作者：Xinwei, Severin MT Capital
TL；DR
去中心化排序器作為一種新興技術，旨在透過去中心化的方式優化區塊鏈網路的交易排序過程，以提高交易效率、降低成本，同時解決MEV 問題。這項技術的發展標誌著區塊鏈領域在追求更高效能和更強去中心化方面的進一步努力。
Metis的「自營店」模式和Espresso的「外包模組」方式展示了建構和維護去中心化排序器的兩種主要路徑。前者強調內部管理和營運的安全性和穩定性，後者則提供更多的靈活性和開放性，促進技術通用性和降低營運負擔。
去中心化排序器的發展預示著區塊鏈技術在網路安全、抗審查能力、交易效率和成本、以及生態系統多樣性和互通性方面的潛在進步。這些技術的進一步最佳化和創新，如批量處理和狀態通道，將提升L2平台的效能，降低用戶成本，同時促進一個更開放和互聯的去中心化生態系統的形成。
儘管去中心化排序器面臨技術實現、網路效能最佳化、治理模型設計等挑戰，其在建構一個更有效率、更安全、更開放的去中心化世界中的關鍵作用不容小覷。未來的發展將可能集中在研究更有效率的共識機制、可擴展網路架構以及開發用戶友好的介面和工具上，以滿足不斷增長的市場需求和用戶期望。
排序器介紹
排序器顧名思義即是將區塊鏈中原本無序的交易資料排序，從而將其組織為有序的區塊資料以供執行。每個L1 區塊鏈都有自己的排序系統，但對L2 而言，中心化的排序器已經成為了日益嚴重的問題。
對於L2 而言，排序器並不是必要的。 L2 也可以選擇使用L1 的排序器。但出於成本和速度的考慮，L2 運行自己的排序器可以為用戶帶來更低廉、更方便的用戶體驗。 L2 運作自有的排序器可以將數百上千筆L2 交易壓縮為單筆L1 交易提交到L1 上，從而大幅節省Gas 費用。並且，用戶無需受到以太坊交易吞吐量的限制即可享受到L2 排序器提供的快速軟確認體驗。因此，對L2 來說，運行自有的排序器也是提升使用者互動體驗的必然選擇。
排序器現狀
雖然L2 運行自有的排序器可以很好地提升使用者體驗，但如今，L2 排序器的中心化已經成為了不可忽視的問題。現如今，以太坊L2 的鎖倉量已經達到了22B，海量的L2 也在不斷湧現，但幾乎所有L2 的排序器都是中心化的，L2 依靠單一排序器決定L2 上所有的交易排序。中心化的排序器面臨著許多問題，例如單一排序器理論上有權不將使用者的交易納入其中、單一排序器可以不受限地從交易中提取MEV、單一排序器也面臨著抗審查的問題，並且，單一排序器也會面臨單點故障的風險。
source：https://l2beat.com/scaling/summary
在解決MEV 的複雜挑戰時，rollup 面臨著維持用戶保護與獲利之間的微妙平衡。這項挑戰涉及如何防止前置交易和三明治攻擊等有害MEV行為，同時有效地利用區塊空間來實現收益。儘管傳統上rollup 透過依賴單一操作員模型並採用先進先出（FIFO）順序來防護用戶免遭MEV 影響，這種方式可能錯失區塊空間的收益機會，並忽視經濟動力在促進rollup 穩定性和成長中的重要作用。同時，確保遵循FIFO 原則並保持區塊排序的透明度也帶來了額外的操作挑戰。此外，利用底層區塊空間作為收入來源，雖然有益可圖，但也引發了用戶的信任問題，他們必須信任操作員不會透過三明治攻擊等手段利用這一空間損害他們的利益，這可能會侵蝕交易的完整性和使用者的信任。
共享排序器為處理MEV 問題提供了一個創新性解決方案，透過在區塊鏈網路中引入更安全和公平的交易排序機制，特別是針對以太坊的二層解決方案如rollup，帶來顯著好處。它透過將rollup 的區塊空間劃分為保護用戶交易的頂部區塊空間和允許建構者利用MEV 的底部區塊空間，有效地平衡了網路參與者的需求與利益。使用實用可驗證延遲加密（PVDE）技術，共享排序器確保用戶交易對惡意行為者不可見，從而防止了前置交易和三明治攻擊等有害MEV 實踐。此外，透過允許在底部區塊空間進行有益的MEV 活動，共享排序器為rollup 產生收入的同時，保持了網路的完整性和用戶的信任。這種機制不僅提高了交易的安全性和公平性，而且透過創新的收入生成方式，為區塊鏈網路的可持續發展提供了支持。簡而言之，共享排序器透過其對MEV 的獨特處理方式，為區塊鏈生態系統帶來了積極的變革，實現了保護用戶利益與促進網路健康發展之間的平衡。
總的來說，中心化排序器的問題還是來自於單一節點組成的排序器權力與風險敞口太大，由多節點組成的去中心化排序器能夠很好地解決中心化排序器所面臨的問題。去中心化排序器能夠確保L2 排序的穩健和有效性的同時還能帶來一些額外的好處。例如，以Metis 為代表的去中心化排序器能夠進一步賦能代幣的同時實現收益分紅，共享排序器使得L2 無需自建排序網絡，同時還可以為多個共享排序器的L2 提供更加便捷的互操作性。長期來看，模組化與L2 的浪潮必將推動排序器的去中心化，去中心化排序器市場仍有龐大的市場空間。
source：https://joncharbonneau.substack.com/p/rollups-arent-real
去中心化排序器項目
Metis
Metis 的聯合創始人兼首席執行官Elena Sinelnikova，之前一直致力於區塊鏈行業教育與佈道，是教育性非營利組織CryptoChicks 聯合創始人，CryptoChicks 目前是世界上最大的女性區塊鏈社區，成員遍布56 個國家。 Kevin Liu 是Metis 的聯合創始人兼產品負責人，ZKM 的聯合創始人兼首席執行官，同時Kevin 也是代幣經濟、DAO、DeFi 和區塊鏈治理的活躍研究者。
Metis 是率先提出並測試去中心化排序器的以太坊L2。
Metis 將原本單一的排序器節點更改為了由眾多節點組成的排序器池，並透過隨機輪換的機制實現排序器的去中心化。
首先，Metis 的去中心化排序器網路中會有一個Admin 的角色。 Admin 的指控就是管理去中心化排序器系統，包括將符合要求的排序器節點加入Sequencer List 白名單，設定單一節點的質押上限、區塊獎勵的釋放速度等等。
隨後，Metis 引入了節點質押機制。任意質押2w 枚METIS 代幣的節點可以成為排序器池的節點之一。排序器池中的節點有權看到交易池中的內容，被選取的排序器節點有權打包交易。
其次，Metis 引進了PoS 的節點輪換機制。 Metis 會每個節點的質押金金額，結合哈希數值隨機掉落的方式隨機選取區塊生產者。被選中的排序器節點則可以打包區塊交易。
緊接著，被打包好的交易Batch 需要至少2/3 的排序器簽名，該Batch 才會被認為有效，從而被提交至L1 中。排序器節點簽署的金鑰由Metis 的PoS 共識層管理，共識層會在排序器節點加入或退出網路時進行多簽金鑰的產生、分片一級分發。
最後，為了防止排序器作惡，Metis 還會引入驗證者的角色對區塊進行隨機抽樣，檢查區塊內的交易順序是否正確等等。惡意做惡的節點會受到質押資金罰沒的懲罰。
source：https://www.metis.io/decentralized-sequencer
基於上述流程，Metis 得以建構出一套基於PoS 網路共識的去中心化排序器架構。質押2w 枚METIS 即可成為排序器節點，使得排序器節點更加多樣，避免了排序器節點的單點故障、單點操控和惡意的MEV 提取。節點輪換機制與多簽確認使得排序器節點的選擇更公平，同時也能一定程度上避免排序器節點做惡。驗證者的抽樣檢查與罰沒懲罰也能夠進一步減少節點惡意行為所帶來的風險。
為了進一步激勵更多的節點參與Metis 的去中心化排序器網絡，Metis 也引入了額外的激勵機制。排序器節點成功出塊後，不僅能獲得原有排序器的Gas 收入，還能獲得額外的METIS 代幣排放獎勵。 Metis 的激勵機制有可能會產生正向的成長飛輪。 Metis 網路交易活動的繁榮會帶動排序器節點收入的提高。排序器節點收入提高會吸引更多的使用者質押METIS，成為排序器節點，捕捉排序器收入。流通中METIS 的減少以及質押產生的對METIS 需求的增加會進一步提高METIS 的市場價格。 METIS 價格的上升又會讓質押節點的資產價值升值，質押獎勵升值，進而對節點產生更大的吸引力，吸引更多的節點質押，形成飛輪閉環。
Metis 的PoS 去中心化排序器網路是L2 實現去中心化排序器的首次嘗試。 Metis 去中心化排序器的落地有望帶動其他L2 推進其排序器的去中心化計劃。
Espresso Systems
Espresso 的團隊背景非常豪華，共同創辦人Charles Lu 與Ben Fisch 都是史丹佛大學電腦科學博士，團隊成員也曾任職於Binance Labs、Coinbase、Google 等Web2 與Web3 頭公司。在此之前，Espresso 也成功拿到了來自紅杉資本、Coinbase Ventures、Polychain、Robot Ventures 等頂級創投機構的2,300 萬美元融資。
Espresso 定位為L1 與L2 之間的中間件，將排序與執行解耦，旨在成為去中心化的共享排序器網絡，為不同的L2 提供去中心化排序器服務。類似模組化概念中的DA 外包，Espresso 提供的服務更像是交易資料排序外包服務。與DA 外包一樣，Espresso 提供的排序外包服務也與鏈、虛擬機器無關，任意類型的L2 都可以使用Espresso 的排序服務。
用戶提交交易後，L2 透過介面向Astria 提交交易資料。
Astria 的共用排序器會透過ComeBFT PoS 共識網路對交易定序達成共識並打包成區塊。 Astria 的共享排序器網路使用CometBFT 作為其共識演算法。在網路共識階段，提議者決定區塊的交易，並為每一個Rollup 創建對該Rollup 定序資料的承諾。隨後，網路中的其他節點需要對其進行驗證、共識，形成最終確定。
交易資料排序完成後，Astria 的Conductor 會針對每個定序的區塊，解析不同的Rollup 所需的數據，並對該批次資料進行驗證，包括驗證區塊是否已最終確認、提取的Rollup 資料是否完整、正確、並被正確排序等等。驗證完成後，Conductor 會將Rollup 的定序資料轉換為事務列表，並傳遞給Rollup 的執行引擎進行執行。
source：https://docs.astria.org/docs/overview/why-decentralized-sequencers/
追求更快用戶體驗的L2 可以透過讀取介面接受來自Astria 的soft commit 定序區塊，為用戶提供快速的區塊確認。 L2 也可以透過DA 層讀取Astria 寫入的hard commit 的定序區塊。
source：https://docs.astria.org/docs/overview/why-decentralized-sequencers/
Astria 的去中心化排序器網路與Espresso 的解決方案非常類似，二者都致力於為任意的L2 提供解耦的去中心化排序服務。 L2 可以透過外包排序服務進一步簡化L2 的開發流程和營運成本，享受原子級的L2 之間的可組合性。
Radius
Radius 專注於開發去信任化的共享排序層，旨在解決區塊鏈領域有害的MEV 提取和審查制度的挑戰。 Radius 已成功從Hashed、Superscrypt、Lambdaclass (Ergodic Fund) 和 Crypto.com 等投資機構處獲得了170 萬美元的pre-seed 輪融資。
Radius 也旨在建立一個無需信任、抗審查的共享排序器網絡，並且相比Espresso 與Astria，Radius 最大的特點在於其能透過加密記憶體池有效地減少有害的MEV。
Radius 共享排序器網路的整體架構與主流的共享排序器網路類似。使用者透過Dapps 向排序器層提交經過加密的交易資料和證明。排序器驗證使用者提供的交易資料和證明，並將其打包排序。隨後，Rollup 再從排序器網路接受定序區塊，依序執行事務，並將執行後的狀態與狀態證明提交至結算層。
source：https://docs.theradius.xyz/developer/architecture
有趣的是，Radius 引入了加密記憶體池以防止排序器提取有害的MEV。使用者提交的交易會被加密，以加密資料的形式提交給排序器網路。排序器對交易進行排序時無法取得金鑰，無法解密查看每筆交易的具體內容。因此，排序器無法透過惡意排序、插入交易的方式提取MEV。
source：https://www.binance.com/en/research/analysis/ethereums-rollups-are-centralized-a-look-into-decentralized-sequencers
Radius 將區塊空間劃分為了頂部空間和底部空間。頂部空間專用於用戶交易，透過加密記憶體池的方式有效地避免有害的MEV。底部空間則為交易者引入了基於拍賣的開放市場，交易中可以創建交叉Rollup 的良性MEV 捆綁交易，例如良性的套利、清算等等。隨後，交易者將捆綁交易及出價提交給排序器，排序器則選出出價最高的捆綁交易，將其包含在區塊中，以此最大限度地提高Rollup 地利潤，培育良性的MEV 競爭市場。
比較Espresso 與Astria，Radius 有兩個顯著優勢。一是透過引入加密記憶體池和將區塊空間劃分為頂部空間與底部空間，Radius 可以有效地杜絕有害的MEV 交易，培育良性的MEV 競爭市場，最大化Rollup 的利潤。二是加密記憶體池的引入使得單一排序器節點無法透過MEV 作惡，因此，無需引入額外的共識機制來保障排序的正確性，這能夠大幅提高排序器網路的最終確認速度和可拓展性。
SUAVE (Single Unifying Auction for Value Expression)
SUAVE 方案由Flashbots 團隊提出，Flashbots 是一個致力於解決以太坊生態系統中MEV 問題的先鋒團隊，由一群在計算機科學、數學、心理學和經濟學等多個領域具有深厚背景的專業人士組成。根據領英的資料，該團隊目前包括28 名員工，他們的專業技能涵蓋了從Python 程式設計、區塊鏈技術、機器學習到C 語言等廣泛領域。
Flashbots 的創始團隊包括Philip Daian 和Stephane Gosselin，後者於2022 年10 月因與團隊在審查制度方面的分歧而離職。此外，Alex Obadia，另一位聯合創始人和頂級策略研究員，於2023 年6 月因個人原因離開了Flashbots。核心成員包括Andrew Miller，他以破解英特爾SGX 程式碼的研究而知名，目前擔任可信賴執行環境和SUAVE 的研究主管。 Miller 計劃從伊利諾大學的助理教授職位中暫時休假，他在學術界的工作專注於電機和電腦工程。另一位核心成員Hasu，擔任Flashbots 的策略主管，他在區塊鏈領域有著廣泛的影響，包括擔任流動性質押協議Lido 的策略顧問和Paradigm 投資公司的研究合作者。 Hasu 透過寫作、社群媒體和播客等方式，致力於推動產業的發展和教育。
SUAVE 是一個獨特的去中心化建構器和排序器，與其他共用層或排序層的設計有明顯區別。它旨在為以太坊及其他區塊鏈提供交易排序服務，但並非直接嵌入任何鏈的協議中。使用者可以將交易傳送到SUAVE 的加密記憶體池，而SUAVE的執行者網路則負責為鏈輸出區塊或部分區塊。這些區塊將與傳統的中心化以太坊建構者產生的區塊競爭，由以太坊提案者選擇。
Source: https://foresightnews.pro/article/detail/28930
SUAVE 並未取代Rollup 選擇區塊的機制，也不會改變鏈的分叉選擇規則。它專注於為任何鏈提供最優利潤的排序，通常擁有完全狀態以模擬不同交易的結果並創建最佳排序。這種設計允許SUAVE 與共享排序器或其他MEV-aware 建構者協作，以提供原子跨鏈套利等服務，確保若干交易以原子方式執行或同時取消。
Source: https://foresightnews.pro/article/detail/28930
長期來看，Rollup 可能是個更好的選擇。 Rollup 透過L1 保障其安全性、抗審查和活性，而SUAVE作為一個專注於交易排序的鏈，不適合普通用戶使用，其目標是限制用戶將資金橋接到SUAVE 的需求，而是專注於為搜尋者/建構者提供一個操作平台。 SUAVE 專注於為交易提供最有利的排序，而不是完全取代現有的排序機制。它可以處理完全狀態的交易，以創造出最佳的交易排序。
Source: https://foresightnews.pro/article/detail/28930
關於MEV 的處理，有多種機制來減少與交易排序和包含相關的潛在競爭和負外部性。例如，Arbitrum 的時間提升機制和Flashbots 提出的FBA-FCFS 模型都試圖透過允許用戶透過費用表達他們對快速包含交易的偏好來減少延遲競爭的動機。
Arbitrum 的時間提升機制
時間提升機制是一種安全措施，用於防止一種特定類型的攻擊，稱為「時間強盜攻擊」（Time Bandit Attack）。在這種攻擊中，攻擊者可能會嘗試重新組織已經確認的區塊，以利用某些先前不為人知的資訊（例如，事後利用某個交易的知識）來獲利。
Arbitrum 透過一種獨特的機制來防禦這種攻擊，它允許任何人在發現有人嘗試進行時間強盜攻擊時，提交一個“挑戰”，證明攻擊者的行為。這種機制是基於一種經濟激勵，確保攻擊者的潛在利益被抵消，從而保護網路的安全和公正。
Flashbots 的FBA-FCFS 模型
FBA-FCFS（First Bid Auction – First Come, First Served）模型是Flashbots 提出的交易排序機制。這個模型的目的是為了解決傳統的交易選擇和排序問題，尤其是在MEV抽取環境中。
First Bid Auction（FBA）部分意味著交易者可以透過出價（通常是支付給礦工的額外費用）來優先處理他們的交易。這類似於拍賣，最高出價者獲得優先權。
First Come, First Served（FCFS）則表示在某些條件下，交易將按照提交的順序進行處理，確保公平性和透明度。
FBA-FCFS 模型試圖平衡公平性和效率，透過允許對交易進行出價來優化網路資源的使用，同時確保不會因為支付能力不足而完全排除某些用戶。
這些機制各有優缺點，但共同目標是提高交易處理的效率和公平性。
透過與Rollup 和其他MEV-aware 建構者的合作，SUAVE 旨在為跨鏈操作提供更高的經濟安全性和效率，同時探索新的經濟安全模型和MEV 減緩機制，改善區塊鏈交易排序和執行的去中心化。
總結與展望
Metis, Astria, Espresso, Radius, 和SUAVE 這些專案雖然各有側重，但共同專注於提高區塊鏈的可擴展性和交易效率，同時解決MEV 問題，增強系統的去中心化和互通性。
Metis 透過其Layer 2 解決方案，專注於優化以太坊的交易處理能力，以降低成本並提高效率，旨在為開發者和企業提供更便利的開發平台。 Astria 和Espresso 則提出了去中心化的共享排序器網路概念，支援多個Layer 2 解決方案的交易資料處理，這不僅簡化了開發和營運流程，還加強了系統之間的可組合性和互通性。 Radius 專案透過引入加密記憶體池和區塊空間劃分，致力於創建一個無需信任、抗審查的網絡，旨在減少MEV的有害影響，同時提高交易的隱私性和安全性。 SUAVE 專注於透過去中心化排序器網路解決MEV 對交易公平性和透明度的影響，展現了對於提高交易環境公正性的承諾。
在探索去中心化排序器的發展方向時，Metis 和Espresso 提供了兩種截然不同的模式，分別是「自營店」模式和「外包模組」方式。這兩種模式各自反映了社群在如何建構和維護去中心化排序器方面的不同思考和策略。
Metis採用的「自營店」模式，強調的是透過內部管理和經營其去中心化排序器網絡，以確保網路的安全性和穩定性。這種方式使得Metis能夠直接控制其網路內的節點，透過質押和激勵機制來維持一個健康的網路環境。儘管這種模式能夠提高網路的安全性和可靠性，但它也要求Metis承擔較大的營運責任和資源投入，可能會在一定程度上限制網路的靈活性和擴展性。
相較之下，Espresso 採用的「外包模組」方式，則提供了更靈活和開放的解決方案。透過允許任何區塊鏈專案接觸其排序服務，Espresso促進了技術的通用性和多樣性，同時也降低了單一專案的營運負擔。這種模式的挑戰在於，它可能引入額外的信任問題，因為專案方需要依賴Espresso以公正和安全的方式處理交易。此外，任何針對Espresso 服務的問題或攻擊都可能對廣泛的客戶專案產生影響。
Metis的「自營店」模式和Espresso 的「外包模組」方式展示了去中心化排序器領域內的兩種主要發展路徑。每種模式都有其獨特的優勢和麵臨的挑戰，而選擇哪一種取決於專案的具體需求、資源狀況以及對去中心化和安全性的重視程度。
去中心化排序器的發展前景預示著區塊鏈技術在提升網路安全、增強抗審查能力、提升交易效率、降低成本以及促進生態系統多樣性和互通性方面的巨大潛力。隨著去中心化排序器技術的不斷進步，我們可以預見一個更加安全、高效的區塊鏈網絡，其中去中心化排序機制能夠有效地防禦單點故障和惡意攻擊，保護用戶資產和資料的安全。此外，去中心化排序器的最佳化和創新，如批量處理和狀態通道等，將進一步提高L2 平台的交易處理能力，降低用戶交易成本，實現高吞吐量和低延遲的交易確認，從而在不犧牲安全性和去中心化的基礎上提升使用者體驗。
同時，去中心化排序器的普及預計將推動一個更加多樣化和互通的區塊鏈生態系統的形成。共享排序器網絡，如Espresso 和Astria 等，將不僅為多個L2 平台提供服務，還能促進不同平台間的資料和資產流動，打造一個更開放和連結的去中心化世界。此外，激勵機制和代幣經濟模型的創新將為去中心化排序器網路的參與者提供合理的激勵，同時透過代幣經濟模型實現網路治理和收益分配，吸引更多參與者，激發社區活力。
儘管去中心化排序器前景光明，但它們在技術實現、網路效能最佳化、治理模型設計等方面仍面臨挑戰。因此，未來的發展方向可能會集中在研究更有效率的共識機制、探索可擴展的網路架構以及開發用戶友好的介面和工具上，以滿足市場需求和用戶期望的成長。總之，去中心化排序器作為推動區塊鏈技術和應用發展的關鍵因素之一，其未來的演進將在建立一個更有效率、安全、開放的去中心化世界中發揮至關重要的作用。
參考資料
https://twitter.com/tmel0211/status/1735187745159676196
https://web3caff.com/zh_tc/archives/83612
https://www.theblockbeats.info/news/36748
https://foresightnews.pro/article/detail/30473
https://foresightnews.pro/article/detail/48503
https://foresightnews.pro/article/detail/28930
https://foresightnews.pro/article/detail/32526
https://foresightnews.pro/article/detail/41120
https://foresightnews.pro/article/detail/44487
https://foresightnews.pro/article/detail/38993
https://hackmd.io/@EspressoSystems/EspressoSequencer
https://hackmd.io/@astriaorg/HJ6cCpp9T
https://maven11.substack.com/p/the-shared-sequencer
https://www.gate.io/learn/articles/the-battle-for-decentralized-sequencers/1049
https://ethresear.ch/t/shared-sequencer-for-mev-protection-and-profitable-marketplace/15313
https://foresightnews.pro/article/detail/42395
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