# 《Rollup 2.0: 去中心化排序器之争》

By [helloyyy](https://paragraph.com/@helloyyy) · 2023-10-01

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![](https://storage.googleapis.com/papyrus_images/c6cab12dcce91557f4a3bdf8114d2eeb02afc092ad086a732b3c32acd624d350.jpg)

一、前言
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时光飞逝，据Optimism 发币已过去一年有余，据Arbitrum 发币也已过去将近半年；发币仅是它们万里长征的第一步，在此期间，Optimism 实现了Bedrock 升级、推出了通用的模块化L2 堆栈OP Stack, 基于此诞生了Base 等明星Rollup; Arbitrum 致力于探索L3 推动Arbitrum Orbit 的应用。

Rollup 赛道在两位巨人的引领下，整个赛道的TVL 一度突破100亿美元，目前稳定在100亿美元上下。Rollup 作为以太坊“招牌”的扩容解决方案被津津乐道的背后，它们仍然存在非抗审查、中心化的属性。主流的Rollup 链普遍由官方运行中心化的排序器，虽然Arbitrum, Optimism, StarkNet 等Rollup 项目把排序器的去中心化列入路线图中，但均处于规划中短期内尚未实现的状态。去中心化排序器作为Rollup 去中心化最重要的一块拼图，对Rollup 本身而言具有非常重要的战略地位，也是民之所向。

![据L2Beat 数据，截止至2023年10月1日L2 赛道的TVL](https://storage.googleapis.com/papyrus_images/e540130c960acc550a281b7b3baacd815152adb664a87bad5955a494eafc9e00.png)

据L2Beat 数据，截止至2023年10月1日L2 赛道的TVL

二、Rollup 的交易费用
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了解什么是排序器之前，先来聊聊Rollup 交易费用的组成。Rollup 的交易费用即用户在Arbitrum 等L2 交易产生的gas 费。

主要由2部分组成：  
1）L2 执行费用  
2）L1 数据费用

L2 执行费用：交易在L2 执行的成本（每笔在L2 链上发起的交易都要支付一笔执行费）  
交易燃气价格 = L2 基础费用 + L2 优先费用  
L2 执行费用 = 交易燃气价格 \* L2 燃气使用量

L1 数据费用：将L2 交易发布到L1 的成本。通常情况下，L1 数据费用要高于L2 执行费用。

L2交易费用 = L2 执行费用 + L1 数据费用

排序器的净收入 = L2 的交易费用收入 - 排序器运营成本 - L1 数据费用

项目方运营的中心化排序器拥有一定程度上的定价权（比如L2 执行费用收高一点、L1 数据费用收高一点），这也是为什么几个知名Rollup 项目方赚得盆满钵满的原因。

### **什么是排序器？**

排序器，顾名思义，即负责交易排序的角色。在比特币网络，交易排序的职责由矿工负责；以太坊由节点集合负责，它们均不是固定的角色，而是更具共识机制来确定谁有权参与顺序执行。

目前主流的Rollup 均运行中心化的单一排序器。用户在L2 的交易进入mem 池（此时mem 池中的交易是无序状态），排序器将交易排序、压缩成一组有序的批次，然后发送到以太坊的DA 层。

![排序器运作流程](https://storage.googleapis.com/papyrus_images/4c71db6b578a378726040e18ad2fcfc895bfa3951cd05f4de5416a8307358851.png)

排序器运作流程

### **Rollup 必须要排序器吗？**

答案是否定的。Rollup 上的交易完全可以绕过排序器提交给L1 基础层，由L1 来负责排序和结算，但也将面临较高的gas 消耗和较长的交易确认时间。

Rollup 排序器类似于使用了“快车道”，把成百上千笔L2 交易压缩聚合成单笔L1 交易，从而极大地降低了gas 成本。这也是目前主流的Rollup 都运行中心化排序器的原因，为用户提供更低的gas, 更快的交易确认，从而改善用户交易体验。

**三、中心化排序器 vs. 去中心化排序器**
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### **中心化！**

中心化的优势非常明显，想怎么给交易排序就怎么排，不需要换人排序，也不需要对排序的结果达成共识。也就意味着拥有非常快的交易确认速度，用户的体验感更好；

但中心化也赋予了排序器对交易排序极大的自主权，它可以肆意对交易进行排序，以最大化自己的套利机会，攫取MEV 价值，延迟用户交易甚至完全审查用户。

排序器可以在单一区块内通过改变交易排序攫取MEV 价值；危害更大的是，由于排序器控制着连续多个区块的排序，很容易执行跨区块MEV，从而造成规模更大的攻击。

上述情况都属于排序器主动作恶，有些错误并非排序器有意为之，但仍然损害了用户的体验和权益。打个比方，排序器不小心把一笔已经花费的代币交易重新包含在软承诺中，然后发送给L1 验证，可能存在交易迟迟无法得到确认的情况；又如单一的排序器掉线了，导致二层无法正常出块，网络长时间宕机。

**鱼和熊掌不可兼得，但Rollup 性能的优化绝不能以牺牲去中心化和抗审查为代价。**

### 去中心化？

如果中心化是1，那么去中心化就是多。不同去中心化排序器方案的实现路径有差异，但它们的核心理念是一致的，就是权力下放。

排序器不再拥有中心化对交易排序至高无上的权利，负责排序的角色基于特定的选举机制从一组排序器集合中选出，并进行固定周期的轮换。

去中心化杜绝了排序器源源不断地攫取MEV，也防止了单一排序器审查用户的交易。加之对应的作恶惩罚机制，也能有效地规范排序器的行为。

**四、去中心化排序器赛道概览**
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绕了这么久，终于进入正题了。去中心化排序器，一种是Rollup 项目方自己做，另一种是借助第三方实现。借助第三方实现去中心化排序器，其实也可以称之为Sequencing-as-a-Service，排序即服务。

Espresso, Astria, SUAVE, Radius 等项目都专注于去中心化排序器方案，它们的实现路径各不相同。

**1\. Espresso**
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Espresso Systems 早期是一家专注于隐私解决方案的服务商，2022年3月宣布获得由Electric Capital, 红杉，Blockchain Capital 参投的近3000万美元的A 轮融资。Espresso Systems 目前基本转型做Espresso Sequencer，专门为Rollup 提供去中心化排序器的服务。

![Espresso 融资情况](https://storage.googleapis.com/papyrus_images/a1b859ac286e28590284031ec73e33449ac37ac9023cec50f8c81fdb8460c793.png)

Espresso 融资情况

L2 交易在Espresso 排序器的排序机制下，大体经历的生命周期如下：

1）用户在二层发生的交易发送到Rollup 服务器（API）；

2）交易进入mem 池，排序器（通过HotShot 共识选举）将交易排序并包含在一个区块中；

3）排序器将交易广播，经由其他节点达成HotShot 共识后出块，交易被执行；软承诺提供快速交易确认

4）排序器将包含交易的区块承诺附带共识证书（QC: Quorum Certificate）发送并存储在L1排序器合约中（证明该区块通过共识达成软最终性）；

5）已执行该区块的Rollup 节点将新的Rollup 状态发送到L1(此时zkRU 需要附带有效性证明，ORU 打开挑战期)

6）L1 Rollup 合约通过验证排序器合约发送来的QC 检查状态更新的有效性。

![L2 交易在Espresso 排序机制下的生命周期](https://storage.googleapis.com/papyrus_images/6da4bf591a95dab22b4a0e44f2bae7f57c7b6035b49580c96b2e46d966b76269.webp)

L2 交易在Espresso 排序机制下的生命周期

这个流程看起来晦涩难懂，简单理解就是：

HotShot 共识在一群排序器集合中选出其中之一，由它负责Rollup 交易的排序并把交易包含在一个区块中；这个区块必须经由其他的Rollup 节点签署达成共识（2/3 以上HotShot 节点同意）才具有“最终性”，然后相关的区块承诺和新的Rollup 状态根才提交给L1 基础层做验证。

上面的“最终性”带了引号，这个带引号的“最终性”和不带引号的最终性不是一个概念。带引号的“最终性”是为了让Rollup 的交易更快地确认，延迟少，用户的体验更好；但Rollup 的交易最终还是要L1 基础层去做验证（zkRU 要验证有效性证明，ORU 要等待挑战期结束），验证Rollup 提交的交易没问题的情况下，这时Rollup 的交易才具有真正的最终性。

也就意味着：如果L1 基础层验证交易是无效的话，相关的已出块的L2 区块就会面临回滚。所以，“最终性”是为了让交易快速确认，最终性是为了继承以太坊的安全性。

![无Espresso 的交易排序架构](https://storage.googleapis.com/papyrus_images/ab108427290e05a48f19689b570f10b5e386e3fec70eb1b4d645fa2fc09ab3f8.jpg)

无Espresso 的交易排序架构

![集成Espresso 的交易排序架构](https://storage.googleapis.com/papyrus_images/2579e9bf6bd44325a88dada121a4123dc9a119d11e1cb6985e003477961fdcbd.jpg)

集成Espresso 的交易排序架构

### Espresso + EigenLayer

Espresso 基于HotShot 共识解决了排序器轮换问题和交易“最终性”的确定问题，通过引入EigenLayer 解决排序器的准入问题。

EigenLayer 的再质押机制使以太坊的质押者同时成为Espresso 排序器成为可能，为HotShot 共识提供安全保障。简言之，以太坊的节点质押者可以通过EigenLayer 的再质押机制成为Espresso Sequencer(ESQ)，以太坊质押者在获得PoS 节点收益的同时，也捕获了二层MEV 的价值。

ETH 持有者的潜在收益 = 原生网络的节点奖励 + L2 EVM + 其他PoS 链的节点奖励（使用EigenLayer 再质押机制），三重buff 极大赋能了ETH.

![EigenLayer 的去中心化排序器方案](https://storage.googleapis.com/papyrus_images/05ff5cde9aa3f63adea97ab36706d2bbf35b667b65e784da83881fba9673ad10.png)

EigenLayer 的去中心化排序器方案

Espresso 作为通用类的去中心化排序器解决方案，生态合作项目除EigenLayer 外，还包括Arbitrum, OP Stack, Caldera, AltLayer 等一众明星模块化项目。

![Espresso 生态合作项目版图](https://storage.googleapis.com/papyrus_images/277f35281189390e121c7c9d59b0ded62fffbece8ec2037b1992e8ad4f628b7f.jpg)

Espresso 生态合作项目版图

**2\. Astria**
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Astria 的定位是通用、无需许可的去中心化排序器，为不同Rollup 提供了开箱即用的共享排序器服务。融资方面，Astria 在2023年4月宣布完成由Maven 11 领投的550万美元种子轮融资，跟投机构包括1k(x), Delphi Digital, Lemniscap, Robot Ventures 等。虽然融资规模不大，但机构阵容非常华丽。

![Astria 融资情况](https://storage.googleapis.com/papyrus_images/fce101a714f916f408c10905919db961b9b4e3f4303ebf93646d2c3ff0c7ff75.png)

Astria 融资情况

### 运行机制

Astria 去中心化排序器的运行机制和Espresso Sequencer 大同小异，目的都是通过把交易排序权利下放来弱化排序者的特权。具体来看：

针对排序器的轮换，Astria 提出了2种轮换机制：简单的领导者轮换（Leader Rotation）和拜占庭容错（BFT）共识算法。

**1）领导者轮换**  
通过选举的排序器组成一个集合，排序器集合轮流对Rollup 交易进行排序。这种方式杜绝了单一排序器长时间持续垄断交易的排序权，一定程度上解决了对用户持续审查的问题。

![Astria 的领导者轮换机制](https://storage.googleapis.com/papyrus_images/8621231b86b97c8da8aac4a94eda9641b73093b71058f87db473dbf6926ba0f9.png)

Astria 的领导者轮换机制

**2）BFT 共识算法**  
跟领导者轮换机制类似，轮到的排序器有权负责交易排序，但排序器集合中必须有2/3 及以上成员需要就这个排序达成共识。

两种方法各有优缺点：前者交易确认速度更快，实现快速出块，效率接近于中心化排序器。但折衷点是仍然很难约束轮到的排序器不去作恶；采用BFT 共识作恶的概率更小，需要集合中2/3 的排序器投票达成共识才出块。但需要一定的时间进行共识投票，造成了网络延迟的问题。

![Astria 的BFT 共识算法](https://storage.googleapis.com/papyrus_images/73d4dd792e6bd0cb6bfa37b63a41426a2f5d6cab0b3ebe83c60014dcd33f3d38.png)

Astria 的BFT 共识算法

**3\. SUAVE**
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SUAVE 是Flashbots 构建的去中心化、即插即用的共享排序器解决方案，作为通用类方案，SUAVE 能为任意L1/ L2 提供内存池和去中心化区块构建。SUAVE 与前述共享排序器设计的不同之处在于，SUAVE Chain 本身是一条EVM 兼容链，通过区块“竞标”的方式实现交易排序。

### SUAVE 架构

SUAVE 的架构由3大核心组件构成：通用偏好环境、最佳执行市场和去中心化区块构建。

**1）偏好环境**  
偏好覆盖范围广泛，从简单的交易到复杂的事件。用户的偏好以交易的形式反映在mempool 中，偏好环境作为一个公共的mempool 将偏好汇聚在一起。SUAVE 提供的通用偏好环境使多链的用户偏好公开透明，消除了信息差，在一定程度上解决了跨链MEV 的问题。

**2）执行市场**  
执行市场是由执行者参与的网络，执行者负责监听SUAVE memepool 并相互竞争，竞争驱动它们为用户偏好提供最佳的执行。可以理解为所有的执行者通过“竞标”的方式去实现用户的偏好，将用户交易产生的MEV 尽可能多地返还给用户。

**3）去中心化区块构建**  
最后，依据收集到的偏好和最佳的执行路径，去中心化区块构建网络将它们包含在区块中。至此实现交易发现、交易排序、出块的全流程。

![SUAVE 的核心组件](https://storage.googleapis.com/papyrus_images/78b409edcec9151b6094a359fdc28219acff81f05bac1f7d5f2751ffcd5db98f.png)

SUAVE 的核心组件

**4.Radius**
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Radius 的定位是一个无需信任的共享排序层。与前述方案的实现机制均不同，Radius 通过启用加密mempool, 确保Rollup 交易被无需信任地排序，从而消除有效的MEV 和用户交易审查。

融资方面，Radius 于2023年6月宣布完成由Hashed 领投的170万美元Pre-seed 轮融资，跟投机构包括Superscrypt, LambdaClass 和Crypto.com .

![Radius 融资信息](https://storage.googleapis.com/papyrus_images/2a730cd862a700ca80a71f55cf443aea5c949d36594ef4f9691db5a6ff06d07f.png)

Radius 融资信息

Espresso, Astria 等基于共识机制的去中心化排序器在一定程度上降低了MEV 和审查风险，但是以牺牲网络可扩展性和时间效率为代价的，带来了一定的交易确认延迟（需要就交易排序达成共识）。此外，虽然交易排序处在一个去中心化的环境中，由于mempool 的相关交易是透明的，排序器仍然有作恶的空间攫取MEV. Radius 通过加密mempool, 相关交易信息对排序器不可见，旨在从源头扼杀排序器恶意攫取MEV 和审查交易的问题。

### 技术架构

Radius 技术架构可分为以下4大功能层级：排序层（Radius）、执行层（Rollup）、结算层和数据可用性层。

**1）排序层**

1\. 用户提交加密交易和证明给排序器；  
2.排序器验证证明并验证交易；  
3.排序器对交易进行排序，在此之前无法解密交易；  
4.排序器构建一个区块；  
5.排序器将区块提交给 Rollup 执行。

**2）执行层**

1\. Rollup 接收来自排序器的区块，并按照提供的顺序执行交易；  
2.Rollup 将交易状态和状态证明提交给结算层。

**3）结算层**

1\. 结算层接收来自 Rollup 的状态和状态证明，负责验证证明并确定交易的最终性；  
2.排序层验证执行是否与顺序匹配。

**4）数据可用性层**

数据可用性层存储数据并确保数据可用。

![Radius 各大功能层级架构](https://storage.googleapis.com/papyrus_images/86fd3389ee8adc31caba6b9d7b531d339c1180f5f92a78640a1036ec1f360bb3.png)

Radius 各大功能层级架构

### **mempool 的加密机制 - PVDE**

Radius 采用基于零知识证明的加密方案“实用可验证延迟加密”（PVDE）来创建加密mempool.

具体流程如下：

当用户向排序器提交交易时：

1.用户生成一个时间锁谜题和一个对称密钥；  
2.用户使用对称密钥对交易进行加密，加密后的交易进入mempool；  
3.排序器对加密交易进行排序，排序器需要解锁时间锁谜题才能获得解密密钥；  
4.排序器在解锁时间锁谜题前计算订单承诺，并将承诺提交的结算层（用于验证排序器按顺序将交易提交给了Rollup）.

![Radius 交易加密、解密过程](https://storage.googleapis.com/papyrus_images/2088da304a1c1aa3b377bef934b3ffa60e0129c1d55d54c8a4123d3b26b46c9e.png)

Radius 交易加密、解密过程

### **排序器的去中心化方案**

加密mempool 确保了排序器的无需信任，但单点故障风险仍然存在。如果运行单一排序器 + 加密mempool, 排序器故障会导致网络宕机。为了解决这个问题，Radius 提出了多种去中心化排序器实现方案，包括秘密领导者选举机制、排序器组分片机制等。

当然，Radius 也可以选择参考Espresso 和Astria 的排序器轮换机制，同时实现交易排序的去中心化和无需信任。

### **区块空间优化**

Radius 通过区块空间优化，旨在实现既保护用户又最大化Rollup 利润的目标。Rollup 采用先到先服务（FCFS）的排序机制，优点是能有效防止MEV, 弊端是必须牺牲区块空间拍卖的潜在利润。

为了解决上述交易排序的两难困境，Radius 通过将区块空间划分为顶部块空间和底部块空间2部分：

其中顶部块空间专用于用户交易，将用户交易加密，消除交易排序操纵，从而保护用户免受有害MEV 和审查风险；底部区块引入一个基于拍卖的交易市场，套利者可以将捆绑交易和它们的出价提交给排序器，排序器会选择出价最高的捆绑交易包含在区块中，这种方法能够使Rollup 利润最大化。

以上就是目前主流的通用去中心化排序器解决方案。对于Rollup 而言，面临着运行中心化排序器还是去中心化排序器？集成第三方通用排序器方案还是自己实现去中心化？采用哪种技术实现方案实现交易排序的去中心化？等多个维度的利弊权衡。

五、Rollup 间的博弈
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### 权衡1: 是否去中心化？

Optimism, Arbitrum, zkSync, Base 等几大主流Rollup 靠运行中心化排序器赚得盆满钵满，去中心化将交易排序的权利下放必然涉及分润。在不考虑Rollup 赛道愈发激烈的竞争格局的前提下，谁也不愿意把这份到手的香饽饽分出去。但假设有Rollup 率先启动去中心化排序器，这或许是一个巨大的流量入口，在Rollup 细分赛道中形成示范效应，从而倒逼其他Rollup 项目将其排序器去中心化。

### 权衡2: 集成通用第三方 vs. 内部专用解决方案

排序器实现去中心化的路径总体而言就2种：一种是别人做好的拿过来用；另一种是自己下场干。像Espresso, Astria 等第三方能够为Rollup 提供开箱即用的去中心化排序器服务，那么Rollup 本身就能继续专注于产品差异化和优化性能，提高自身的核心竞争力；此外，集成通用类的去中心化排序器方案也更利于实现互操作性，带来包括跨Rollup 套利等更多的可能性。而此方案的弊端可能在于无法对Rollup 本身的原生代币进行有效的赋能。

Rollup 如果采用内部专用解决方案实现去中心化排序器，这是最耗时且昂贵的方案，但确实实现Rollup 原生代币赋能的最行之有效的方式。如StarkNet 的项目方可以要求用户质押协议原生代币成为排序器集合参与Rollup 的交易排序，并收取一定的服务费用，从而实现价值的累积。

### 权衡3: 采用哪种技术实现方案实现去中心化排序？

如前所述，实现去中心化交易排序的技术实现方案有很多，包括但不限于基于不同的共识机制、FCFS、区块竞价、加密mempool 等方案。每种技术实现方案各有优缺点：基于共识机制将受限于时间效率、加密mempool 无法实现Rollup 利润最大化等，当然也可以参考Astria 融合2种不同的技术实现方案。各种不同技术实现方案间的权衡点是所有Rollup 项目需要深思熟虑的问题。

写在最后
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虽然目前Rollup 赛道的龙头Optimism, Arbitrum 均已发币，但这或许仅仅是个起点，真正意义上的竞争可能才刚刚开始。至少从目前的趋势看，去中心化排序器一定是兵家必争之地。

zk 系Rollup 项目也在悄然崛起，在竞争日趋激烈的环境下，走错一步可能都会造成无法弥补的损失。但在影响项目生死存亡的革新面前，Rollup 们无从选择，只能顺应大势。

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**关于作者：**

[https://twitter.com/y\_cryptoanalyst](https://twitter.com/y_cryptoanalyst)

**_参考文献_**

**_\[1\] Binance Research: Ethereum’s Rollups are Centralized. A Look Into Decentralized Sequencers_**

[https://www.binance.com/en/research/analysis/ethereums-rollups-are-centralized-a-look-into-decentralized-sequencers](https://www.binance.com/en/research/analysis/ethereums-rollups-are-centralized-a-look-into-decentralized-sequencers)

**_\[2\] Espresso HotShot: Consensus Designed for Rollups_**

[https://medium.com/@espressosys/espresso-hotshot-consensus-designed-for-rollups-b080ba7362d1](https://medium.com/@espressosys/espresso-hotshot-consensus-designed-for-rollups-b080ba7362d1)

**_\[3\] Based rollups—superpowers from L1 sequencing_**

[https://ethresear.ch/t/based-rollups-superpowers-from-l1-sequencing/15016](https://ethresear.ch/t/based-rollups-superpowers-from-l1-sequencing/15016)

**_\[4\] Introducing Astria: The Shared Sequencer Network_** [https://blog.astria.org/introducing-astria/](https://blog.astria.org/introducing-astria/)

**_\[5\] Introducing the Astria Development Cluster_**  
[https://blog.astria.org/introducing-the-astria-development-cluster/](https://blog.astria.org/introducing-the-astria-development-cluster/)

**_\[6\] Why Decentralize Sequencers?_**  
[https://blog.astria.org/why-decentralize-sequencers/](https://blog.astria.org/why-decentralize-sequencers/)

**_\[7\] IOSG 详解 SUAVE：MEV 规模化增长的新十年_**

[https://foresightnews.pro/article/detail/24673](https://foresightnews.pro/article/detail/24673)

**_\[8\] The Future of MEV is SUAVE_**

[https://writings.flashbots.net/the-future-of-mev-is-suave/](https://writings.flashbots.net/the-future-of-mev-is-suave/)

**_\[9\] Radius Gitbook_**

[https://docs.theradius.xyz/overview/introduction-to-radius](https://docs.theradius.xyz/overview/introduction-to-radius)

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*Originally published on [helloyyy](https://paragraph.com/@helloyyy/rollup-2-0)*