中，交易排序已成为一个日益严重的问题。请记住，rollups 的主要作用是为用户提供一个安全的廉价交易场所。简单来说，L2 rollup为用户提供执行层，然后将其交易数据提交给上级 L1，即以太坊的 Arbitrum、Optimism、zkSync 等。提交给 L1 的单批交易通常包含数百或数千个压缩的 L2 交易，从而降低了向 L1 发送数据的成本。

在 L2 rollup世界中，排序器是有权将交易排序成组的实体。排序器接收来自用户的无序交易，在链外将其处理成组，然后生成一批压缩的有序交易。然后，这些交易可被放入区块并发送到父 L1。成批的交易还可以在数据可用性（“DA”）层（通常是以太坊，用于当前的大多数rollup）上使用。它还向用户提供软承诺，即在收到用户的交易后，排序器会提供一个近乎即时的收据作为 “软确认”（1）。而 “硬确认 ”是在交易被发送到 L1 层之后收到的。

从根本上说，排序器有一个非常明确的目标：改善用户体验。使用排序器进行 L2 交易类似于使用 “快车道”，这意味着费用更低，交易确认更快。事实上，排序器可将成百上千（2）笔 L2 交易批量压缩成单笔 L1 交易，从而节省gas费。此外，排序器提供的软确认意味着rollup交易能够为用户提供快速的区块确认。这种组合有助于改善用户使用 L2 循环的体验。

重要的是要记住，rollup并不需要排序器；它只是为了更好的用户体验而做出的设计选择。例如，就像大多数rollup使用以太坊 L1 来提高数据可用性一样，它们也可以使用它来进行排序。以太坊基金会的Justin Drake最近称这些为 “基于rollup”（3）。然而，以太坊的基础层很可能相对低效和昂贵，特别是考虑到 L2 交易量很大。从本质上讲，rollup的交易吞吐量将受到以太坊 L1 数据排序率的限制。用户还将经历与在以太坊上交易相同的交易确认延迟。这意味着，迄今为止，每一个主要的 L2 延展项目都发现，运行一个中心化排序器更方便、更便宜、更易于用户使用。虽然 L2 用户可以直接向 L1 提交交易以绕过排序器，但他们必须向 L1 支付交易gas费，而且交易可能需要更长的时间才能最终完成。这在很大程度上违背了利用 L2 rollup执行交易的初衷。

鉴于排序器控制着交易的排序，理论上它有权不将用户交易纳入其中（不过，如果用户有能力并愿意支付gas费，也可以直接向 L1 提交交易）。排序器还可以从交易组中提取 MEV（稍后详述），这可能会对用户群造成经济损失。如果只有一个排序器，就像目前所有主要rollup交易的情况一样，中心化的风险就会更大。在这种情况下，有效性可能会成为一个问题，即如果唯一的排序器出现故障，那么整个rollup都会受到影响。多排序器设置可以降低这种风险。

通过这种设置，排序器可被视为用户的半信任方。虽然排序器不能阻止用户使用 L2，但它可以延迟用户的交易，导致用户支付额外的gas费，并从用户的交易中获取价值。

MEV 在这里尤为重要。MEV 指的是从区块生产中获得的价值，超出了一阶采矿（或质押）区块奖励和gas费。它是通过操纵区块内的交易，即通过纳入、排除和改变交易顺序来提取的价值。例如，提取 MEV 的常见形式包括前置运行和三明治攻击。

鉴于排序器在 L2 rollup中扮演的角色，它们可以了解链外的所有用户交易。此外，由于这些定序器通常由项目本身或附属团队运行，例如 OP Mainnet 的乐观基金会（4）和 Arbitrum One 和 Nova 的 Arbitrum 基金会（5），许多用户担心他们无法看到潜在的 MEV 抽取。即使没有这些顾虑，随着项目运行自己的中心化排序器，这些协议的不可信和去中心化程度也会对用户造成影响。这些协议的可信度和去中心化肯定会受到质疑。

在撰写本文时，所有主要的以太坊 L2 版本都依赖于中心化排序器。随着越来越多的以太坊交易转移到 L2 解决方案上，尽管以太坊的验证器集本身是去中心化的，但似乎大量的交易（即那些在 L2 上的交易）都会受到以唯一排序器为形式的中心化力量的影响。

不出所料，这些公司中的大多数都已经解决了各自排序器的去中心化问题，并将其作为路线图的一部分。虽然这是一个积极的信号，表明去中心化是 L2 愿景的一部分，但我们应该注意到，Arbitrum 和 Optimism 自 2021 年末就已推出了自己的解决方案，可以说，它们在去中心化排序器方面尚未取得实质性进展。

大多数顶级公司似乎都将资源用于改进其核心产品和功能，而不是专注于权力下放。这并不完全是一种批评，因为在竞争激烈的环境中，在拥有有竞争力的产品之前就专注于去中心化并不符合任何公司的最佳利益，这在某种程度上是可以理解的。然而，随着网络公司的成熟，这种观点正在发生变化，人们的讨论正迅速转向排序器去中心化和提高可信度。

值得强调的是，关于依赖中心化排序器所带来的风险程度存在一些讨论。

如上所述，由于排序器控制着交易的排序，它们可以排除用户交易，也可以提取 MEV。然而，排序器最终也无法将用户完全排除在rollup交易之外。用户可以绕过排序器，直接向 L1 提交交易（只要他们乐意并愿意支付增加的gas成本）。虽然行为不当的排序器可能会导致交易延迟和用户承担额外费用，但它最终无法完全审查。在此之前，没有任何一家大型 L2 公司极其专注于去中心化其排序器，这很可能就是原因之一。尽管如此，排序器重新排序交易以提取 MEV 仍是一个问题，尤其是像 OP Mainnet（6） 这样的私有 mempool。

也许，更大的问题在于实时性。鉴于主要的rollup程序都在运行唯一的中心化排序器，如果这些排序器出现问题，整个rollup程序都会受到不利影响。虽然用户仍然可以通过直接访问 L1 来完成交易，但这并不是一个特别持久的方法，而且不太可能对大多数交易起作用。请记住，使用 L2 rollup的全部意义在于节省交易成本。鉴于加密货币背后的基本理念之一是防止依赖唯一的中心化提供商（就像在传统金融领域一样），排序器中心化显然是一个亟待解决的重要问题，也是共享排序器将为 L2 rollup 市场带来的关键解锁之一。

解决上述问题的新方案是去中心化共享排序器。虽然不同项目的解决方案各不相同，但取代唯一的中心化定序器的基本理念是相同的。这里的 “共享 ”指的是多个不同的rollup可以使用同一个网络，也就是说，来自多个rollup的交易在排序之前会被聚合在一个内存池中（有助于减少 MEV 提取和审查的可能性）。这里的 “去中心化 ”指的是领导者轮换的概念，即并不总是由单个行为者对所有交易进行排序，而是从一组去中心化的行为者中选出一个领导者。这有助于防止审查，并提供有效性保证。

这与各种不同的 L1 使用领导者轮换机制的运作方式非常相似。事实上，构建去中心化排序层与构建去中心化 L1 类似，即需要构建验证器集。正如我们在本节后面将看到的，不同的项目采取了不同的方法来满足这一要求。

共享排序器旨在缓解 MEV 提取问题，提供抗审查能力，并提高rollup的有效性保证，即解决中心化排序器所面临的问题（如上所述）。此外，还有两点值得注意：

许多项目都在研究共享排序解决方案。我们将在下文中重点介绍几个及其战略。

Espresso Systems 是一家致力于构建将 Web3 引入主流的工具的公司，尤其关注 L2 rollup 和以太坊生态系统。在开发共享排序器之前，他们一直致力于改善区块链隐私，开发了 CAPE （10） 应用程序。他们还通过 Jellyfish （11） 密码学库和 Hyperplonk （12） 等其他倡议为开源开发者工具做出了贡献。

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

图 6：项目路线图与 Americano 测试网和初始公告一起发布

Astria 正在建立一个共享排序器网络，也是率先淘汰中心化排序器的主要公司之一。与此同时，他们还在开发 Astria EVM，这将是由其共享排序器网络提供支持的首款rollup。该项目将从其网络中获得快速、抗审查的交易订购，并将利用 Celestia 实现数据可用性。Celestia 是模块化区块链网络和 DA 层，Astria 对其非常熟悉。创始人 Josh Bowen 曾在 Celestia 工作过，Astria 的介绍性博客中多次提到该项目及其生态系统。

图 8：聚焦于 L2 流程的三个关键层，我们可以看到rollup如何倾向于利用自己的专有排序器和以太坊的 DA 功能（我们还显示了以太坊 L1 本身作为对比）

Radius 正在构建一个无信任的共享排序层，它使用加密技术来去中心化排序器、防止审查并最大限度地减少有害的 MEV。他们的解决方案与区块链无关，可用于各种类型的rollup。

虽然我们已经介绍了共享排序领域一些规模较大、最著名的项目，但还有其他一些项目也在开发类似或密切相关的解决方案。

现有的 L2 rollup似乎必须做出选择。一方面，它们可以维持现状，继续使用唯一的中心化排序器。另一方面，它们可以开始与第三方共享排序网络整合，或开发自己的内部解决方案。

1． 继续照常使用唯一的中心化排序器：

a． 这是最简单的行动方案，也可能是财务上最谨慎的方案。排序器的货币化是所有主要扩展的重要收入来源（32），无疑也是商业模式的重要组成部分。事实上，新成立的 L2 推广公司 Base 最近在 Coinbase 第二季度财报电话会议（33）上确认了将排序器货币化的意图。

b． 维持一个中心化的排序器会产生审查、MEV 提取和单点故障风险等问题，除此之外，它还违背了加密货币的根本精神。想象一下这样一种场景：一个主要加密组织的关键成员神秘失踪或陷入严重麻烦。如果他们运行的是中心化排序器，这很可能会影响到他们的加密rollup、日常运营和用户体验。如果出现这种情况，行业中的许多其他参与者很可能会开始按照他们的路线图，认真致力于去中心化排序器。这就是一个简单的例子，说明了为什么排序器去中心化可能比最初看起来更重要。

2． 与第三方共享排序网络整合：

a． 随着 Espresso 和 Astria 等共享排序网络的不断发展和主网的推出，这将成为现有网络的一大选择。事实上，考虑到 Espresso 与 Polygon zkEVM fork 的整合，一些主要的网络公司似乎正在积极探索这一方案。

b． 与集中管理排序器的风险或开发内部解决方案所需的精力和成本相比，将排序工作外包给专家对许多公司来说是一个明智的选择。

c． 这里需要考虑的最重要因素之一是样本库的互操作性。与那些在自己的专有 “筒仓 ”中运行的 L2 相比，这可能是在共享排序器上运行的 L2 最明显的优势之一。正如本报告前文所强调的，在共享排序器上运行及其带来的互操作性可以释放出各种新的可能性，包括跨rollup套利、有条件交易包含等。

3． 开发内部专有解决方案：

a． 由于这可能是三种方案中最耗时、最昂贵的一种，因此哪些公司决定走这条路将会很有意思。

b． 到目前为止，我们看到的大型加密货币的一个关键问题是代币价值的累积。大多数顶级以太坊 L2 公司已经使用 ETH 作为gas费的代币，这使得他们自己的原生代币无法累积价值。一种可能的解决方案是，rollup公司开发内部排序解决方案，由代币持有者进行担保；例如，用户可以将其原生rollup代币作为质押，成为排序者，并为其服务收取费用。

c． 这种方法的缺点是影响互操作性。与运行各自专有排序解决方案的系统相比，在共享排序器上运行的rollup系统具有更好的互操作性。

d． Optimism 宣布了其 “链法则”（Law of Chains），这是一个值得考虑的最新进展。链法则是 OP Stack 超级链生态系统中链的一套指导原则。其本质是为这些链建立一个框架，使其能够以更加统一的方式工作。这很可能会扩展到基于 OP Stack 的链的共享排序解决方案，这可能是上文讨论的互操作性问题的一种解决方案（至少对 OP Stack 链而言）。

随着二级加密货币在加密货币世界中不断涌现，其规模和交易量也在不断增长，围绕中心化和互操作性的问题也将持续发酵。在过去的一年里，这个话题一直备受关注，我们预计，随着主要的加密货币发行公司的一周年和两年纪念日的临近，以及更多加密货币发行公司的推出，这个话题还会继续扩大。

我们认为，至少有一些公司会选择与 Espresso 和 Astria 等第三方排序器网络集成，但我们也看到其他公司会选择开发自己的内部解决方案。一些规模较大的公司，尤其是那些已经推出了原生代币的公司，很可能会认为开发自己的解决方案很有价值，这样既能实现利润最大化，又能增加代币的实用性。无论发生什么，这都是我们需要关注的一个非常重要的方面，我们将饶有兴趣地密切关注。

用户希望并更喜欢更快的交易确认和更低廉的费用。虽然迄今为止，中心化排序器一直是主要 L2 公司的解决方案，但在理想情况下，公司和用户应该可以选择使用这种技术的最佳去中心化版本。这正是 Espresso Systems、Astria、Radius 等公司在 L2 故事中扮演的关键角色。

这里的两个关键驱动因素是去中心化和rollup互操作性。去中心化是至关重要的，原因有很多。去中心化是加密货币的哲学基础，这只是其中之一。在更实际的层面上，中心化的排序器代表着单点故障，会影响加密rollup的有效性，并对加密rollup的恢复能力构成威胁。这还不算大量提取 MEV 的可能性，其中一些可能对用户是隐藏的，并在私有 mempool 中提取。审查（即使是暂时的）和延迟交易的可能性也是一个问题，必须牢记，尤其是在考虑到该行业的强劲增长愿望时。加密rollup的互操作性同样至关重要，尤其是当人们对加密行业的未来持以加密rollup为中心的观点时。如果市场上的加密rollup越来越多，无论是针对特定应用还是其他应用，那么这些加密rollup就应该能够相互沟通和无缝协作。否则，我们如何实现 Web2 类型的用户体验？

未来肯定会有挑战，一些大型公司可能会倾向于创建自己的专有解决方案，而不是使用共享排序网络。解决这一问题的方法之一，是共享排序网络通过经济机制解决价值累积和收入分配问题，因为如果许多公司共享一台排序器，最终将实现强大的网络效应。

这个话题在未来几个月将继续变得更加激烈，我们相信，无论是在rollup领域还是在共享排序器领域，都会有许多新的参与者加入市场。观察不同项目的选择将会非常有趣。我们期待着密切关注这一动向。