ロールアップ 2.0: 分散型ソーターの戦い

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一、前言
時は経つのは早い。Arbitrum によれば、通貨発行から 1 年以上が経ちました。この期間における通貨発行はまだ第一歩に過ぎません。 Bedrock アップグレードを実装し、Base などの Star Rollup に基づいて誕生した共通モジュール L2 スタック OP Stack を立ち上げ、Arbitrum Orbit のアプリケーションを促進するために L3 の探索に取り組んでいます。
これら 2 つの巨人のリーダーシップの下、ロールアップ トラック全体の TVL は一時 100 億米ドルを超え、現在は約 100 億米ドルで安定しています。 Rollup はイーサリアムの「特徴的な」拡張ソリューションとして非常に話題になっていますが、依然として検閲耐性がなく、集中化された特性を持っています。主流のロールアップ チェーンは通常、集中型ソーターを正式に実行していますが、Arbitrum、Optimism、StarkNet などのロールアップ プロジェクトではソーターの分散化がロードマップに含まれていますが、短期から中期的にはまだ実装されていません。 Rollup の分散パズルの最も重要なピースとして、分散ソーターは Rollup 自体にとって非常に重要な戦略的位置を占めており、人々が望んでいることでもあります。
 2. ロールアップ取引手数料
ソーターとは何かを理解する前に、Rollup 取引手数料の構成について説明しましょう。 Rollupの取引手数料は、ArbitrumなどのL2取引でユーザーが発生するガス料金です。
主に 2 つの部分から構成されます。
1) L2実行手数料
2) L1データ料金
L2 実行手数料: L2 でトランザクションを実行するコスト (L2 チェーンで開始された各トランザクションには実行手数料がかかります)
トランザクションガス価格 = L2基本料金 + L2優先料金
L2実行手数料 = トランザクションガス価格 * L2ガス使用量
L1 データ料金: L2 トランザクションを L1 に公開するコスト。通常、L1 データ料金は L2 実行料金よりも高くなります。
L2取引手数料 = L2実行手数料 + L1データ手数料
ソーターの純利益 = L2取引手数料収入 - ソーター運営コスト - L1データ料金
プロジェクトが運営する集中型ソーターには、ある程度の価格決定力（例えば、L2実行手数料が高く、L1データ手数料が高い）があるため、いくつかの有名なRollupプロジェクトが大きな利益を上げています。
シーケンサーとは何ですか?
シーケンサーは、その名前が示すように、トランザクションのシーケンス処理を担当する役割です。ビットコイン ネットワークでは、トランザクションの順序付けの責任はマイナーにあります。 Ethereum では、ノードの集合が責任を負います。どちらにも固定された役割はなく、順次実行に参加する権利を持つ人を決定するコンセンサス メカニズムがあります。
現在、主流のロールアップはすべて、集中型の単一のソーターで実行されています。 L2 のユーザーのトランザクションはメモリ プールに入り (この時点ではメモリ プール内のトランザクションは順序付けられていない状態です)、ソーターがトランザクションをソートし、順序付けられたバッチのセットに圧縮してから、Ethereum の DA レイヤーに送信します。
 Rollup にはソーターが必要ですか?
答えはノーです。 Rollup 上のトランザクションは、ソーターを完全にバイパスして L1 ベース レイヤーに送信できます。L1 ベース レイヤーは、ソートと決済を担当しますが、ガス消費量が増加し、トランザクションの確認時間も長くなります。
Rollup ソーターは「高速レーン」を使用するのと似ており、数百または数千の L2 トランザクションを 1 つの L1 トランザクションに圧縮し、ガス コストを大幅に削減します。これは、現在主流のロールアップがすべて集中型ソーターを実行し、ユーザーにガス代を節約し、取引確認を高速化することで、ユーザーの取引エクスペリエンスを向上させる理由でもあります。
3. 集中型ソーターと分散型ソーター
集中化！
集中化の利点は非常に明白です。人を変更したり、並べ替え結果について合意に達したりすることなく、トランザクションを好きなように並べ替えることができます。これは、トランザクションの確認速度が非常に速く、ユーザーエクスペリエンスが向上することを意味します。しかし、集中化により、ソーターはトランザクションのソートにおいて大きな自律性も得られます。裁定取引の機会を最大化するために取引を恣意的に分類したり、MEV の価値を奪ったり、ユーザーの取引を遅らせたり、さらにはユーザーを完全に検閲したりすることも可能です。
ソーターは、単一ブロック内のトランザクションの順序を変更することで MEV 値を取得できます。さらに有害なのは、ソーターが連続する複数のブロックの順序を制御するため、クロスブロック MEV の実行が容易になり、大規模な攻撃につながることです。
上記の状況はすべて、ソーターが積極的に悪いことをしているケースです。一部のエラーはソート担当者の意図によるものではありませんが、それでもユーザー エクスペリエンスと権利に損害を与えます。たとえば、ソーターが誤って使用済みトークンのトランザクションをソフトコミットメントに含め、それを検証のために L1 に送信した場合、トランザクションは長時間確認されない可能性があります。もう 1 つの例としては、1 つのソーターがオフラインになり、2 番目のレイヤーがブロックを正常に生成できなくなり、ネットワークが長時間ダウンしてしまうことが挙げられます。
両方を同時に実現することはできませんが、Rollup のパフォーマンスを最適化するために、分散化と検閲耐性を犠牲にしてはなりません。
分散化？
集中化が 1 の場合、分散化はより大きくなります。分散型ソーターソリューションにはそれぞれ異なる実装パスがありますが、その中心となる概念は同じで、分散化です。
ソーターは、取引を集中的に仕分けする最高権限を持ちません。ソートを担当する役割は、特定の選出メカニズムに基づいてソートのセットから選択され、一定の間隔でローテーションされます。
分散化により、ソーターが継続的に MEV を取得することを防ぎ、単一のソーターがユーザーのトランザクションを検閲することも防ぎます。さらに、悪意のある動作に対する対応するペナルティ メカニズムにより、ソーターの動作を効果的に規制することもできます。
4. 分散型ソータートラックの概要
長い間堂々巡りをしていたが、ようやく本題にたどり着いた。分散型シーケンサーには 2 つのタイプがあります。1 つは Rollup プロジェクト自体によって作成され、もう 1 つはサードパーティの支援を受けて実装されます。サードパーティの支援を受けて分散型シーケンサーを実装することを、実際には Sequencing-as-a-Service と呼ぶことができます。
Espresso、Astria、SUAVE、Radius などのプロジェクトはすべて分散型ソーター ソリューションに重点を置いており、実装パスは異なります。
1. エスプレッソ
Espresso Systems はもともとプライバシー ソリューションに重点を置いたサービス プロバイダーでした。同社は2022年3月に、Electric Capital、Sequoia、Blockchain CapitalからシリーズAの資金調達で約3,000万ドルを調達したことを発表しました。 Espresso Systems は基本的に Espresso Sequencer に変わり、Rollup 向けの分散型シーケンサー サービスの提供に特化しています。
Espresso ソーターのソート メカニズムでは、L2 トランザクションは通常、次のライフ サイクルを経ます。
1) 第 2 層でのユーザーのトランザクションは、ロールアップ サーバー (API) に送信されます。
2) トランザクションはメモリ プールに入り、ソーター (HotShot コンセンサス選挙を通じて) がトランザクションをソートしてブロックに含めます。
3) ソーターはトランザクションをブロードキャストし、他のノードとの HotShot コンセンサスに達した後、ブロックが生成され、トランザクションが実行されます。ソフトコミットメントにより、トランザクションの確認が迅速になります。
4) ソーターは、コンセンサス証明書（QC：クォーラム証明書）付きのトランザクションを含むブロックコミットメントを送信し、それをL1ソーターコントラクトに保存します（ブロックがコンセンサスを通じてソフトファイナリティに達したことを証明します）。
5) ブロックを実行したロールアップノードは、新しいロールアップ状態をL1に送信します（この時点で、zkRUは有効性の証明を伴う必要があり、ORUはチャレンジ期間を開きます）。
6) L1 ロールアップ コントラクトは、ソーター コントラクトによって送信された QC を検証することにより、ステータス更新の有効性をチェックします。
このプロセスはわかりにくいように思えるかもしれませんが、簡単に理解すると次のようになります。
HotShot コンセンサスは、ソーターのグループから 1 つのソーターを選択します。このソーターは、R​​ollup トランザクションをソートし、ブロックにトランザクションを含める役割を担います。このブロックは、他のロールアップ ノードによって署名され、「最終的」であるというコンセンサス (HotShot ノードの 2/3 以上が同意) に達する必要があり、その後、関連するブロック コミットメントと新しいロールアップ状態ルートが検証のために L1 ベース レイヤーに送信されます。
上記の「最終性」は引用符で囲まれています。この引用符内の「最終性」は、引用符なしの最終性と同じ概念ではありません。引用符で囲まれた「ファイナリティ」は、ロールアップ トランザクションの確認を高速化し、待ち時間を短縮し、ユーザー エクスペリエンスを向上させることを目的としています。ただし、ロールアップ トランザクションは最終的に L1 ベース レイヤーによって検証される必要があります (zkRU は有効性の証明を検証する必要があり、ORU はチャレンジ期間が終了するまで待機する必要があります)。 Rollup によって送信されたトランザクションが正しいことが検証された場合にのみ、Rollup トランザクションは真の最終性を持つことができます。
つまり、L1 ベース レイヤー検証トランザクションが無効な場合、生成された関連する L2 ブロックはロールバックされることになります。したがって、「ファイナリティ」とは、トランザクションを迅速に確認させることであり、ファイナリティはイーサリアムのセキュリティを継承することです。
 
エスプレッソ + OwnLayer
Espresso は、HotShot コンセンサスに基づいてソーターのローテーション問題とトランザクションの「ファイナリティ」を決定する問題を解決し、EigenLayer を導入することでソーターのアクセス問題を解決します。
EigenLayer の再ステーキング メカニズムにより、Ethereum ステーカーが Espresso ソーターにもなり、HotShot コンセンサスのセキュリティを確保できるようになります。つまり、Ethereum ノードのステーカーは、EigenLayer の再ステーキング メカニズムを通じて Espresso Sequencer (ESQ) になることができます。イーサリアムのステーカーは PoS ノード収入を得ると同時に、第 2 層の MEV の価値も獲得します。
ETH 保有者にとっての潜在的な利益 = ネイティブ ネットワークのノード報酬 + L2 EVM + 他の PoS チェーンのノード報酬 (EigenLayer 再ステーキング メカニズムを使用)。トリプルバフにより、ETH は大幅に強化されます。
一般的な分散型ソーターソリューションとして、Espresso のエコシステム協力プロジェクトには、EigenLayer だけでなく、Arbitrum、OP Stack、Caldera、AltLayer などのスターモジュールプロジェクトも含まれます。
 2. アストリア
Astria は、さまざまなロールアップに対してすぐに使用できる共有ソーター サービスを提供する、汎用的で許可のない分散型ソーターとして位置付けられています。資金調達の面では、Astriaは2023年4月に、Maven 11が主導し、1k(x)、Delphi Digital、Lemniscap、Robot Venturesなどのフォローアップ投資家とともに550万ドルのシードラウンドの資金調達を完了したことを発表しました。資金調達の規模は大きくありませんが、機関投資家のラインアップは非常に印象的です。
動作メカニズム
Astria の分散型シーケンサーの動作メカニズムは Espresso Sequencer の動作メカニズムに似ており、トランザクションをソートする権限を委任することでシーケンサーの権限を弱めることを目的としています。具体的には：
ソーターのローテーションについては、Astria は、単純なリーダー ローテーションとビザンチン フォールト トレランス (BFT) コンセンサス アルゴリズムの 2 つのローテーション メカニズムを提案しています。
1) リーダーのローテーション
選出されたソーターはセットを形成し、ソーター セットは順番にロールアップ トランザクションをソートします。このアプローチにより、単一のソーターが長期間にわたってトランザクションのソート権限を独占することが防止され、ユーザーの継続的なレビューの問題がある程度解決されます。
2) BFTコンセンサスアルゴリズム
リーダーローテーションメカニズムと同様に、順番が回ってきたソーターにはトランザクションのソートを担当する権利がありますが、このソートについてはソーターセット内の 2/3 以上のメンバーが合意に達する必要があります。
どちらの方法にも長所と短所があります。前者はトランザクションの確認速度が速く、ブロック生成が速く、効率は集中型ソーターに近いです。しかし、トレードオフとして、ソーターが悪事を働かないように制限することが依然として困難です。 BFT コンセンサスを使用すると、悪事を働く可能性が低くなり、ブロックを生成する前に、セット内のソーターの 2/3 が投票してコンセンサスに達する必要があります。ただし、合意投票に達するまでには一定の時間がかかり、ネットワークの遅延が発生します。
3. スアベ
SUAVE は、Flashbots によって構築された、分散型のプラグアンドプレイ共有ソーター ソリューションです。 SUAVE は汎用ソリューションとして、あらゆる L1/L2 にメモリ プールと分散ブロック構築を提供できます。 SUAVE と前述の共有ソーター設計の違いは、SUAVE チェーン自体が、ブロックの「入札」を通じてトランザクションのソートを実現する EVM 互換チェーンである点です。
SUAVE アーキテクチャ
SUAVE のアーキテクチャは、ユニバーサル プリファレンス環境、最良執行市場、分散型ブロックチェーン構築という 3 つのコア コンポーネントで構成されています。
1) 好ましい環境
設定は、単純なトランザクションから複雑なイベントまで、広範囲にわたります。ユーザーの好みはトランザクションの形でメモリプールに反映され、好み環境は好みをまとめるパブリック メモリプールとして機能します。 SUAVE が提供するユニバーサル プリファレンス環境により、マルチチェーンのユーザー プリファレンスがオープンかつ透明になり、情報の非対称性が排除され、クロスチェーン MEV の問題がある程度解決されます。
2) 執行市場
執行市場は、SUAVE ミームプールをリッスンし、ユーザーの好みに最適な執行を提供するために互いに競争する執行者のネットワークです。すべてのエグゼキューターは「入札」を通じてユーザーの好みを実現し、ユーザートランザクションによって生成された MEV を可能な限りユーザーに返すことがわかります。
3) 分散型ブロックチェーンの構築
最後に、収集された設定と最適な実行パスに基づいて、分散型ブロック構築ネットワークがそれらをブロックに含めます。この時点で、トランザクションの検出、トランザクションのソート、ブロック生成のプロセス全体が実現されます。
4.半径
Radius は、信頼できない共有ソート レイヤーとして位置付けられています。以前のソリューションの実装メカニズムとは異なり、Radius は暗号化されたメモリプールを有効にすることで、Rollup トランザクションが信頼性なく順序付けされることを保証し、それによって有効な MEV とユーザー トランザクションの検閲を排除します。
資金調達に関しては、Radiusは2023年6月に、Hashedが主導し、Superscrypt、LambdaClass、Crypto.comなどの後続投資家とともに170万ドルのプレシード資金調達ラウンドを完了したと発表した。
Espresso や Astria などのコンセンサス メカニズムに基づく分散型シーケンサーは、MEV と検閲のリスクをある程度軽減しますが、ネットワークのスケーラビリティと時間効率を犠牲にして、一定のトランザクション確認の遅延をもたらします (トランザクションの順序付けに関するコンセンサスが必要です)。さらに、トランザクションのソートは分散環境で行われますが、メモリプールの関連トランザクションは透過的であるため、ソーターが悪意を持って MEV を奪う余地が残っています。 Radius はメモリプールを暗号化し、関連するトランザクション情報をソーターから見えなくすることで、ソーターが悪意を持って MEV を取得し、ソースからトランザクションを検閲するという問題を排除することを目指しています。
技術アーキテクチャ
Radius の技術アーキテクチャは、ソート層 (Radius)、実行層 (Rollup)、決済層、データ可用性層の 4 つの機能層に分けられます。
1) ソートレイヤー
1. ユーザーは暗号化された取引と証明をソート機に送信します。
2. シーケンサーは証明を検証し、トランザクションを検証します。
3. ソーターはトランザクションをソートします。ソートする前にトランザクションを復号化することはできません。
4. ソーターがブロックを構築します。
5. シーケンサーはブロックを Rollup に送信して実行します。
2) 実行層
1. ロールアップはソーターからブロックを受け取り、指定された順序でトランザクションを実行します。
2. ロールアップは、トランザクションのステータスとステータス証明を決済レイヤーに送信します。
3) 決済層
1. 決済層は、Rollup から状態と状態証明を受け取り、証明を検証してトランザクションの最終性を決定する責任を負います。
2. ソート層は実行が順序と一致していることを確認します。
4) データ可用性レイヤー
データ可用性レイヤーはデータを保存し、データが利用可能であることを保証します。
メモリプール暗号化メカニズム - PVDE
Radius は、「Practical Verifiable Delayed Encryption」(PVDE) と呼ばれるゼロ知識証明ベースの暗号化方式を使用して、暗号化されたメモリプールを作成します。
具体的なプロセスは以下のとおりです。
ユーザーがソーターにトランザクションを送信すると、次の処理が行われます。
1. ユーザーはタイムロックパズルと対称キーを生成します。
2. ユーザーは対称キーを使用してトランザクションを暗号化し、暗号化されたトランザクションはメモリプールに入ります。
3. シーケンサーは暗号化されたトランザクションをソートします。シーケンサーは、復号キーを取得するためにタイムロックパズルを解除する必要があります。
4. ソーターは、タイムロック パズルのロックを解除する前に注文コミットメントを計算し、そのコミットメントを決済レイヤーに送信します (ソーターがトランザクションをロールアップに順番に送信したことを確認するために使用されます)。
分散型ソーターソリューション
暗号化されたメモリプールにより、ソーターは信頼できない状態になりますが、単一障害点のリスクは依然として存在します。単一のソーター + 暗号化されたメモリプールを実行している場合、ソーターの障害によりネットワークのダウンタイムが発生します。この問題を解決するために、Radius は、秘密リーダー選出メカニズム、ソーター グループ シャーディング メカニズムなど、さまざまな分散ソーター実装ソリューションを提案しました。
もちろん、Radius は、トランザクション ソートの分散化と信頼性のなさを実現しながら、Espresso と Astria のソーター ローテーション メカニズムを参照することもできます。
ブロックスペースの最適化
Radius は、ブロック スペースの最適化を通じて、ユーザーを保護し、Rollup の利益を最大化するという目標を達成することを目指しています。 Rollup は先着順 (FCFS) ソート メカニズムを使用します。利点は、MEV を効果的に防止できることですが、欠点は、ブロック スペース オークションの潜在的な利益を犠牲にしなければならないことです。
上記のトランザクション順序のジレンマを解決するために、Radius はブロック空間を上部ブロック空間と下部ブロック空間の 2 つの部分に分割します。
最上位のブロックスペースはユーザートランザクション専用であり、暗号化され、トランザクション順序の操作を排除することで、有害な MEV および検閲のリスクからユーザーを保護します。下のブロックはオークションベースの取引市場を導入し、裁定取引業者はバンドルされた取引とその入札をソーターに送信できます。ソーターは、入札額が最も高いバンドルされた取引を選択してブロックに含めます。この方法により、ロールアップの利益を最大化できます。
上記は現在主流となっている一般的な分散型ソーターソリューションです。 Rollup の場合、問題は、集中型ソーターを実行するか、分散型ソーターを実行するかということです。サードパーティのユニバーサルソーターソリューションを統合しますか、それとも自分で分散化を実現しますか?トランザクションソートの分散化を実現するために、どの技術的実装ソリューションが使用されますか?複数の側面の長所と短所を比較検討します。
5. ロールアップ間のゲーム
トレードオフ 1: 分散化されていますか?
Optimism、Arbitrum、zkSync、Base などの主要なロールアップは、集中型ソーターを実行することで多額の収益を上げています。取引の仕分け権を分散化すれば、必然的に利益分配が伴うことになります。ロールアップ トラックでの競争がますます激化していることを考慮に入れなければ、誰もこの甘いパイを分け合う気はありません。しかし、Rollup が分散型ソーターを最初に発売すると仮定すると、これは巨大なトラフィックの入り口となり、Rollup セグメントでデモンストレーション効果を形成し、それによって他の Rollup プロジェクトにソーターの分散化を強いる可能性があります。
トレードオフ 2: 汎用サードパーティの統合と社内独自ソリューションの統合
一般的に言えば、シーケンサーが分散化を実現するには 2 つの方法があります。1 つは、他の人が行ったことを利用することです。もう一つは自分でやることです。 Espresso、AstriaなどのサードパーティがRollupにすぐに使用できる分散型ソーターサービスを提供できれば、Rollup自体は製品の差別化とパフォーマンスの最適化に注力し続け、コア競争力を向上させることができます。さらに、一般的な分散型ソーターソリューションを統合することで相互運用性が実現しやすくなり、クロスロールアップ裁定取引などの可能性が広がります。このソリューションの欠点は、Rollup 自体のネイティブ トークンを効果的に強化できないことです。
Rollup が内部専用ソリューションを使用して分散型シーケンサーを実装する場合、これは最も時間とコストのかかるオプションですが、Rollup ネイティブ トークンを強化する最も効果的な方法です。たとえば、StarkNet プロジェクトでは、Rollup トランザクション ソートに参加するソーターのセットになるために、プロトコルのネイティブ トークンをユーザーに提供することを要求し、価値の蓄積を実現するために一定のサービス料金を請求することができます。
トレードオフ 3: 分散ソートを実現するには、どの技術的実装を使用する必要がありますか?
前述のように、分散型トランザクション ソートを実現するための技術的ソリューションは多数あり、これには、さまざまなコンセンサス メカニズム、FCFS、ブロック入札、暗号化されたメモリ プールなどに基づくソリューションが含まれますが、これらに限定されません。各技術的実装スキームには、コンセンサス メカニズムは時間効率によって制限され、暗号化されたメモリ プールはロールアップの利益を最大化できないなど、独自の長所と短所があります。もちろん、2 つの異なる技術的実装スキームを融合した Astria も参照できます。さまざまな技術的実装間のトレードオフは、すべての Rollup プロジェクトが慎重に検討する必要がある問題です。
最後の言葉
Rollup分野の現在のリーダーであるOptimismとArbitrumはすでにトークンを発行していますが、これは単なる出発点であり、本当の競争は始まったばかりかもしれません。少なくとも現在の傾向から判断すると、分散型ソーターは戦場となることは間違いありません。
zk ベースの Rollup プロジェクトも静かに増加しています。競争が激化する環境において、間違った行動を取ると取り返しのつかない損失を招く可能性があります。しかし、プロジェクトの存続に影響を与えるイノベーションに直面して、Rollups はトレンドに従うしかありません。