一文了解區(qū)塊鏈技術(shù)中排序器（Sequencer）的原理、現(xiàn)狀及未來
目前 Layer2 主要的收入來源是用戶在 Rollup 上進行交易時所給的 Gas 費，只要再減去 Layer2 向 Layer1 提交數(shù)據(jù)時所交的 Gas 費，剩下的幾乎就是純利潤。如下圖所示，粗略統(tǒng)計，OP Mainnet 2023 年 6-12 月利潤大約為 523 萬美元，Arbitrum 利潤全年為 1650 萬美元，zkSync Era 2023 年 3-12 月利潤為 2224 萬美元。
實現(xiàn)如此巨大的利潤背后的秘密是什么呢？其實這與他們唯一運行著的排序器有很大的關(guān)系。
那么，什么是排序器（Sequencer），它在 Layer2 中又是如何工作的？中心化排序器所面臨的問題有哪些？同時排序器未來將如何發(fā)展？本文將深入探討這些問題。
什么是區(qū)塊鏈技術(shù)中的排序器？
排序器是某些區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵組件，專門用于提高交易處理的速度和效率。這個工具在區(qū)塊鏈技術(shù)擴展中起著關(guān)鍵作用，確保網(wǎng)絡(luò)能夠平穩(wěn)且經(jīng)濟高效地處理大量交易。通過優(yōu)化交易處理方式，排序器在提升區(qū)塊鏈系統(tǒng)的整體性能和可擴展性方面發(fā)揮著基礎(chǔ)性作用。
排序器是如何工作的？
交易收集與排序： 排序器的主要職責(zé)是收集網(wǎng)絡(luò)用戶提交的交易。在收集這些交易后，排序器將它們組織成特定順序。這種排序至關(guān)重要，因為交易處理的順序會極大地影響最終結(jié)果和網(wǎng)絡(luò)效率。有效的排序有助于維持系統(tǒng)的完整性和公平性，確保所有交易都以防止沖突并保持網(wǎng)絡(luò)可信度的方式進行處理。
批量處理與網(wǎng)絡(luò)效率： 一旦交易被正確排序，排序器就會將它們分組成批次進行處理。這種批處理過程在使用rollups等技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)中尤為重要，這些技術(shù)旨在在主區(qū)塊鏈之外批量處理交易。通過將交易合并成批次并僅將匯總數(shù)據(jù)記錄到區(qū)塊鏈上，排序器顯著減少了網(wǎng)絡(luò)的處理負載。這不僅最大限度地降低了交易成本，還提高了網(wǎng)絡(luò)處理更大交易量的能力，而不會降低性能。
排序器促成的批量處理在維持高交易吞吐量方面特別有益，這對于旨在支持龐大用戶群和交易量的網(wǎng)絡(luò)來說至關(guān)重要。這種方法確保了區(qū)塊鏈即使在需求增加的情況下仍能保持高效、快速和經(jīng)濟。
排序器的原理
Sequnencer，中文譯為排序器或定序器，它是 Layer2 中非常關(guān)鍵的角色。其主要功能為接收來自 Layer2 用戶的交易并對其進行執(zhí)行，最后將對交易排序和壓縮后形成的批處理（Batch）提交到 Layer1 中。
或許這樣說還是比較抽象，接下來筆者將以具體的例子來類比。以往當(dāng)用戶在以太坊上發(fā)生交易時，我們可以形象地看作是自己開車去城里（以太坊）辦事，當(dāng)交易高峰期來臨時堵車這樣的事情就自然會發(fā)生，這時候用戶除了等以外，就只能多付點錢讓外援（指的是驗證者）來接你，不然沒有任何辦法。
解決堵車問題在現(xiàn)實中有很多種方案，比如發(fā)展公共交通、擴寬車道、多修幾條路、錯峰限號出行等，而 Layer2 就是以太坊的公共交通方案，排序器（Sequencer）便是公交車師傅。公交車師傅告訴大家，你們不用親自開車進城了，只要給我一些服務(wù)費（比自己開車的費用低）保證給大家送到目的地，這樣既省錢又省力。同時為了最大化利用公交車內(nèi)的空間，公交車師傅一般會把人盡可能的裝滿才發(fā)車，還會對乘客進行指揮、重新排列，例如兩個胖子之間可以夾一個瘦子，使車內(nèi)乘客“嚴絲合縫”。
了解完這個流程，我們再來回答一些大家關(guān)注的問題。
誰可以運行排序器呢？
有幾種常見的方案：
- 中心化的排序器
這種方案則是 Layer2 團隊親自或指定某個組織唯一運行排序器，因為這種方式效率很高成本卻很低，所以是 Layer2 團隊最喜歡的方案；
當(dāng)然還有其他的方案來決定誰可以運行排序器，筆者將在“去中心化排序器”一節(jié)中詳細介紹。
- 完全無許可的排序器
意味著任何人都可以對交易進行排序并提交到 Layer1 上。但是這種方案雖然看似簡單公平，但也有明顯的缺點，畢竟排序器并不等于 Layer1 的礦工或驗證者，它們并不提高最終的安全性，只是向主鏈提交批處理（Batch）。即使多個參與者同時提交批處理（Batch），最后也只有一個會被收錄，這就導(dǎo)致了其他排序器的計算資源和 Gas 被大量浪費；
排序器是按什么標(biāo)準(zhǔn)排序呢？
通常來講有兩種排序方式，一個是先到先服務(wù)，類似于先上公交車的人可以先占座，先發(fā)出的交易也會被先排序；第二個方式是按 Gas 費排序，如果有的用戶對自己的交易很急，他可以多給排序器一些錢，那么這時排序器就會優(yōu)先打包他的交易而不管先來后到。
主流的 Layer2 多采用第一種方式，但是不管第一種還是第二種本質(zhì)上也只是符合常理罷了，對于如何排序其實 Layer2 是沒有硬性規(guī)定的。排序器甚至可以隨心所欲地排序，就像公交車師傅可以拒絕某人上車也可以提前給自己的親戚朋友占座一樣，雖然不符合常理。
排序器可以作惡嗎？又該如何防止呢？
理論上排序器可以作惡。
排序器的權(quán)力其實非常大，他可以故意撤銷某人的交易然后謊報其已經(jīng)成功了，或者也可以在眾多交易中夾雜一個惡意交易（例如將用戶在 Layer2 的資產(chǎn)轉(zhuǎn)移到自己的地址）來使自己獲利。
但是，為了防止排序器可能的作惡行為，不同的 Layer2 也有不同的約束方式。Optimistic Rollup 采用欺詐證明的方式，即首先樂觀的認為排序器是誠實的，在爭議期內(nèi)（通常為一周）如果沒有驗證者證明排序器提交到 Layer1 的數(shù)據(jù)有誤，那么其提交的數(shù)據(jù)將永遠無法更改；ZK Rollup 則采用的是有效性證明，即對于排序器發(fā)布的批處理（Batch）都會進行第一時間的驗證，驗證通過后交易就會在 Layer1 得到最終確認，沒有爭議期。
Starknet 排序器運行圖
現(xiàn)狀：中心化排序器引發(fā)的問題
目前主流的 Layer2 例如 OP Mainnet、Arbitrum One、Starknet 及 zkSync Era 都采用的是中心化排序器方案，由官方或附屬組織運行著排序器，例如 Optimism 基金會運行著 OP Mainnet 的排序器、Offchain Labs 運行著 Arbitrum One 的排序器等。
中心化排序器對于 Layer2 項目來說具有許多好處，例如便于管理、提高效率并且還能賺取一定的收入。雖然它們幾乎都承諾會維護用戶的利益，不會作惡（現(xiàn)階段嚴格按照先到先服務(wù)的排序標(biāo)準(zhǔn)），但是中心化排序器依然引起許多用戶的擔(dān)心。
抗審查性弱
排序器由單一的一個中心化實體來運行，那么其抗審查性是無法與 Layer1 中成千上萬的驗證者或礦工相比的。團隊可能會因為法規(guī)的要求而剔除一些交易，或者因為某些原因?qū)⒁恍┙灰琢腥牒诿麊蔚?。盡管目前大多數(shù) Layer2 都設(shè)計了機制，使用戶能夠繞過排序器直接向 Layer1 提交交易，但是用戶依然需要付出額外的成本。
用戶自行提交交易的方案（來源：L2BEAT）
弱活躍性
弱活性也可以理解為單點故障。相比于一秒成千上萬的交易請求，一個中心化的排序器因為硬件等原因無法同時處理這么多請求，當(dāng)一個排序器過載而又沒有其他備用排序器時就會引起整個系統(tǒng)宕機，例如 Arbitrum 發(fā)放空投時就出現(xiàn)過一段時間的宕機。
獲取不當(dāng)?shù)?MEV 收益
MEV 全稱為 Maximal Extractable Value，即最大可提取價值，是指礦工 / 驗證者通過操縱交易（添加、刪除、重排交易）所能夠獲取的額外收益。雖然通常情況下它們會按照 Gas 費從高到低進行排序決定交易被納入?yún)^(qū)塊的順序，但一旦監(jiān)控到有重大利潤出現(xiàn)時，礦工可以通過在區(qū)塊中添加交易、刪除交易或改變交易順序以獲取除出塊獎勵以外的收益，通俗理解就是“即當(dāng)選手又當(dāng)裁判”。
在 Layer2 中，排序器也和 Layer1 的礦工 / 驗證者類似有著操縱交易順序的權(quán)力。雖然排序器由 Layer2 團隊運行，但本質(zhì)上我們依然無法完全相信他們，尤其是像 OP Mainnet 使用的還是私有內(nèi)存池（為用戶暫存交易的地方，等待排序器處理），這就相當(dāng)于是在進行黑箱操作，盡管其聲稱這樣做的原因是為了防止其他人監(jiān)控交易而獲取不當(dāng)?shù)?MEV 收益。
未來
主流的 Layer2（OP Mainnet、Arbitrum One、Starknet、zkSync Era）也并非沒有意識到中心化排序器帶來的問題。所以它們都提出了自己的去中心化排序器方案。
不過目前僅還體現(xiàn)在官方文檔或白皮書中，似乎相比與將自己的權(quán)力和收益分散，它們現(xiàn)在更專注于打造自己的核心競爭力（網(wǎng)絡(luò)性能、生態(tài)建設(shè)）。
去中心化排序器
以下筆者將簡單介紹幾種去中心化排序器的方案：
- 地理去中心化
這是一種簡單粗暴的方式，將幾個排序器發(fā)布在全球不同的地理位置，并由聲譽良好且利益相關(guān)的公司 / 組織運行。他們可以通過輪換的方式來決定誰在一段時期內(nèi)進行交易排序。雖然依然具有問題，但比起單一的中心化排序器，這種方案還是具有更好的抗審查性和活性。
- 排序器拍賣
Rollup 可以通過智能合約直接進行排序器拍賣。任何人都可以競標(biāo)排序器運行權(quán)。這樣的拍賣對每個區(qū)塊進行，也可以針對某一時間段。當(dāng)然，最后獲勝的一方仍要質(zhì)押一定的保證金，以便在他們作惡時可以對他們進行處罰。同時，拍賣所得的資金 Rollup 也可以進行有效的分配。
- 領(lǐng)導(dǎo)者選舉
此方案為任何人都可以將代幣（ETH 或 Layer2 原生代幣）質(zhì)押到 Layer2 的智能合約中，每一個提交批處理（Batch）的排序者都從這些質(zhì)押者中隨機抽?。ǔ橹懈怕室部梢耘c質(zhì)押金額成正比）。
- Based Rollup
這是近期在以太坊社區(qū)中產(chǎn)生的一種方案，即直接由以太坊的驗證者來主導(dǎo) Layer2 交易的排序，完全取代 Layer2 自己的排序器。當(dāng)然，這個方案相比于前幾種操作難度更高，且目前還有許多技術(shù)問題待解決。
共享排序器
去中心化排序器方案本質(zhì)上探討的是 Layer2 如何下發(fā)排序器的運行權(quán)力，在這個過程中 Layer2 團隊依然是主導(dǎo)者。而共享排序器指的則是取消了單個 Layer2 專屬的排序器，多個 Layer2 同用一個第三方排序器網(wǎng)絡(luò)。
這樣做有諸多好處，例如 Layer2 之間的原子可組合性（不同的 Layer2 交易在同一個內(nèi)存池內(nèi)）、防止 MEV 提取等。目前有許多項目正在建立一個共享排序器網(wǎng)絡(luò)，如 Astria、Radius 和 Espresso 等。
總結(jié)與思考
消除單點故障和緩解系統(tǒng)性風(fēng)險是加密精神之一，將排序器去中心的想法某種程度上也是基于這種精神的延伸。但是，如果我們從實際角度出發(fā)思考，去中心化排序器或共享排序器是否現(xiàn)在能完美緩解中心化排序器所引發(fā)的問題呢？筆者看來未必。
從 MEV 的角度上來說，拿以太坊舉例，根據(jù) Flashbots 的數(shù)據(jù)顯示，自以太坊 The Merge 后，其統(tǒng)計的區(qū)塊提議者（Proposer）已實現(xiàn)了 288829ETH 的 REV 提取。（注：REV 為已經(jīng)被提取過的 MEV）
這還只是 Flashbots 統(tǒng)計的不完全數(shù)據(jù)，可見 MEV 市場在無需許可的以太坊中有多么巨大。
良性適當(dāng)?shù)奶桌僮鞫a(chǎn)生的 MEV 有利于市場的穩(wěn)定，但在巨大 MEV 利益的誘惑下而進行的惡意操作（例如三明治攻擊），就會對整個網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生不利影響。即使礦工自己不作惡，也會滋生出一個鏈下的勾結(jié)和賄賂市場。這顯然違背了以太坊理念的初衷，也會嚴重傷害普通用戶的利益，雖然目前以太坊也在尋找解決方案（例如將排序者與提議者分離），但短期內(nèi)這樣的情況依然存在。
以太坊目前 MEV 的格局是市場自發(fā)形成的，那么當(dāng) Rollup 的排序器同樣放開和去中心化后，久而久之會不會也形成這樣的市場格局呢？相比于信任 Rollup 團隊而可能造成的單點故障，市場無序競爭后引發(fā)的混亂和另一種中心化也令人膽戰(zhàn)。
同時，共享排序器雖然能使不同的 Rollup 在排序器層面具有了互操作性，但如果未來越來越多這樣的第三方共享排序器被使用，本質(zhì)上它們就成了一個控制多個 Rollup 的網(wǎng)絡(luò)，其權(quán)力也會越來越大。那么，到時會不會又引發(fā)同樣的中心化問題呢？我們是否又需要某種方案來去中心化共享排序器？這些問題都有待進一步的思考。
區(qū)塊鏈的發(fā)展與去中心化是個漫長且困難的過程，排序器被人們關(guān)注的原因是因為它在整個 Rollup 中扮演著極其重要的角色。相信在未來經(jīng)過不斷的探索與努力，今天所面臨的問題都會得到合適的解決。
到此這篇關(guān)于一文了解區(qū)塊鏈技術(shù)中排序器（Sequencer）的原理、現(xiàn)狀及未來的文章就介紹到這了,更多相關(guān)排序器全面介紹內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持腳本之家！
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