[논문 리뷰] SoK: Decentralized Sequencers for Rollups

Shashank Motepalli, Luciano Freitas de Souza외 1명|arXiv (Cornell University)|2023. 10. 05.

Blockchain Technology Applications and Security인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 롤업을 위한 탈중앙화된 시퀀서에 대한 종합적인 분석을 제시하며, 현재 시스템의 중앙집중화 위험을 해결하기 위한 프레임워크를 제안한다. 핵심 성질로 기능성, 탈중앙화, 공정성, 안전성, 성능, 인cent라이브, 상호운용성을 식별하고, 위원회 구성, 합의 메커니즘, 보상 모델 등의 핵심 구성 요소를 제시하며, 기존 설계가 이러한 기준을 완전히 충족하지 못하고 있음을 결론 내린다.

ABSTRACT

Rollups have emerged as a promising solution to enhance blockchain scalability, offering increased throughput, reduced latency, and lower transaction fees. However, they currently rely on a centralized sequencer to determine transaction ordering, compromising the decentralization principle of blockchain systems. Recognizing this, there is a clear need for decentralized sequencers in rollups. However, designing such a system is intricate. This paper presents a comprehensive exploration of decentralized sequencers in rollups, formulating their ideal properties, dissecting their core components, and synthesizing community insights. Our findings emphasize the imperative for an adept sequencer design, harmonizing with the overarching goals of the blockchain ecosystem, and setting a trajectory for subsequent research endeavors.

연구 동기 및 목표

• 롤업 내 탈중앙화된 시퀀서의 이상적인 성질을 식별하고 형식화하여 현재 설계의 핵심 격차를 해결한다.
• 위원회 구성, 합의, 보상 메커니즘 등의 시퀀서 핵심 구성 요소를 분석하여 체계적인 설계 프레임워크를 제공한다.
• 커뮤니티 인사이트와 기존 제안을 통합하여 탈중앙화된 시퀀서 설계의 강점, 약점, 열린 과제를 부각시킨다.
• 현재 롤업 시스템이 중심화된 시퀀서에 의존함으로써 완전한 탈중앙화를 달성하지 못하고 있으며, 이는 활동성과 검열 위험을 초래한다고 주장한다.
• 기본 L1 블록체인의 보안성, 성능, 공정성 능력을 넘어서는 시퀀서 설계를 주장한다.

제안 방법

• 기능성, 탈중앙화, 공정성, 안전성, 성능, 인센티브 설계, 상호운용성의 일곱 차원 프레임워크를 제안하여 시퀀서 설계 평가에 활용한다.
• 위원회 구성, 시퀀싱 정책, 합의 메커니즘, 제안자 선정, 보상 메커니즘, 데이터 가용성, 거버넌스 등의 탈중앙화 시퀀서의 핵심 구성 요소를 분석한다.
• PBS(제안자-빌더 분리), PoNW(증명서의 N-증인), 암호화 또는 비밀 공유된 메모리풀 등 기존 제안을 평가하여 기밀성과 보안성을 확보한다.
• 특히 시퀀서와 프로버 역할의 겹침이 발생할 경우의 위험을 중심으로 역할 분리의 트레이드오프를 분석한다.
• MEV 및 검열 방지를 위해 블라인딩 무작위성, 임계값 암호화, 비밀 공유와 같은 기밀성 유지 기법을 평가한다.
• 실제 롤업 배포 사례(예: Arbitrum, zkSync, dYdX)를 사례 연구로 활용하여 활동성, 탈출 허브, 장애 복구 메커니즘을 평가한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 롤업 내 탈중앙화된 시퀀서가 기능성, 탈중앙화, 공정성, 안전성, 성능, 인센티브, 상호운용성 측면에서 충족해야 할 이상적인 성질은 무엇인가?
• RQ2 장애가 발생한 시퀀서를 대체할 경우 활동성과 장애 또는 검열에 저항할 수 있도록 설계된 탈중앙화된 시퀀서는 어떻게 아키텍처화할 수 있는가?
• RQ3 시퀀서와 프로버 역할은 분리해야 할지, 겹쳐야 할지, 보안성, 효율성, 중앙집중화 위험 측면에서의 트레이드오프는 무엇인가?
• RQ4 탈중앙화된 시퀀서에서 거래 기밀성 확보 및 MEV 완화를 위해 가장 효과적인 기법은 무엇인가?
• RQ5 현재 배포된 롤업 시스템은 제안된 기준을 어느 정도 충족하는가? 실질적으로 그 주요 약점은 무엇인가?

주요 결과

• 현재 롤업은 중심화된 시퀀서에 의존하여 활동성 위험과 검열에 취약하며, 오직 Arbitrum One만이 지연되고 제한된 실패 대체 메커니즘을 제공한다.
• 출금을 위한 기존 '탈출 허브' 메커니즘은 종종 부족하며, 시퀀서 승인이나 제3자 유동성에 의존하며 스마트 컨트랙트에 잠긴 자금을 지원하지 못한다.
• 배포된 설계 중 어느 것도 탈중앙화된 시퀀서의 이상적인 성질을 완전히 충족하지 못하며, 특히 탈중앙화, 안전성, 성능의 균형을 이루는 데에 약점이 있다.
• 시퀀서와 프로버 간의 역할 겹침은 중앙집중화 위험을 유발하며, 우선 처리나 공모 등의 문제로 공정성과 보안성을 약화시킨다.
• 비밀 공유 기법은 임계값 암호화보다 낮은 오버헤드를 제공하며 DAG 기반 합의에 원활하게 통합될 수 있으며, 블라인딩 무작위성은 공모하지 않는 적대자에 대해 경량 기반의 기밀성을 제공한다.
• PBS 모델은 경쟁적 블록 빌딩을 가능하게 하지만, 제안자와 빌더가 공모할 경우 위험이 발생하므로 인cent라이브 및 검증 설계에 신중함이 필요하다.