前言排序器（Sequencer）是以太坊擴(kuò)容方案 Rollup 中的核心組件之一，負(fù)責(zé)對交易進(jìn)行排序，并執(zhí)行區(qū)塊創(chuàng)建、交易接受、交易排序、交易執(zhí)行以及交易數(shù)據(jù)提交等相關(guān)任務(wù)。隨著以太坊網(wǎng)絡(luò) Layer 2 解決方案的不斷增加及其生態(tài)系統(tǒng)的蓬勃發(fā)展，Layer 2 的盈利模式和中心化問題日益受到關(guān)注。尤其是在 Rollup 中，如何實現(xiàn)排序器的去中心化以及排序器利潤的分配機(jī)制，成為大家關(guān)心的熱點話題。
什么是排序器？
排序器，顧名思義，是負(fù)責(zé)對交易進(jìn)行排序的角色。在比特幣網(wǎng)絡(luò)中，交易排序的職責(zé)由礦工負(fù)責(zé)；在以太坊網(wǎng)絡(luò)中，這一職責(zé)由節(jié)點集合承擔(dān)。這些角色并非固定，而是通過共識機(jī)制來確定誰有權(quán)參與交易的順序執(zhí)行。
目前，主流的 Rollup 方案大多運行中心化的單一排序器。用戶在 Layer 2 （L2）的交易首先進(jìn)入 mem 池（此時交易是無序的）。排序器將這些交易進(jìn)行排序、壓縮成一組有序的批次，然后發(fā)送到以太坊的數(shù)據(jù)可用性（DA）層。
中心化 VS 去中心化
去中心化排序器賽道概覽
去中心化排序器可以通過兩種方式實現(xiàn)：一種是由 Rollup 項目方自行開發(fā)，另一種是借助第三方服務(wù)。借助第三方實現(xiàn)去中心化排序器，通常被稱為 Sequencing-as-a-Service（排序即服務(wù)）。
目前，有多個項目專注于去中心化排序器方案，包括 Espresso、Astria、SUAVE、Radius 等。盡管它們的實現(xiàn)路徑各不相同，但目標(biāo)都是為了提升排序器的去中心化程度和可靠性。
Espresso
在 Espresso 排序器的排序機(jī)制下，L2 交易大致經(jīng)歷以下生命周期：
交易發(fā)送：用戶在二層網(wǎng)絡(luò)上發(fā)生的交易通過 API 發(fā)送到 Rollup 服務(wù)器。
交易排序：交易進(jìn)入 mem 池后，排序器通過 HotShot 共識選舉對交易進(jìn)行排序，并將其包含在一個區(qū)塊中。
交易廣播與確認(rèn)：排序器將排序后的交易廣播出去，其他節(jié)點通過 HotShot 共識達(dá)成共識后出塊，交易被執(zhí)行。同時，軟承諾機(jī)制提供快速的交易確認(rèn)。
區(qū)塊承諾：排序器將包含交易的區(qū)塊承諾及其共識證書（QC：Quorum Certificate）發(fā)送并存儲在 L1 排序器合約中，證明該區(qū)塊通過共識達(dá)成軟最終性。
狀態(tài)更新：已執(zhí)行該區(qū)塊的 Rollup 節(jié)點將新的 Rollup 狀態(tài)發(fā)送到 L1。在 zkRU（零知識 Rollup）情況下，需要附帶有效性證明，而在 ORU（優(yōu)化 Rollup）情況下則會進(jìn)入挑戰(zhàn)期。
狀態(tài)驗證：L1 Rollup 合約通過驗證排序器合約發(fā)送來的 QC，檢查狀態(tài)更新的有效性。
這個流程可以簡化理解為：
交易排序與區(qū)塊創(chuàng)建：在一組排序器中，通過 HotShot 共識機(jī)制選出一個排序器，它負(fù)責(zé)對 Rollup 交易進(jìn)行排序，并將這些交易包含在一個區(qū)塊中。
共識與區(qū)塊承諾：該區(qū)塊必須由其他的 Rollup 節(jié)點簽署并達(dá)成共識（至少 2/3 的 HotShot 節(jié)點同意）才具有「最終性」。然后，相關(guān)的區(qū)塊承諾和新的 Rollup 狀態(tài)根提交給 L1 基礎(chǔ)層進(jìn)行驗證。
快速確認(rèn)與最終性：「最終性」帶引號是為了讓 Rollup 交易更快地確認(rèn)，減少延遲，提升用戶體驗。然而，Rollup 交易最終還是要由 L1 基礎(chǔ)層進(jìn)行驗證（zkRU 需要驗證有效性證明，ORU 需要等待挑戰(zhàn)期結(jié)束）。如果 L1 驗證交易沒有問題，此時 Rollup 的交易才具有真正的最終性。
潛在回滾：如果 L1 驗證發(fā)現(xiàn)交易無效，相關(guān)的已出塊的 L2 區(qū)塊將面臨回滾。因此，「最終性」是為了讓交易快速確認(rèn)，而最終性是為了繼承以太坊的安全性。
Astria
Astria 的定位是提供通用、無需許可的去中心化排序器，為不同的 Rollup 提供開箱即用的共享排序器服務(wù)。
運行機(jī)制
Astria 的去中心化排序器運行機(jī)制與 Espresso Sequencer 類似，目的是通過將交易排序的權(quán)利下放來減少排序者的特權(quán)。具體來說，Astria 提出了兩種針對排序器的輪換機(jī)制：
領(lǐng)導(dǎo)者輪換（Leader Rotation）：這是一種簡單的輪換機(jī)制，通過預(yù)定的規(guī)則或時間間隔在排序器之間輪換領(lǐng)導(dǎo)者，從而分散排序權(quán)力。
拜占庭容錯（BFT）共識算法：這是一種更加復(fù)雜和安全的機(jī)制，允許在存在惡意節(jié)點的情況下仍能達(dá)成共識。通過這種算法，多個排序器共同參與決策，確保系統(tǒng)在遭受一定數(shù)量的節(jié)點故障或攻擊時仍能正常運行。
領(lǐng)導(dǎo)者輪換
通過選舉產(chǎn)生的排序器組成一個集合，集合中的排序器輪流對 Rollup 交易進(jìn)行排序。這種方式避免了單一排序器長時間壟斷交易排序權(quán)的問題，并在一定程度上解決了對用戶持續(xù)審查的隱憂。
SUAVE
SUAVE 是由 Flashbots 開發(fā)的去中心化、即插即用的共享排序器解決方案。作為一個通用平臺，SUAVE 能夠為各種 L1/L2 網(wǎng)絡(luò)提供內(nèi)存池管理和去中心化的區(qū)塊構(gòu)建功能。與傳統(tǒng)共享排序器設(shè)計不同，SUAVE Chain 是一條 EVM 兼容鏈，它通過區(qū)塊“競標(biāo)”的機(jī)制實現(xiàn)交易排序。
SUAVE 架構(gòu)
SUAVE 的架構(gòu)由三個核心組件組成：通用偏好環(huán)境、最佳執(zhí)行市場和去中心化區(qū)塊構(gòu)建。
偏好環(huán)境
SUAVE 的偏好環(huán)境廣泛涵蓋了從簡單交易到復(fù)雜事件的各種需求。用戶的交易偏好會以交易形式反映在內(nèi)存池中，偏好環(huán)境作為一個公共的內(nèi)存池將這些偏好匯總起來。SUAVE 提供的通用偏好環(huán)境不僅使多鏈用戶的偏好變得公開透明，還有效減少了信息不對稱，并在一定程度上緩解了跨鏈 MEV 問題。
執(zhí)行市場
執(zhí)行市場由一群執(zhí)行者組成，他們負(fù)責(zé)監(jiān)聽 SUAVE 的內(nèi)存池并相互競爭。競爭驅(qū)動這些執(zhí)行者為用戶的偏好提供最佳執(zhí)行方案。可以將這些執(zhí)行者視為通過“競標(biāo)”方式來實現(xiàn)用戶需求的參與者，他們力求將產(chǎn)生的 MEV 盡可能多地返還給用戶。
去中心化區(qū)塊構(gòu)建
最后，基于收集到的偏好數(shù)據(jù)和最佳執(zhí)行路徑，去中心化區(qū)塊構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)會將這些交易信息打包到區(qū)塊中，完成從交易發(fā)現(xiàn)、排序到區(qū)塊出塊的整個過程。
Radius
Radius 的定位是一個無需信任的共享排序?qū)印Ｅc前述方案的實現(xiàn)機(jī)制不同，Radius 通過引入加密內(nèi)存池（encrypted mempool）來確保 Rollup 交易的排序過程無需信任。這種方法有效消除了 MEV 和用戶交易審查的問題，從而保障了交易的公正性和透明性。
盡管像 Espresso 和 Astria 等基于共識機(jī)制的去中心化排序器在一定程度上減少了 MEV 和審查風(fēng)險，但它們通常以犧牲網(wǎng)絡(luò)可擴(kuò)展性和時間效率為代價，從而導(dǎo)致交易確認(rèn)延遲（因為需要就交易排序達(dá)成共識）。此外，雖然這些排序器在去中心化環(huán)境中運行，由于內(nèi)存池中的交易信息是公開透明的，排序器仍然可能存在惡意攫取 MEV 的風(fēng)險。Radius 通過引入加密內(nèi)存池（encrypted mempool），確保排序器無法看到相關(guān)交易信息，旨在從根本上解決排序器惡意攫取 MEV 和審查交易的問題。
技術(shù)架構(gòu)
Radius 的技術(shù)架構(gòu)分為四個主要功能層級：排序?qū)樱≧adius）、執(zhí)行層（Rollup）、結(jié)算層和數(shù)據(jù)可用性層。
排序?qū)?/strong>
用戶將加密交易及其證明提交給排序器。
排序器驗證這些證明及交易的有效性。
排序器在解密交易之前對交易進(jìn)行排序。
排序器構(gòu)建一個區(qū)塊。
排序器將構(gòu)建好的區(qū)塊提交給 Rollup 執(zhí)行層。
執(zhí)行層
Rollup 接收排序器提交的區(qū)塊，并按照指定的順序執(zhí)行交易。
Rollup 將交易狀態(tài)及狀態(tài)證明提交至結(jié)算層。
結(jié)算層
結(jié)算層負(fù)責(zé)接收和驗證來自 Rollup 的狀態(tài)和狀態(tài)證明，以確認(rèn)交易的最終性。
結(jié)算層確保交易執(zhí)行符合排序?qū)又付ǖ捻樞颉?/strong>
數(shù)據(jù)可用性層
數(shù)據(jù)可用性層負(fù)責(zé)存儲數(shù)據(jù)并確保這些數(shù)據(jù)的可用性。
mempool 的加密機(jī)制 - PVDE
Radius 采用基于零知識證明的加密方案“實用可驗證延遲加密”（PVDE）來實現(xiàn)加密內(nèi)存池（mempool）。這一機(jī)制確保了交易在排序過程中保持加密狀態(tài)，增加了交易處理的安全性。
具體流程如下：
用戶提交交易
用戶生成一個時間鎖謎題和一個對稱密鑰。
用戶使用對稱密鑰對交易進(jìn)行加密，加密后的交易進(jìn)入內(nèi)存池（mempool）。
排序器處理交易
排序器對加密交易進(jìn)行排序，但在解鎖時間鎖謎題之前無法獲取解密密鑰。
排序器在解鎖時間鎖謎題前，計算訂單承諾，并將該承諾提交給結(jié)算層。這一承諾用于驗證排序器是否按照順序?qū)⒔灰滋峤唤o Rollup 執(zhí)行層。
Metis
Metis 是首批實踐去中心化 PoS 排序器的 Layer 2 網(wǎng)絡(luò)，為未來的發(fā)展提供了一個重要的范本。這個范本不僅實現(xiàn)了排序器的去中心化，還提供了基于 PoS（權(quán)益證明）的去中心化 Optimistic Rollup 解決方案。在該范本中，Metis 的去中心化 PoS 排序器包括三個主要角色：管理員、排序器和 PoS 共識層。
在傳統(tǒng)的 Rollup 模型中，單一的 Sequencer 雖然能有效處理交易和數(shù)據(jù)，但也集中權(quán)力，可能引發(fā)多種風(fēng)險：
操作風(fēng)險：如果 Sequencer 發(fā)生故障或遭受攻擊，整個系統(tǒng)的交易處理將被阻斷。
審查風(fēng)險：Sequencer 能夠選擇性處理或拒絕交易，這可能限制用戶訪問特定的去中心化金融（DeFi）協(xié)議或服務(wù)。
操縱風(fēng)險：Sequencer 在交易排序中可能優(yōu)先處理自身交易，通過提高交易費用獲取不正當(dāng)利益，即最大可提取價值（MEV）。
為了解決這些問題，Metis 設(shè)計了一個去中心化的 Sequencer 池，由多個 Sequencer 節(jié)點共同完成交易的聚合、排序和執(zhí)行。這一設(shè)計確保了系統(tǒng)的公正性和透明度：
共識機(jī)制：超過三分之二的 Sequencer 節(jié)點必須對每個新區(qū)塊的狀態(tài)達(dá)成共識，之后才能將交易批次提交到以太坊主網(wǎng)（L1）。
多方計算（MPC）簽名：在交易批次提交到 L1 之前，通過 MPC 簽名驗證批次的真實性，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。
去中心化 Sequencer 的優(yōu)勢：
增強(qiáng)安全性：通過多個節(jié)點共同決策，降低了單點故障的風(fēng)險，提高了網(wǎng)絡(luò)的魯棒性和安全性。
降低審查和操控的可能性：多個 Sequencer 的存在使得單一節(jié)點難以操控或?qū)彶榻灰祝Ｗo(hù)用戶的交易自由。
穩(wěn)定性和冗余：支持 Sequencer 的平滑輪換，最小化故障或中斷的影響，提高了整個網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。
在 Metis 的去中心化 Sequencer 模型中，每個節(jié)點由幾個關(guān)鍵組件組成：
L2 Geth（包括 OP-Node）：負(fù)責(zé)交易排序和區(qū)塊組裝。
適配器模塊：作為與其他外部模塊（主要是 PoS 節(jié)點）交互的中介。
批次提交者（Proposer）：負(fù)責(zé)構(gòu)建交易批次并在獲得多個 Sequencer 的認(rèn)可后提交到 L1。
PoS 節(jié)點：在以太坊、共識和 Metis 層之間進(jìn)行協(xié)調(diào)，確保資產(chǎn)的安全鎖定并獎勵驗證者。
共識層：由與以太坊主網(wǎng)并行運行的 Tendermint PoS 節(jié)點組成，確保操作效率而不妨礙主網(wǎng)的進(jìn)程。
L2 Geth（包括 OP-Node）
主要代碼為https://github.com/MetisProtocol/mvm fork optimism
主要是修改了兩部分
區(qū)塊組裝：mvm\l2 geth 服務(wù)代碼，加入了 applyTransactionToTip 處理邏輯，以此判斷當(dāng)前 sequencer 是否應(yīng)組裝當(dāng)前區(qū)塊。
交易排序：修改原 op-node 代碼，借助 MPC 共識層的適配器模塊，獲取輪換列表與區(qū)塊高度對應(yīng)的當(dāng)前排序器的位置，來檢查自己是否為當(dāng)前有效排序器。
Sequencer 輪換
輪換信息存在L2 MetisSequencerSet 合約中，信息由共識層（PoS 節(jié)點）控制
每個 epoch，共識層更新 Sequencer 信息，經(jīng)過 MPC 簽名，發(fā)起交易，更新合約 Sequencer 列表
每個 epoch，根據(jù)合約 Sequencer 列表信息，輪流當(dāng)職
違規(guī)：未及時，或者產(chǎn)生錯誤交易（兩筆相同 L2 TxID），PoS 層會選擇新的 Sequencer，{構(gòu)造 ReselectSeqencer 交易 MPC 簽名}，新的 Sequencer 會在L2上發(fā)起當(dāng)前 TxID 的交易，同時新的 Sequencer 也會更新到 MetisSequencerSet 合約 {沒有懲罰機(jī)制}
觸發(fā)更新：收到常規(guī)交易，并且達(dá)輪換間隔，會暫停當(dāng)前常規(guī)交易，執(zhí)行 MetisSequencerSet.sol 合約更新交易，然后 PoS 層選擇將執(zhí)行當(dāng)前常規(guī)交易的新排序器。
加入：POS 合約，部署在L1，任何人，抵押 metis，申請成為 sequencer。當(dāng)達(dá)到上限，進(jìn)入等待隊列
獲得一個 NFT
禁止直接轉(zhuǎn)移，可通過 LockingPool 合約->updateSigner 更換簽名者，轉(zhuǎn)移 NFT
NFT 的 tokenId 對應(yīng) sequence id
替換：當(dāng) sequencer 長期處于不健康狀態(tài)，將被踢出，并由候補(bǔ)替換
退出：
銷毀 NFT
update：通過 LockingPool 合約->updateSigner 更換簽名者，轉(zhuǎn)移 NFT
選擇：加權(quán)隨機(jī)選擇算法
MPC 模塊
負(fù)責(zé)管理多重簽名密鑰的整個生命周期
多重簽名生成
密鑰重新共享
應(yīng)用簽名
刪除簽名
提供對多種多重簽名異步使用的支持
處理流程
第 1 階段：通知 MPC 節(jié)點做好準(zhǔn)備
在本地生成一個隨機(jī)數(shù) sessionID；
keyGenPrepare 使用p2p網(wǎng)絡(luò)將消息廣播到所有 MPC 節(jié)點；
每個 MPC 節(jié)點收到 keyGenPrepare 消息后，啟動各自的處理 goroutine；
根據(jù) 檢查本地數(shù)據(jù)（數(shù)據(jù)是指 TSS 模塊是否存儲了該 id 對應(yīng)的 mpc 信息）keyId；
如果狀態(tài)中已有數(shù)據(jù) READY，則直接從存儲中返回數(shù)據(jù)，無需繼續(xù)操作 keyGen；
如果已經(jīng)存在具有 PENDING 狀態(tài)的數(shù)據(jù)，則返回錯誤，以避免由于并發(fā)執(zhí)行不同的密鑰生成調(diào)用而導(dǎo)致密鑰生成不一致；
建立p2p通信通道；
將消息返回 keyGenReady 給發(fā)起節(jié)點；
第二階段：啟動 keyGen 流程
發(fā)起節(jié)點等待接收 keyGenReady 來自所有節(jié)點的消息；
一旦發(fā)起節(jié)點收到 keyGenReady 來自所有節(jié)點的消息，它就會 keyGenStart 使用 p2p 網(wǎng)絡(luò)將消息廣播到所有 MPC 節(jié)點；
收到 keyGenStart 消息后，每個 MPC 節(jié)點：
在本地構(gòu)造一個 LocalParty 實例；
開始從其他節(jié)點接收信息
展望
區(qū)塊鏈排序器的發(fā)展前景充滿了激動人心的變革。隨著區(qū)塊鏈生態(tài)系統(tǒng)的不斷演進(jìn)，排序器將經(jīng)歷從中心化到更加分散、高效和適應(yīng)性強(qiáng)的解決方案的重大轉(zhuǎn)變。這一變革對提高以太坊生態(tài)系統(tǒng)的交易效率、可擴(kuò)展性和安全性至關(guān)重要。
去中心化是加密貨幣的核心哲學(xué)。通過共享排序網(wǎng)絡(luò)，經(jīng)濟(jì)機(jī)制能夠有效地解決價值累積和收入分配的問題。隨著排序器模塊化構(gòu)建和開發(fā)框架的日益成熟，未來這些技術(shù)將成為行業(yè)發(fā)展的強(qiáng)大催化劑，推動區(qū)塊鏈生態(tài)系統(tǒng)向更加創(chuàng)新和高效的方向邁進(jìn)。
參考資料
https://docs.espressosys.com/sequencer
https://docs.theradius.xyz/
https://docs.astria.org/developer/tutorials/run-local-rollup-against-remote-sequencer
https://docs.metis.io/dev/decentralized-sequencer/overview
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