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Rollup 为用户提供了执行层的扩容方案，用户的无序交易由「排序器」接收并在链外压缩处理成组后发送到 Layer1 。交易排序已成为 Layer2 领域一个日益严重的问题，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。本次课题旨在阐述当前 Rollup 排序器的中心化现状，介绍全新的去中心化排序器/共享排序器方案，通过对比 Espresso/Astria/Radius 项目探索赛道未来发展的可能性。
一、Rollup 为什么需要 DS
1、Sequencer
排序器是有权将交易排序成组的实体。Layer2 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”。而 "硬确认 "是在交易被发送到 L1 层之后收到的。
总结来看，Sequencer主要负责：
1）通过 mempool 接受来自终端用户的交易；
2）从 mempool 中选择交易，并根据一些策略对它们进行排序；
3）在大部分 Rollup 中，排序器需要根据底层虚拟机执行事务；
4）为用户交易进行预确认，允许客户端和应用程序在等待 Layer1 最终结果时继续进行；
5）将有序交易数据提交给 DA 层。
2、Rollup现状
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，运行一个中心化排序器更方便、更便宜，而且对用户更友好。
按理说，Layer2 为了保障安全，它们的设计或者 Roadmap 都应该有一个**「逃生舱机制」**—— 用户只要提交一个 Merkle Proof 证明自己在 layer2 的资产，就可以把资金撤回到主网。但很多 layer2 都没有实现这个功能，包括 #Op，#Starknet 以及 #Base。
一旦 layer2 发生审查攻击，拒绝打包用户的交易，甚至干脆永久地把地址拉入黑名单，这种情况下资金会被长期地困在 layer2 中，就好像银行把你的账户给冻结一样 
尽管项目有在声称逐步变为去中心化，但目前看来没有太多进展。
3、Rollup面临的风险
1、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）。
2、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。
3、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。
二、DS 解决方案
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。
- "共享 "指的是多个不同的 rollup 可以使用同一个网络，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）。
- "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。
1、共享排序器衍生
- 去中心化即服务： 共享排序器解决方案旨在为任意数量的 rollup 提供排序器去中心化服务。然后，所有这些 rollup 都将受益于去中心化网络所能提供的抗审查性和实时性，而无需自行建立该网络。鉴于这可能是一个非常昂贵和耗时的过程，这是共享排序器网络的一个主要卖点。请记住，目前还没有任何一家公司对其排序器进行去中心化，而且它们中的大多数都有足够的资金来这样做，这意味着这并不是一个完全微不足道的问题。如果 Astria 或 Espresso 这样的公司能够提供开箱即用的排序器去中心化服务，那么 rollup 公司就可以继续专注于差异化和优化性能，从而更好地服务于不同的用户。
- 跨 rollup 可组合性：由于这些共享排序器解决方案旨在处理多个 rollup 的交易排序，因此能够提供目前无法提供的独特互操作性保证。例如，用户应能指定，当且仅当 Rollup B 上的不同交易也包含在同一区块中时，Rollup A 上的交易才能包含在该区块中。通过启用这种有条件的交易包含，共享排序器可以释放新的可能性，包括原子跨 rollup 套利。
2、DS 设计思路
目前，去中心化排序器技术还有待进步，可能的方向包括更有效的排序算法、更高效的验证机制和更智能的排序器设计等。随着时间的推移，去中心化排序器技术将不断改进和演进。这可能包括更高的吞吐量、更快的确认速度、更低的延迟以及更高的安全性和可组合性。
- 权威证明（POA）：这种方案授权一组实体在 PoA 系统中轮流担当排序器。它能够有效改善抗审查性，且具有最低的延迟，但仍然存在单点故障的风险。
- 基于Rollups：这种方案允许任何人向数据可用层（DA）提交 L2 批次，然后由 DA 层决定最终的区块（提议者）。它的优点是继承了 DA 层的活性和抗审查性，但可能会泄露收益和受到 MEV 的影响，并且确认速度较慢。
- 去中心化验证者技术（DVT）：这种方案将排序职责分配给一个集群，集群中的每个节点使用它们的验证器密钥的部分份额签署独立的证明。这种方案具有灵活性，可以与其他解决方案结合使用，但会增加一定的延迟。
- 共享排序器：这种方案允许多个Rollup选择进入一个共享排序器，它能够同时处理链A和链B上的交易，并为排序层提供强大的经济安全性和实时抗审查性。共享排序器具有多链的网络效应，但仍然受限于L1的数据和事务排序吞吐量。
- 建立一个新的排序器集：这种方案通过使用代币激励机制，无许可地创建一个去中心化的排序器组。它的优点是增加代币的效用，但可能存在延迟，并且实施门槛对于不太知名的Rollups可能会有困难。
尽管去中心化排序器拥有众多优势，但目前的多种方案均有自己的权衡，各有利弊。
3、未来展望
需要强调的是，去中心化排序器是以太坊社区为提升系统性能和扩展性所探索的一种解决方案，但并非唯一的解决方案。未来还会出现其他技术和改进，以进一步提升以太坊网络的性能：
- 多链互操作性：随着各种区块链和 Layer 2 解决方案的出现，多链互操作性将成为去中心化排序器的一个重要方面。未来的排序器可能需要能够同时处理多个链上的交易，并实现原子可组合性，以提供更流畅的用户体验和更强大的功能；
- 防止 MEV 和提高用户保护：未来的排序器可能会采取措施来减少 MEV 的影响，并提供更好的用户保护机制。这可能包括采用随机排序机制、合理的交易费用机制以及更好的隐私保护措施；
- 增强的治理和参与机制：未来的排序器可能会引入更强大的治理和参与机制。这可以通过代币持有者的投票、验证者的选举和参与者的分权决策来实现。
三、Astria, Radius 和 Espresso
目前正在构建共享排序器的项目主要有 3 个：Astria，Radius 和 Espresso
1、Astria 方案
Astria 正在建立一个共享排序器网络，并将利用 Celestia 实现数据可用性。Astria EVM 是第一个使用 DS 的 rollup。
Rollup 可以在创建区块后立即从 Astria 获取已排序区块，通过 "软承诺 "为用户提供快速的区块确认。或者，rollup 可以从 DA 层检索有序区块，以获得 “硬承诺”，因为一旦写入 DA 层，交易订单就被视为最终订单。这为用户提供了最严格的最终性，在高额交易等情况下可能非常有用。
今年八月，Astria 发布了其 SDK ，其中组件包含：
- Astria 排序器：用于交易排序的区块生成节点。开发集群依赖于单个节点。在主网中，将使用一组去中心化的节点。
- 数据可用层：本地 Celestia 网络，提供硬终结。
- Rollup：Geth rollup 节点，用于执行任务和存储状态。
- Composer：从 rollup 的 mempool 中检索待处理事务，并将其提交至 Astria 的 CometBFT mempool。
- 导体：接收单个程序块后，为每个 rollup 过滤这些程序块。然后，这些经过过滤的区块将被传递给 rollup 执行。
- 中继器：向导线和数据可用性层 Celestia 发送按顺序排列的数据块。
2、Espresso
Espresso 排序器在 rollup 和底层 L1 之间充当中间件网络，它的设计与虚拟机（“VM”）无关，也就是说，它可用于非以太坊虚拟机，也可用于零知识（“zk”）虚拟机和乐观虚拟机。
排序器的核心是共识协议 HotShot。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 采用的是摄取证明（“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。
2.1 Espresso Sequencer 组件：
1）共识协议 HotShot：在乐观假设下提供高吞吐量和快速响应性，在悲观假设下保持安全性和有效性；
2）数据可用性解决方案 Espresso DA：具备高度可扩展性；
3）Rollup REST API：用于和 L2 Rollup 整合；
4）Sequencer 合约：验证 HotShot 共识的智能合约，即作为一个轻客户端；
5）一个网络层：使参与 HotShot 节点和 Espresso DA 之间的交易和共识信息得以沟通。
2.2 Espresso Sequencer 优势：
1）具有 Optimsim 响应性，兼具 Web2 性能和 Web3 安全性；
2）Espresso Sequencer 的核心是 HotShot 共识协议，能够将高吞吐量和快速终局性置于动态可用性之上；
3）安全性更高：Espresso Sequencer 基本目标是消除对单一中心化排序器的信任需求；
4）与 PBS 兼容。
3、Radius 方案
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。从本质上讲，每笔用户交易的内容在提交后都会被加密。排序器对交易组进行排序时，无法看到每笔交易的内容，从而防止排序器提取 MEV 或进行审查。
这最终意味着，Radius 的解决方案只需一台排序器就能解决 MEV 和审查问题。由于交易内容是加密的，即使是单个排序器也无法恶意行事。这意味着无需引入共识机制，而从速度和可扩展性的角度来看，这可能是有利的。这也是 Radius 解决方案与 Astria 和 Espresso 解决方案的不同之处，前者都依赖共识机制来排序交易。
虽然单个排序器上的加密 mempool 解决了中心化排序器的两个关键问题：MEV 和审查，但它仍然存在单点故障。为了确保实时性，Radius 采用了去中心化排序器网络，多个排序器同时运行。从这些排序器中选择一个作为排序层运行。
4、总结
1）Astria：其排序器和 Espresso 的不同之处包括不执行交易、内置 PBS 及使用 Celestia 作为 DA 层，且其还在 Celestia 和 Rollkit 的基础上构建了一个 Rollup；
2）Espresso：计划利用 EigenLayer 的 ETH 重质押作为安全模型；
3）Radius ：其排序器专注于通过加密交易减少有害 MEV、且维护一组排序器，并在每个 epoch 中随机选择一个。并且没有使用 FCFS 方法，而是创建了一个 MEV 市场。
参考
BinanceLab：币安研究院解读去中心化排序器：Layer2 安全性基石，开拓原生代币使用场景 - ChainCatcher
Altlayer：【英文】 排序器概念解读：中心化排序器存在哪些风险？ - ChainFeeds
Rollup decentralization: 万字详谈Rollup的去中心化路径_资讯-odaily
Bing Ventures：去中心化排序器能走多远？ — Bing Ventures