[论文解读] SoK: Decentralized Sequencers for Rollups

Shashank Motepalli, Luciano Freitas de Souza+1 more|arXiv (Cornell University)|Oct 5, 2023

Blockchain Technology Applications and Security被引用 5

一句话总结

本文对rollup中的去中心化排序器进行了全面分析，提出了一套框架以解决当前系统中的中心化风险。文章识别出核心属性——功能、去中心化、公平性、安全性、性能、激励机制和互操作性——并概述了委员会选择、共识机制和奖励模型等关键组件，最终得出结论：现有设计在完全满足这些标准方面仍显不足。

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.

研究动机与目标

• 识别并形式化rollup中去中心化排序器的理想属性，解决当前设计中的关键缺口。
• 分析排序器的核心组件，如委员会选择、共识机制和激励机制，提出结构化的设计框架。
• 整合社区见解与现有提案，突出去中心化排序器设计中的优势、劣势及开放性挑战。
• 论证当前rollup系统因依赖中心化排序器而无法实现完全去中心化，存在活性与审查风险。
• 倡导排序器设计不仅应匹配，更应超越底层L1区块链在安全性、性能和公平性方面的能力。

提出的方法

• 提出一个七维框架以评估排序器设计：功能、去中心化、公平性、安全性、性能、激励设计和互操作性。
• 分析去中心化排序器的关键组件，包括委员会选择、排序策略、共识机制、提议者选择、奖励机制、数据可用性以及治理机制。
• 评估现有提案，如PBS（提议者-构建者分离）、PoNW（N-见证人证明）以及加密或秘密共享的内存池，以提升隐私与安全性。
• 研究角色分离中的权衡，特别是排序器与构建者角色重叠所导致的共谋与中心化风险。
• 评估隐私保护技术，如随机性混淆、门限加密和秘密共享，以防止MEV与审查行为。
• 以实际的rollup部署（如Arbitrum、zkSync、dYdX）为案例研究，评估活性、逃生机制及故障恢复机制。

实验结果

研究问题

• RQ1 去中心化排序器在rollup中应满足哪些理想属性，涵盖功能、去中心化、公平性、安全性、性能、激励机制和互操作性？
• RQ2 如何设计去中心化排序器以确保活性并抵抗故障或审查，特别是在替换故障排序器时？
• RQ3 应将排序器与构建者角色分离还是重叠？在安全性、效率和中心化风险方面有何权衡？
• RQ4 哪些技术最有效以确保去中心化排序器中的交易隐私并缓解MEV问题？
• RQ5 当前已部署的rollup系统在多大程度上满足所提出的准则？其在实践中存在哪些关键缺陷？

主要发现

• 当前的rollup依赖中心化排序器，导致活性风险和审查漏洞，仅Arbitrum One提供延迟且受限的故障转移机制。
• 现有的‘逃生舱’机制在取款方面通常不足，需依赖排序器批准或对方流动性，且不支持锁定在智能合约中的资金。
• 无已部署的设计能完全满足去中心化排序器的理想属性，尤其在去中心化、安全性和性能之间的平衡方面存在明显缺陷。
• 排序器与构建者角色的重叠引入了中心化风险，如优先待遇与共谋行为，损害公平性与安全性。
• 隐私保护技术如秘密共享相比门限加密具有更低开销，可无缝集成至基于DAG的共识机制中；而随机性混淆则能以轻量级方式防范非共谋对手的隐私泄露。
• PBS模型可实现竞争性区块构建，但若提议者与构建者共谋则会引入风险，凸显了对激励与验证机制进行审慎设计的必要性。