O que é um Sequenciador

Um Sequenciador é um componente importante no Layer2 Rollup do Ethereum. Recebe transacções não ordenadas e gera lotes de transacções ordenadas. Em seguida, estes lotes de transacções podem ser colocados em blocos e enviados para a camada de disponibilidade de dados. Depois de receber a transação de um utilizador, o sequenciador fornece uma receção quase instantânea como uma "confirmação suave", enquanto a "confirmação dura" é recebida depois de a transação ser enviada para a camada de disponibilidade de dados.

Os Rollups Layer2 mais comuns, como o Arbitrum, Optimism, zkSync, StarkNet e Polygon zkEVM, utilizam todos sequenciadores centralizados operados por operadores. No entanto, os sequenciadores centralizados têm os seguintes problemas:

1. Censura de transacções: o sequenciador controla a sequência de transacções, pelo que pode não incluir transacções de utilizadores;
2. Extração MEV: o sequenciador pode extrair o valor máximo extraível, o que pode ser desvantajoso para os utilizadores;
3. Ponto único de falha: se o sequenciador falhar, todo o Rollup será afetado.

Em resposta ao problema da centralização dos sequenciadores, todos os principais Rollups da Layer2 incluíram a descentralização dos sequenciadores nos seus roteiros, mas todos eles estão ainda em fase de planeamento e não foram implementados a curto ou médio prazo. A razão para tal é que a descentralização dos sequenciadores não é uma questão técnica, mas sim económica.

Para os interessados nos princípios técnicos do Layer2 Rollup, pode consultar o meu artigo anterior "Ethereum Layer2: A Guerra do Rollup".

Economia do Rollup Layer2

O Layer2 Rollup tem três funções principais: Utilizador, operador de rollup e camada de base. O processo principal que executam é, grosso modo, o seguinte: quando os utilizadores negoceiam em L2, o operador de rollup actua como interface entre os utilizadores e a camada de base e, eventualmente, publica os dados na camada de base, como se mostra:

1. Utilizadores: Enviam as suas transacções na rede Layer2, colocam os seus activos na rede Layer2 no Rollup para interacções contratuais e pagam taxas ao operador do Rollup.
2. Operadores de rollup: Representam toda a infraestrutura necessária para tratar as transacções na rede Layer2. Para além dos sequenciadores, existem também executores e validadores. Para o Optimistic Rollup, há desafiantes que comunicam provas de fraude.
3. Camada de base: Também pode ser entendido como um nó completo. O seu objetivo é proteger o protocolo de dados do Rollup, processar e verificar todas as transacções, assegurar o estado correto do Rollup e garantir a validade de cada transação. Se for detectada uma transação incorrecta, esta será eliminada.

Os custos para os operadores de rollup incluem a manutenção de um pool de transacções, processamento de lotes em série, cálculo de raízes de estado/diferenças de estado/provas de validade, etc. Estes custos estão relacionados com a triagem, a verificação das transacções, a geração de blocos e outras questões envolvidas no processamento de transacções em massa. As principais fontes de rendimento são as recompensas em fichas e o Valor Extraível Máximo (MEV).

Neste caso, o MEV é particularmente importante. O MEV refere-se ao valor extraído para além da recompensa padrão do token através da manipulação de transacções dentro do bloco, ou seja, incluindo, excluindo e alterando a ordem das transacções. As formas mais comuns de extração de MEV incluem ataques de front-running e sandwich.

Por conseguinte, manter um sequenciador centralizado pode ser a escolha economicamente mais sensata para os operadores de Rollup. No entanto, também existem Rollups Layer2 que utilizam sequenciadores descentralizados, como o Metis.

A Metis promove o seu sequenciador PoS descentralizado como um dos principais pontos de venda. Tanto os operadores de sequenciadores como os operadores de nós da camada de consenso do Metis precisam de apostar um certo número de tokens como garantia. Se um sequenciador mostrar um comportamento desonesto durante o processamento da transação, outros podem contestá-lo. Se o desafio for bem sucedido, o sequenciador perderá parte das suas apostas.

Dado que os Rollups Layer2 principais estão todos a executar um único sequenciador centralizado, se estes sequenciadores tiverem problemas, todo o programa Rollup será afetado negativamente. O objetivo dos utilizadores que utilizam o Layer2 Rollup é poupar custos de transação, e uma das ideias básicas por detrás da cadeia de blocos é evitar a dependência de um único fornecedor centralizado. A centralização dos sequenciadores é obviamente uma questão premente que precisa de ser resolvida.

Sequenciador partilhado

A solução para os problemas acima mencionados é um sequenciador partilhado descentralizado. "Partilhado" implica que vários rollups Layer2 diferentes podem utilizar a mesma rede de sequenciadores, o que significa que as transacções de vários rollups Layer2 são agregadas num mempool antes de serem ordenadas.

O sequenciador partilhado visa aliviar os problemas de extração de MEV, proporcionar resistência à censura e melhorar as garantias de eficácia dos Rollups Layer2. Para além disso, há dois pontos que merecem ser assinalados:

1. Modularidade: Tal como a disponibilidade de dados, o sequenciador é uma capacidade modular. Relativamente à disponibilidade de dados, pode consultar o meu artigo anterior "Data Availability: Quem mexeu no queijo do Ethereum?". A necessidade de um sequenciador descentralizado pode ser abstraída para um tipo de "mercadoria". Esta abordagem engenhosa baseada no pensamento modular, devido ao seu baixo custo e elevada eficiência, está destinada a atrair um grande número de pedidos de Rollup Layer2 de "lançamento em cadeia com um clique". E todos estes Layer2 Rollups beneficiarão da resistência à censura e das capacidades em tempo real que uma rede descentralizada pode proporcionar, sem necessidade de serem eles próprios a estabelecer essa rede.
2. Compatibilidade entre rollups: Uma vez que estas soluções de sequenciador partilhado se destinam a tratar a ordenação de transacções de vários rollups, podem oferecer garantias de interoperabilidade únicas que não estão atualmente disponíveis. Por exemplo, os utilizadores devem poder especificar que uma transação do nível 1 só pode ser incluída num bloco se e só se uma transação diferente do nível 2 também for incluída no mesmo bloco. Ao permitir esta inclusão condicional de transacções, os sequenciadores partilhados podem desbloquear novas possibilidades, incluindo a arbitragem atómica de rollups cruzados.

Projectos como o Espresso, Astria, SUAVE e Radius centram-se em soluções de sequenciadores descentralizados, cada um com diferentes vias de implementação.

Café expresso

A Espresso Systems, inicialmente uma empresa focada em soluções de privacidade, anunciou em março de 2022 que tinha angariado quase 30 milhões de dólares em financiamento da Série A, com investimentos da Electric Capital, Sequoia e Blockchain Capital. A Espresso Systems passou em grande parte a desenvolver o Espresso Sequencer, dedicado a fornecer serviços de triagem descentralizados para Rollups.

O Espresso resolveu o problema da rotação do sequenciador e da determinação da "finalidade" das transacções com base no consenso HotShot, e introduziu o EigenLayer para resolver o problema da admissão do sequenciador.

O mecanismo de re-staking do EigenLayer tornou possível que os stakers do Ethereum também se tornassem Espresso Sequencers, fornecendo garantia de segurança para o consenso HotShot. Em termos simples, os stakers de nós Ethereum podem tornar-se Espresso Sequencers (ESQ) através do mecanismo de re-staking do EigenLayer. Os stakers do Ethereum, ao mesmo tempo que recebem recompensas dos nós PoS, também capturam o valor do L2 MEV.

Como uma solução universal para sequenciadores descentralizados, os projectos de cooperação ecológica do Espresso incluem não só o EigenLayer, mas também uma série de projectos modulares como o Arbitrum, OP Stack, Caldera e AltLayer.

Astria

O Astria posiciona-se como um sequenciador universal, descentralizado e sem permissões, fornecendo serviços de sequenciação partilhada prontos a usar para diferentes Rollups. Em termos de financiamento, a Astria anunciou em abril de 2023 que tinha concluído uma ronda de financiamento inicial de 5,5 milhões de dólares liderada pela Maven 11, com instituições de investimento participantes, incluindo 1k(x), Delphi Digital, Lemniscap, Robot Ventures, etc. Apesar de o financiamento ser reduzido, a linha institucional é magnífica.

O mecanismo de funcionamento do sequenciador descentralizado do Astria é semelhante ao do Espresso Sequencer. O objetivo é enfraquecer os privilégios do sequenciador, descentralizando os direitos de sequenciação das transacções. Especificamente:

Para a rotação do sequenciador, o Astria propõe 2 mecanismos de rotação:

1. Rotação simples de líderes: É formado um conjunto através de sequenciadores eleitos, e o conjunto de sequenciadores faz turnos para ordenar as transacções de Rollup. Este método evita que um único sequenciador monopolize os direitos de sequenciação das transacções durante muito tempo e resolve, em certa medida, o problema da censura contínua dos utilizadores;
2. Algoritmo de consenso Byzantine Fault Tolerance (BFT): Semelhante ao mecanismo de rotação do líder, o sequenciador, por sua vez, tem o direito de ser responsável pela ordenação das transacções, mas 2/3 ou mais dos membros do conjunto de sequenciadores têm de chegar a um consenso sobre essa ordenação.

SUAVE

O SUAVE é uma solução de sequenciador partilhado descentralizada e plug-and-play criada pela Flashbots. Como solução universal, a SUAVE pode fornecer uma reserva de memória e construção descentralizada de blocos para qualquer L1/L2. O que distingue o SUAVE dos designs de sequenciadores partilhados acima mencionados é que a cadeia SUAVE é uma cadeia compatível com EVM que consegue sequenciar as transacções através de "licitação" de blocos.

A arquitetura do SUAVE é constituída por três componentes principais:

1. Ambiente de preferências universal: As preferências abrangem uma vasta gama, desde simples transacções a eventos complexos. As preferências dos utilizadores são reflectidas no mempool sob a forma de transacções. O ambiente de preferências, enquanto conjunto de memórias públicas, reúne as preferências. O ambiente de preferências universais da SUAVE torna as preferências de várias cadeias publicamente transparentes, elimina a assimetria de informação e, em certa medida, resolve o problema do MEV entre cadeias.
2. Melhor Mercado de Execução: O mercado de execução é uma rede participada por executores, que são responsáveis por monitorizar o memepool da SUAVE e competir entre si. A concorrência leva-os a fornecer a melhor execução para as preferências dos utilizadores. Pode entender-se que todos os executores implementam as preferências do utilizador através de um processo de "licitação", devolvendo ao utilizador a maior parte possível do MEV gerado pelas transacções do utilizador.
3. Construção descentralizada de blocos: Finalmente, com base nas preferências recolhidas e no melhor caminho de execução, a rede descentralizada de construção de blocos inclui-os no bloco. Isto completa todo o processo de descoberta de transacções, ordenação de transacções e produção de blocos.

Raio

O objetivo do Radius é servir como uma camada de sequenciação partilhada sem confiança. Ao contrário dos mecanismos de implementação das soluções acima mencionadas, o Radius garante que as transacções Rollup são sequenciadas sem necessidade de confiar em ninguém, permitindo um mempool encriptado, eliminando assim a censura efectiva do MEV e das transacções dos utilizadores.

Em termos de financiamento, a Radius anunciou em junho de 2023 que concluiu uma ronda de financiamento pré-semente de 1,7 milhões de USD, liderada pela Hashed, com a participação de empresas de investimento, incluindo a Superscrypt, a LambdaClass e a Crypto.com.

O Espresso, o Astria e outros sequenciadores descentralizados baseados no consenso reduzem, até certo ponto, o risco de MEV e de censura, mas isto acontece à custa da escalabilidade da rede e da eficiência temporal, levando a um certo atraso na confirmação das transacções (uma vez que é necessário consenso sobre a sequenciação das transacções). Além disso, embora o sequenciamento de transações ocorra em um ambiente descentralizado, devido à transparência das transações relacionadas no mempool, os sequenciadores ainda têm espaço para extração maliciosa de MEV. Ao utilizar um mempool encriptado, a Radius pretende cortar pela raiz a extração maliciosa de MEVs e a censura de transacções por parte dos sequenciadores, tornando invisível para estes a informação relativa às transacções.

O Radius utiliza um esquema de encriptação baseado em provas de conhecimento zero, "Practical Verifiable Delay Encryption" (PVDE), para criar um mempool encriptado. O mempool encriptado garante a fiabilidade do sequenciador, mas o risco de falha num único ponto continua a existir. Se um único sequenciador + mempool encriptado for executado, uma falha no sequenciador causará uma interrupção na rede. Para resolver este problema, o Radius propõe várias soluções de implementação de sequenciadores descentralizados, incluindo um mecanismo de eleição secreta de líderes e um mecanismo de fragmentação de grupos de sequenciadores.

Sequenciadores partilhados e MEV

O Astria, o Espresso e o SUAVE incorporam a MEV como parte do seu ecossistema, fornecendo mesmo algumas conveniências para facilitar a MEV numa arquitetura PBS. O Radius, por outro lado, evita a MEV encriptando as transacções, mas também reconhece que a MEV é um incentivo significativo para os construtores e não pode ser completamente eliminada.

O MEV é um incentivo de mercado significativo. Os Rollups Layer2 tradicionais ganham um montante considerável ao monopolizarem o MEV através da gestão de sequenciadores centralizados. A descentralização do direito de sequenciar transacções implica inevitavelmente a partilha de receitas, criando um paradoxo.

A menos que os sequenciadores partilhados consigam encontrar um equilíbrio entre a proteção dos interesses dos utilizadores e a manutenção dos incentivos do ecossistema - por outras palavras, a transferência dos lucros para os próprios utilizadores - este poderá ser um ponto de entrada de tráfego significativo para atrair utilizadores. Isto poderia criar um efeito demonstrativo no nicho do Rollup Layer2, forçando assim outros Rollups Layer2 a adoptarem sequenciadores partilhados.

Resumo

O paradigma modular dos sequenciadores partilhados reduz o limiar técnico para todo o ecossistema Layer2 Rollup, e a capacidade de composição entre Rollups abre mais possibilidades. No entanto, é diferente de subcontratar a camada de disponibilidade de dados. Nenhum projeto Layer2 Rollup quereria subcontratar a sua principal capacidade de "recolha de impostos".

Na sua essência, o Layer2 Rollup carece de um quadro económico independente e descentralizado. Abandonar o sequenciador dificulta o arranque do seu ecossistema de mercado. Mesmo que adoptassem um sequenciador descentralizado, é muito provável que fossem descentralizados apenas no nome, mantendo o controlo nas mãos dos operadores ou de um pequeno grupo de pessoas, ou que exigissem uma aposta com os seus próprios tokens, dando uma utilidade real aos tokens para suportar o seu preço.

Seja como for, haverá muitos novos participantes tanto no campo do Layer2 Rollup como no campo do sequenciador partilhado. Alguns Rollups Layer2 tradicionais podem preferir criar as suas próprias soluções em vez de utilizar redes de sequenciação partilhadas, enquanto alguns sequenciadores partilhados bem estabelecidos podem atrair muitos Rollups Layer2 não tradicionais, obtendo efeitos de rede poderosos. Haverá, sem dúvida, novas alterações no futuro.

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