前言
排序器（Sequencer）是以太坊擴容方案Rollup 中的核心元件之一，負責對交易進行排序，並執行區塊創建、交易接受、交易排序、交易執行以及交易資料提交等相關任務。隨著以太坊網路Layer 2 解決方案的不斷增加及其生態系統的蓬勃發展，Layer 2 的獲利模式和中心化問題日益受到關注。尤其是在Rollup 中，如何實現排序器的去中心化以及排序器利潤的分配機制，成為大家關心的熱門話題。
什麼是排序器？
排序器，顧名思義，是負責對交易進行排序的角色。在比特幣網路中，交易排序的職責由礦工負責；在以太坊網路中，這項責任由節點集合承擔。這些角色並非固定，而是透過共識機制來決定誰有權參與交易的順序執行。
目前，主流的Rollup 方案大多運行中心化的單一排序器。用戶在Layer 2 （L2）的交易首先進入mem 池（此時交易是無序的）。排序器將這些交易進行排序、壓縮成一組有序的批次，然後傳送到以太坊的資料可用性（DA）層。
中心化VS 去中心化
去中心化排序器賽道概覽
去中心化排序器可以透過兩種方式實現：一種是由Rollup 專案方自行開發，另一種是藉助第三方服務。借助第三方實作去中心化排序器，通常被稱為Sequencing-as-a-Service（排序即服務）。
目前，有多個專案專注於去中心化排序器方案，包括Espresso、Astria、SUAVE、Radius 等。儘管它們的實現路徑各不相同，但目標都是為了提升排序器的去中心化程度和可靠性。
Espresso
在Espresso 排序器的排序機制下，L2 交易大致經歷以下生命週期：
交易發送：用戶在二層網路上發生的交易透過API 傳送到Rollup 伺服器。
交易排序：交易進入mem 池後，排序器透過HotShot 共識選舉對交易進行排序，並將其包含在一個區塊中。
交易廣播與確認：排序器將排序後的交易廣播出去，其他節點透過HotShot 共識達成共識後出塊，交易被執行。同時，軟承諾機制提供快速的交易確認。
區塊承諾：排序器將包含交易的區塊承諾及其共識證書（QC：Quorum Certificate）發送並儲存在L1 排序器合約中，證明該區塊透過共識達成軟最終性。
狀態更新：已執行該區塊的Rollup 節點將新的Rollup 狀態傳送至L1。在zkRU（零知識Rollup）情況下，需要附帶有效性證明，而在ORU（優化Rollup）情況下則會進入挑戰期。
狀態驗證： L1 Rollup 合約透過驗證排序器合約發送來的QC，檢查狀態更新的有效性。
這個流程可以簡化理解為：
交易排序與區塊創建：在一組排序器中，透過HotShot 共識機制選出一個排序器，它負責對Rollup 交易進行排序，並將這些交易包含在一個區塊中。
共識與區塊承諾：該區塊必須由其他的Rollup 節點簽署並達成共識（至少2/3 的HotShot 節點同意）才具有「最終性」。然後，相關的區塊承諾和新的Rollup 狀態根提交給L1 基礎層進行驗證。
快速確認與最終性： 「最終性」帶引號是為了讓Rollup 交易更快確認，減少延遲，提升用戶體驗。然而，Rollup 交易最終還是要由L1 基礎層進行驗證（zkRU 需要驗證有效性證明，ORU 需要等待挑戰期結束）。如果L1 驗證交易沒有問題，此時Rollup 的交易才具有真正的最終性。
潛在回溯：如果L1 驗證發現交易無效，相關的已出塊的L2 區塊將面臨回溯。因此，「最終性」是為了讓交易快速確認，而最終性是為了繼承以太坊的安全性。
Astria
Astria 的定位是提供通用、無需許可的去中心化排序器，為不同的Rollup 提供開箱即用的共享排序器服務。
運作機制
Astria 的去中心化排序器運作機制與Espresso Sequencer 類似，目的是透過將交易排序的權利下放來減少排序者的特權。具體來說，Astria 提出了兩種針對排序器的輪換機制：
領導者輪替（Leader Rotation）：這是一種簡單的輪替機制，透過預定的規則或時間間隔在排序器之間輪流領導者，從而分散排序權力。
拜占庭容錯（BFT）共識演算法：這是一種更複雜和安全的機制，允許在存在惡意節點的情況下仍能達成共識。透過這種演算法，多個排序器共同參與決策，確保系統在遭受一定數量的節點故障或攻擊時仍能正常運作。
領導者輪換
透過選舉產生的排序器組成一個集合，集合中的排序器輪流對Rollup 交易進行排序。這種方式避免了單一排序器長時間壟斷交易排序權的問題，並在一定程度上解決了對使用者持續審查的隱憂。
SUAVE
SUAVE 是由Flashbots 開發的去中心化、即插即用的共享排序器解決方案。作為一個通用平台，SUAVE 能夠為各種L1/L2 網路提供記憶體池管理和去中心化的區塊建置功能。與傳統共享排序器設計不同，SUAVE Chain 是一條EVM 相容鏈，它透過區塊「競標」的機制實現交易排序。
SUAVE 架構
SUAVE 的架構由三個核心元件組成：通用偏好環境、最佳執行市場和去中心化區塊建構。
偏好環境
SUAVE 的偏好環境廣泛涵蓋了從簡單交易到複雜事件的各種需求。使用者的交易偏好會以交易形式反映在記憶體池中，偏好環境作為一個公共的記憶體池將這些偏好匯總起來。 SUAVE 提供的通用偏好環境不僅使多鏈用戶的偏好變得公開透明，還有效減少了資訊不對稱，並在一定程度上緩解了跨鏈MEV 問題。
執行市場
執行市場由一群執行者組成，他們負責監聽SUAVE 的記憶體池並相互競爭。競爭驅動這些執行者為使用者的偏好提供最佳執行方案。可以將這些執行者視為透過「競標」方式來實現用戶需求的參與者，他們力求將產生的MEV 盡可能地返還給用戶。
去中心化區塊構建
最後，基於收集到的偏好資料和最佳執行路徑，去中心化區塊建立網路會將這些交易資訊打包到區塊中，完成從交易發現、排序到區塊出塊的整個過程。
Radius
Radius 的定位是一個無需信任的共用排序層。與前述方案的實作機制不同，Radius 透過引入加密記憶體池（encrypted mempool）來確保Rollup 交易的排序過程無需信任。這種方法有效消除了MEV 和用戶交易審查的問題，從而保障了交易的公正性和透明性。
儘管像Espresso 和Astria 等基於共識機制的去中心化排序器在一定程度上減少了MEV 和審查風險，但它們通常以犧牲網路可擴展性和時間效率為代價，從而導致交易確認延遲（因為需要就交易排序達成共識）。此外，雖然這些排序器在去中心化環境中運行，由於記憶體池中的交易資訊是公開透明的，排序器仍然可能存在惡意攫取MEV 的風險。 Radius 透過引入加密記憶體池（encrypted mempool），確保排序器無法看到相關交易訊息，旨在從根本上解決排序器惡意攫取MEV 和審查交易的問題。
技術架構
Radius 的技術架構分為四個主要功能層級：排序層（Radius）、執行層（Rollup）、結算層和資料可用性層。
排序層
用戶將加密交易及其證明提交給排序器。
排序器驗證這些證明及交易的有效性。
排序器在解密交易之前對交易進行排序。
排序器建立一個區塊。
排序器將建構好的區塊提交給Rollup 執行層。
執行層
Rollup 接收排序器提交的區塊，並依照指定的順序執行交易。
Rollup 將交易狀態及狀態證明提交至結算層。
結算層
結算層負責接收和驗證來自Rollup 的狀態和狀態證明，以確認交易的最終性。
結算層確保交易執行符合排序層指定的順序。
資料可用性層
資料可用性層負責儲存資料並確保這些資料的可用性。
mempool 的加密機制- PVDE
Radius 採用基於零知識證明的加密方案「實用可驗證延遲加密」（PVDE）來實現加密記憶體池（mempool）。這項機制確保了交易在排序過程中保持加密狀態，增加了交易處理的安全性。
具體流程如下：
用戶提交交易
使用者產生一個時間鎖謎題和一個對稱金鑰。
使用者使用對稱金鑰對交易進行加密，加密後的交易進入記憶體池（mempool）。
排序器處理交易
排序器會對加密交易進行排序，但在解鎖時間鎖謎題之前無法取得解密金鑰。
排序器在解鎖時間鎖謎題前，計算訂單承諾，並將該承諾提交給結算層。這項承諾用於驗證排序器是否按照順序將交易提交給Rollup 執行層。
Metis
Metis 是第一批實踐去中心化PoS 排序器的Layer 2 網絡，為未來的發展提供了一個重要的範本。這個範本不僅實現了排序器的去中心化，還提供了基於PoS（權益證明）的去中心化Optimistic Rollup 解決方案。在這個範本中，Metis 的去中心化PoS 排序器包含三個主要角色：管理者、排序器和PoS 共識層。
在傳統的Rollup 模式中，單一的Sequencer 雖然能有效處理交易和數據，但也集中權力，可能引發多種風險：
操作風險：如果Sequencer 發生故障或攻擊，整個系統的交易處理將會被阻斷。
審查風險： Sequencer 能夠選擇性處理或拒絕交易，這可能限制使用者存取特定的去中心化金融（DeFi）協議或服務。
操縱風險：Sequencer 在交易排序中可能優先處理自身交易，透過提高交易費用來獲取不正當利益，即最大可提取價值（MEV）。
為了解決這些問題，Metis 設計了一個去中心化的Sequencer 池，由多個Sequencer 節點共同完成交易的聚合、排序和執行。這項設計確保了系統的公正性和透明度：
共識機制：超過三分之二的Sequencer 節點必須對每個新區塊的狀態達成共識，之後才能將交易批次提交到以太坊主網（L1）。
多方計算（MPC）簽章：在交易批次提交到L1 之前，透過MPC 簽章驗證批次的真實性，確保資料的準確性。
去中心化Sequencer 的優勢：
增強安全性：透過多個節點共同決策，降低了單點故障的風險，提高了網路的穩健性和安全性。
降低審查和操控的可能性：多個Sequencer 的存在使得單一節點難以操控或審查交易，保護使用者的交易自由。
穩定性與冗餘：支援Sequencer 的平滑輪換，最小化故障或中斷的影響，提高了整個網路的穩定性。
在Metis 的去中心化Sequencer 模型中，每個節點由幾個關鍵元件組成：
L2 Geth（包括OP-Node）：負責交易排序和區塊組裝。
適配器模組：作為與其他外部模組（主要是PoS 節點）互動的中介。
批次提交者（Proposer）：負責建立交易批次並在獲得多個Sequencer 的認可後提交到L1。
PoS 節點：在以太坊、共識和Metis 層之間進行協調，確保資產的安全鎖定並獎勵驗證者。
共識層：由與以太坊主網並行運行的Tendermint PoS 節點組成，確保操作效率而不妨礙主網路的進程。
L2 Geth（包括OP-Node）
主要程式碼為https://github.com/MetisProtocol/mvm fork optimism
主要是修改了兩部分
區塊組裝：mvm\l2 geth 服務程式碼，加入了 applyTransactionToTip 處理邏輯，以此判斷目前 sequencer 是否應組裝目前區塊。
交易排序：修改原 op-node 代碼，借助 MPC 共識層的適配器模組，取得輪換列表與區塊高度對應的當前排序器的位置，來檢查自己是否為當前有效排序器。
Sequencer 輪換
輪換資訊存在L2 MetisSequencerSet 合約中，資訊由共識層（PoS 節點）控制
每個 epoch，共識層更新 Sequencer 訊息，經過 MPC 簽名，發起交易，更新合約 Sequencer 列表
每個 epoch，根據合約 Sequencer 列表信息，輪流當職
違規：未及時，或產生錯誤交易（兩筆相同L2 TxID），PoS 層會選擇新的Sequencer，{構造ReselectSeqencer 交易+ MPC 簽章}，新的Sequencer 會在L2上發起目前TxID 的交易，同時新的Sequencer 也會更新到MetisSequencerSet 合約{沒有懲罰機制}
觸發更新：收到常規交易，並且達輪換間隔，會暫停當前常規交易，執行 MetisSequencerSet.sol 合約更新交易，然後 PoS 層選擇將執行當前常規交易的新排序器。
加入：POS 合約，部署在L1，任何人，抵押 metis，申請成為 sequencer。當達到上限，進入等待隊列
獲得一個 NFT
禁止直接轉移，可透過 LockingPool 合約->updateSigner 更換簽署者，轉移 NFT
NFT 的 tokenId 對應 sequence id
替換：當 sequencer 長期處於不健康狀態，將被踢出，並由候補替換
退出：
銷毀 NFT
update：透過 LockingPool 合約->updateSigner 更換簽署者，轉移 NFT
選擇：加權隨機選擇演算法
MPC 模組
負責管理多重簽名金鑰的整個生命週期
多重簽名生成
金鑰重新共享
應用程式簽名
刪除簽名
提供多種多重簽章非同步使用的支持
處理流程
第1 階段：通知MPC 節點做好準備
在本地產生一個隨機數 sessionID；
keyGenPrepare 使用p2p網路將訊息廣播到所有 MPC 節點；
每個 MPC 節點收到 keyGenPrepare 訊息後，啟動各自的處理 goroutine；
根據檢查本機資料（資料是指 TSS 模組是否儲存了該 id 對應的 mpc 資訊）keyId；
如果狀態中已有資料 READY，則直接從儲存體傳回數據，無需繼續操作 keyGen；
如果已經存在具有 PENDING 狀態的數據，則傳回錯誤，以避免因並發執行不同的金鑰產生呼叫而導致金鑰產生不一致；
建立p2p通訊通道；
將訊息傳回 keyGenReady 給發起節點；
第二階段：啟動 keyGen 流程
發起節點等待接收 keyGenReady 來自所有節點的訊息；
一旦發起節點收到 keyGenReady 來自所有節點的訊息，它就會 keyGenStart 使用p2p 網路將訊息廣播到所有MPC 節點；
收到 keyGenStart 訊息後，每個MPC 節點：
在本地構造一個 LocalParty 實例；
開始從其他節點接收訊息
展望
區塊鏈排序器的發展前景充滿了令人興奮的變革。隨著區塊鏈生態系統的不斷演進，排序器將經歷從中心化到更分散、高效和適應性強的解決方案的重大轉變。這項變革對提高以太坊生態系統的交易效率、可擴展性和安全性至關重要。
去中心化是加密貨幣的核心哲學。透過共享排序網絡，經濟機制能夠有效地解決價值累積和所得分配的問題。隨著排序器模組化建構和開發框架的日益成熟，未來這些技術將成為產業發展的強大催化劑，推動區塊鏈生態系統朝向更創新和高效的方向邁進。
參考資料
https://docs.espressosys.com/sequencer
https://docs.theradius.xyz/
https://docs.astria.org/developer/tutorials/run-local-rollup-against-remote-sequencer
https://docs.metis.io/dev/decentralized-sequencer/overview
