Problemas de centralização do Layer2 do Ethereum: exploração de ordenadores descentralizados

1. Pontos principais

• O principal objetivo do Layer2 rollup é fornecer aos usuários um ambiente de transação seguro e barato. O rollup agrupa as transações dos usuários e as submete ao Ethereum Layer1.

• O ordenado é responsável por classificar e empacotar as transações dos usuários. Atualmente, os principais projetos de rollup utilizam ordenadores centralizados, o que apresenta riscos de censura, captura de MEV e ponto único de falha.

• A rede de ordenadores compartilhados descentralizados é uma das soluções que pode fornecer serviços de ordenação descentralizados para múltiplos rollups.

• Projetos como Espresso, Astria e Radius estão desenvolvendo soluções de ordenação compartilhada inovadoras, cada uma com suas características.

• A descentralização do ordenadores é crucial para a segurança e interoperabilidade do ecossistema rollup, sendo uma direção importante para o desenvolvimento futuro.

2. Introdução

Com a crescente popularidade do ecossistema de rollup Layer2 do Ethereum, o papel dos ordenadores tem recebido cada vez mais atenção. Os ordenadores são responsáveis pela ordenação das transações e, ao utilizá-los, os rollups podem oferecer uma melhor experiência ao usuário, taxas mais baixas e confirmações de transação mais rápidas.

No entanto, atualmente, os principais projetos Layer2 do Ethereum utilizam ordenadores centralizados, o que pode causar problemas como censura, extração de MEV e pontos únicos de falha, indo contra o espírito da descentralização das criptomoedas.

Embora a maioria dos projetos de rollup tenha incluído a descentralização do ordenadores em seus roteiros, ainda não há um consenso sobre como alcançar a descentralização. Vale a pena notar que a Arbitrum e a Optimism lançaram planos relacionados no segundo semestre de 2021, mas não fizeram progressos substanciais em relação à descentralização dos ordenadores.

Este relatório irá explorar detalhadamente o papel do ordenadores e o estado atual do setor de rollups do Ethereum, analisando em profundidade os projetos que estão desenvolvendo soluções e refletindo sobre o impacto potencial que isso pode ter no futuro desenvolvimento do ecossistema de rollups Layer2 do Ethereum.

3. Introdução ao Ordenador

A blockchain é essencialmente um livro-razão distribuído composto por dados de transações com carimbos de data e hora organizados em blocos. Inicialmente, esses dados de transações são desordenados e só podem ser organizados em blocos e executados após a ordenação, gerando um novo estado da blockchain. Para blockchains Layer1 como o Ethereum, essa ordenação de transações ocorre na própria camada base.

No esquema de escalonamento mais popular do Ethereum - Layer2 rollup, a ordenação de transações tornou-se uma questão cada vez mais importante. O principal papel do rollup é fornecer aos usuários um ambiente de transação seguro e de baixo custo. Em termos simples, o Layer2 rollup oferece aos usuários uma camada de execução, e em seguida, agrega os dados das transações e os submete à camada superior Layer1, como Arbitrum, Optimism, zkSync, entre outros. Um lote de transações submetido ao Layer1 geralmente contém centenas ou milhares de transações Layer2 comprimidas, reduzindo assim o custo de enviar dados para o Layer1.

No mundo do Layer2 rollup, o ordenator é a entidade responsável por agrupar transações em ordem. O ordenator recebe transações desordenadas dos usuários, processa-as em grupos fora da cadeia e, em seguida, gera um lote de transações ordenadas e comprimidas. Essas transações podem ser colocadas em blocos e enviadas para o Layer1 pai. Transações em lote também podem ser utilizadas na camada de disponibilidade de dados (, que geralmente é o Ethereum, para a maioria dos rollups atuais ). O ordenator também fornece aos usuários um compromisso suave, ou seja, após receber a transação do usuário, um recibo quase instantâneo é fornecido como "confirmação suave". A "confirmação dura" é recebida após a transação ser enviada para a camada Layer1.

Por que o Rollup precisa usar um organizador, por que isso é um problema?

O objetivo fundamental do ordenadores é melhorar a experiência do usuário. Usar um ordenador para transações Layer2 é semelhante a usar uma "pista rápida", o que significa taxas mais baixas e confirmações de transações mais rápidas. Na verdade, o ordenador pode comprimir centenas ou milhares de transações Layer2 em uma única transação Layer1, economizando assim taxas de gas. Além disso, a confirmação suave fornecida pelo ordenador significa que as transações rollup podem oferecer confirmações de bloco rápidas aos usuários. Esta combinação ajuda a melhorar a experiência do usuário ao utilizar rollups Layer2.

É importante notar que o rollup não precisa necessariamente de um ordenadores; esta é apenas uma escolha de design feita para proporcionar uma melhor experiência ao utilizador. Por exemplo, assim como a maioria dos rollups utiliza o Ethereum Layer1 para aumentar a disponibilidade de dados, eles também podem usar o Ethereum para ordenação. No entanto, a eficiência da camada base do Ethereum é relativamente baixa e cara, especialmente considerando que o volume de transações Layer2 é muito alto. Essencialmente, a taxa de transferência de transações do rollup será limitada pela taxa de ordenação de dados do Ethereum Layer1. Os utilizadores também experimentarão os mesmos atrasos de confirmação de transações que teriam ao negociar no Ethereum. Isso significa que, até agora, cada grande projeto de rollup Layer2 descobriu que executar um ordenadores centralizado é mais conveniente, mais barato e mais fácil de usar para os utilizadores. Embora os utilizadores Layer2 possam submeter transações diretamente ao Layer1 para contornar o ordenadores, eles devem pagar taxas de gas de transação ao Layer1 e as transações podem levar mais tempo para serem concluídas. Isso em grande parte contradiz a intenção de utilizar o rollup Layer2 para executar transações.

Uma vez que o ordenator controla a sequência das transações, teoricamente ele tem o direito de não incluir as transações dos usuários (. No entanto, se o usuário tiver a capacidade e estiver disposto a pagar a taxa de gas, ele também pode submeter transações diretamente ao Layer1 ). O ordenator também pode extrair MEV do grupo de transações, o que pode causar perdas econômicas à comunidade de usuários. Se houver apenas um ordenator, como é o caso da maioria dos rollups mainstream atualmente, o risco de centralização é maior. Nessa situação, se o único ordenator falhar, todo o rollup será afetado. Uma configuração com vários ordenators pode reduzir esse risco.

Com esta configuração, o ordenado pode ser visto como uma parte semi-confiável do usuário. Embora o ordenado não possa impedir que os usuários usem o Layer2, ele pode atrasar as transações dos usuários, levando-os a pagar taxas de gas adicionais e a extrair valor das transações dos usuários.

A correlação do MEV

O MEV é especialmente importante aqui. MEV refere-se ao valor obtido da produção de blocos, que vai além das recompensas de bloco de mineração de primeira ordem ( ou de staking ) e das taxas de gas. Este valor é extraído manipulando as transações dentro do bloco, ou seja, incluindo, excluindo e alterando a ordem das transações. Por exemplo, as formas comuns de extração de MEV incluem transações de front-running e ataques de sanduíche.

Dada a função dos ordenadores no Layer2 rollup, eles podem entender todas as transações dos usuários fora da cadeia. Além disso, como esses ordenadores são geralmente operados pelo próprio projeto ou por equipes afiliadas, como a Fundação Optimista da OP Mainnet e a Fundação Arbitrum de Arbitrum One e Nova, muitos usuários se preocupam em não conseguir ver a potencial captura de MEV. Mesmo sem essas preocupações, à medida que os projetos operam seus próprios ordenadores centralizados, a credibilidade e o grau de descentralização desses protocolos também serão questionados.

estado atual do mercado de ordenadores

Atualmente, todos os principais rollups de Layer2 do Ethereum dependem de um ordenadores centralizados. À medida que mais e mais transações do Ethereum são transferidas para soluções de Layer2, embora o conjunto de validadores do Ethereum seja descentralizado, parece que uma grande quantidade de transações (, ou seja, aquelas que estão em Layer2, ) será afetada por forças centralizadas na forma de um único ordenadores.

Não é surpresa que a maioria dessas empresas já incluiu a descentralização de seus ordenadores em seus roteiros. Embora isso seja um sinal positivo, indicando que a descentralização é parte da visão do Layer 2, devemos notar que a Arbitrum e a Optimism lançaram suas próprias soluções desde o final de 2021 e, pode-se dizer, que ainda não fizeram progressos substanciais em relação aos ordenadores descentralizados.

A maioria das principais empresas parece estar a direcionar recursos para melhorar os seus produtos e funcionalidades principais, em vez de se concentrar na descentralização. Isso não é exatamente uma crítica, pois, em um ambiente altamente competitivo, focar na descentralização antes de ter um produto competitivo não é do melhor interesse de nenhuma empresa, o que é compreensível até certo ponto. No entanto, à medida que as empresas de rede amadurecem, essa perspectiva está a mudar, e as discussões estão rapidamente a mudar para a descentralização de ordenadores e o aumento da credibilidade.

Outras questões

Vale a pena enfatizar que há algumas discussões sobre o nível de risco associado à dependência de ordenadores centralizados.

Como mencionado acima, uma vez que os ordenadores controlam a ordem das transações, eles podem excluir transações dos usuários, assim como extrair MEV. No entanto, os ordenadores também não podem excluir completamente os usuários das transações rollup. Os usuários podem contornar os ordenadores e enviar transações diretamente para o Layer1 (, desde que estejam dispostos a pagar os custos adicionais de gas ). Embora ordenadores com comportamento inadequado possam causar atrasos nas transações e aos usuários suportarem custos extras, eles não podem ser completamente auditados. Antes disso, nenhuma grande empresa de Layer2 se concentrou extremamente em descentralizar seus ordenadores, o que provavelmente é uma das razões. Apesar disso, a reordenação de transações pelos ordenadores para extrair MEV ainda é um problema, especialmente em pools de memória privados como o OP Mainnet.

Talvez, a questão maior esteja na temporalidade. Dado que os principais programas de rollup estão a operar um único ordenado centralizado, se esses ordenadores apresentarem problemas, todo o programa de rollup será afetado negativamente. Embora os usuários ainda possam concluir transações acessando diretamente o Layer1, essa não é uma abordagem particularmente sustentável, e é improvável que funcione para a maioria das transações. Lembre-se, o propósito total de usar rollups Layer2 é economizar nos custos de transação. Dado que um dos conceitos fundamentais por trás das criptomoedas é evitar a dependência de um único fornecedor centralizado(, como ocorre no setor financeiro tradicional), a centralização dos ordenadores é claramente um problema importante que precisa ser resolvido, e também é uma das chaves que os ordenadores compartilhados trarão para o mercado de rollup Layer2.

4. Solução: Descentralização do compartilhamento de ordenadores

Resumo

A nova solução para os problemas mencionados é um ordenador compartilhado descentralizado. Embora as soluções de projetos diferentes variem, o princípio básico de substituir um único ordenador centralizado é o mesmo. Aqui, "compartilhado" refere-se ao fato de que múltiplos rollups diferentes podem utilizar a mesma rede, ou seja, transações de múltiplos rollups são agregadas em um único pool de memórias antes de serem ordenadas, ( o que ajuda a reduzir a possibilidade de extração de MEV e censura, ). Aqui, "descentralizado" refere-se ao conceito de rotação de líderes, ou seja, não é sempre um único ator que ordena todas as transações, mas sim um líder escolhido de um grupo de atores descentralizados. Isso ajuda a prevenir a censura e fornece garantias de validade.

Isto é muito semelhante à forma como vários Layer1 diferentes utilizam um mecanismo de rotação de líderes. Na verdade, construir uma camada de ordenação descentralizada é semelhante a construir um Layer1 descentralizado, ou seja, é necessário construir um conjunto de validadores. Como veremos mais adiante nesta seção, diferentes projetos adotaram abordagens diferentes para atender a este requisito.

O ordenamento compartilhado tem como objetivo mitigar o problema da extração de MEV, fornecer resistência à censura e aumentar a garantia de eficácia dos rollups, ou seja, resolver os problemas enfrentados pelos ordenadores centralizados (, conforme mencionado acima ). Além disso, há dois pontos a serem observados:

• Descentralização como serviço: a solução de ordenação compartilhada visa fornecer serviços de ordenação descentralizados para um número arbitrário de rollups. Assim, todos esses rollups se beneficiarão da resistência à censura e da capacidade de resposta em tempo real que uma rede descentralizada pode oferecer, sem precisar construir essa rede sozinhos. Dado que isso pode ser um processo muito caro e demorado, este é um dos principais atrativos da rede de ordenação compartilhada. Lembre-se de que, atualmente, nenhuma empresa descentralizou seus ordenadores, e a maioria delas tem recursos suficientes para fazê-lo, o que significa que isso não é um completo.