Grundlagen von Sequenzern und Rollups

Was ist ein Sequencer?

Ein Sequencer ist die Instanz, die für die chronologische Anordnung eingehender Transaktionen verantwortlich ist, bevor diese gebündelt und an die Veröffentlichungs- beziehungsweise Basisschicht eines Rollups übergeben werden. Anders als bei der Ausführung von Zustandsübergängen übernimmt ein Sequencer vorrangig die Steuerung der Reihenfolge: Er sammelt Nutzertransaktionen, gruppiert sie zu Blöcken oder Chargen und leitet sie weiter an die zugrunde liegende Datenverfügbarkeits- oder Basisschicht. Diese Sortierung ist essenziell, da sie vorgibt, wie sich der Zustand der Rollup-State Machine bei der Ausführung auf den Rollup-Knoten verändert. Der Sequencer agiert somit als Gatekeeper für die Reihenfolge und das Timing der Transaktionen; seine Architektur beeinflusst maßgeblich Verfügbarkeit, Zensurresistenz und die Art der Gebührenabschöpfung.

Zentralisierte versus dezentrale Sequencer

Bei den meisten aktuellen Rollups sind die Sequencer zentralisiert und werden meist direkt vom Projektteam betrieben. Dieses Modell bringt eine hohe Transaktionsgeschwindigkeit und eine unkomplizierte Governance mit sich, verursacht jedoch einen Single Point of Control und somit auch ein potenzielles Ausfallrisiko. Zentralisierte Sequencer könnten Transaktionen zensieren, ausfallen oder Regeln nach eigenem Ermessen ändern. Dezentrale Sequencer hingegen verteilen die Kontroll- und Ordnungsfunktion auf viele unabhängige Knoten oder Validatoren. Dadurch steigt die Zensurresistenz und auch die Verfügbarkeit verbessert sich. Gemeinsame Sequencer-Netzwerke gehen noch weiter: Sie bieten eine einheitliche Ordnungsinstanz für verschiedene Rollups, wodurch Skaleneffekte und verlässlichere Verfügbarkeiten entstehen, ohne dass jede Rollup-Lösung ein eigenes Sequencer-Set entwickeln muss.

Rollups 101

Rollups sind Layer-2-Skalierungslösungen, die Smart Contracts und Transaktionen außerhalb der Mainchain (“off-chain”) ausführen und verdichtete Daten oder Nachweise (Proofs) auf eine Layer-1-Blockchain übertragen. Es gibt zwei Haupttypen: Optimistic Rollups und Zero-Knowledge (zk) Rollups.

Optimistic Rollups gehen standardmäßig von der Gültigkeit der Transaktionen aus und setzen erst nach der Ausführung auf etwaige Fraud Proofs. ZK-Rollups hingegen erzeugen kryptografische Gültigkeitsnachweise und übermitteln besonders kompakte Nachweise an die Basisschicht.

Beide Modelle benötigen Sequencer zum Sortieren und Bündeln der Transaktionen. Im Fall von Optimistic Rollups fasst der Sequencer Transaktionen in Batches zusammen, die anschließend durch Challenge Games verifiziert werden. Bei zk-Rollups hingegen ordnet der Sequencer Transaktionen, die unmittelbar nach der Nachweisüberprüfung als endgültig gelten.

Sequencing versus Execution

Sequencing und Execution sind grundlegend unterschiedliche Stufen der Rollup-Architektur. Sequencing beschreibt die Off-Chain-Phase, in der Transaktionen gesammelt und mit ihrer Position innerhalb eines Blocks versehen werden, bevor sie zur endgültigen Validierung eingereicht werden. Die Ausführung erfolgt erst, nachdem die Rollup-Knoten die sortierten Daten abgerufen und auf die zustandsführende Maschine angewendet haben, um den neuen Zustand zu berechnen. Einige Sequencer-Lösungen führen Transaktionen sogar selbst aus – der Sequencer kennt dann das Ergebnis im Voraus, was atomare Ausführung erlaubt. Andere Architekturen trennen Sequencing und Execution explizit, um eine größere Anzahl von Rollups zu unterstützen, ohne dass der Sequencer den Zustand jeder einzelnen Rollup-Lösung führen muss. Dieses Konzept (“Lazy Sequencing”) verhindert eine unnötige Aufblähung des Systemzustands und rationalisiert die Aufnahme neuer Rollups.

Die Entwicklung gemeinsamer Sequencer-Netzwerke

Gemeinsame Sequencer-Netzwerke ermöglichen es mehreren Rollups, auf einen einzigen Ordnungsdienst zuzugreifen. Statt dass jede Rollup-Lösung einen eigenen Sequencer betreibt, teilen verschiedene Rollups ein dezentrales Netzwerk für die Transaktionssortierung. Dadurch wird eine atomare Cross-Rollup-Inklusion möglich: Transaktionen für unterschiedliche Rollups können gemeinsam in einem Batch verarbeitet werden, sodass ihre gleichzeitige Aufnahme garantiert ist. Projekte wie Astria, Espresso Systems, Radius, NodeKit und Rome Protocol arbeiten aktiv am Aufbau solcher Infrastrukturen. Astria und Rome bieten beispielsweise atomare Inklusion, wobei Transaktionen im Sequencer selbst nicht ausgeführt werden (“Lazy Sequencing”), und schaffen so höhere Zensurresistenz, beschleunigte Sortierung und verbesserte MEV-Effizienz.

Atomare Inklusion versus atomare Ausführung

Bei atomarer Inklusion wird sichergestellt, dass zusammenhängende Transaktionen, die verschiedene Rollups betreffen, im selben Batch erscheinen – entweder alle gemeinsam oder keine. Das ist weniger stark als die atomare Ausführung, bei der der Sequencer oder Block-Produzent simulieren oder garantieren muss, dass wirklich alle aufgenommenen Transaktionen auch erfolgreich ausgeführt werden. In Sequencer-Netzwerken, die lediglich die Reihenfolge festlegen, nicht aber ausführen, ist atomare Ausführung nicht garantiert. Beispiel: Ein Lock auf Rollup A und ein Mint auf Rollup B könnten gemeinsam gebündelt werden, aber wenn eine der beiden Transaktionen scheitert, könnte die andere trotzdem erfolgreich sein. Für echte atomare Ausführung ist ein vollständiges Verständnis der Zustandsmaschinen aller Rollups oder Block-Produzenten mit “Top-of-Block”-Mechanik erforderlich. Derzeit unterstützen die meisten Designs die atomare Inklusion, während die Ausführungssicherheit auf die Logik der einzelnen Rollup-Lösungen ausgelagert wird.

Herausforderungen und Zielkonflikte im Sequencer-Design

Die Umsetzung gemeinsamer Sequencer-Infrastrukturen im großen Maßstab bringt verschiedene Herausforderungen mit sich. Sequencer, die keine Ausführung durchführen, bleiben unabhängig vom Zustand einzelner Rollups und sind leichter skalierbar, können aber die erfolgreiche Ausführung nicht garantieren. Sequencer mit eigener Ausführungskapazität müssen für jedes Rollup eine vollständige Zustandsmaschine führen, was mit wachsender Zahl unpraktikabel wird. Auch das wirtschaftliche Bootstrapping ist eine Hürde: Gemeinsame Netzwerke benötigen erhebliche ökonomische Sicherheiten, um eine glaubwürdige Absicherung zu gewährleisten. Projekte müssen überzeugende Tokenomics entwickeln oder auf bestehende Validatoren zurückgreifen, um ausreichende Sicherheiten zu hinterlegen. Ein weiterer Aspekt ist die Latenz: Gemeinsame Sequencer-Netzwerke müssen ähnlich hohe Verfügbarkeit und niedrige Verzögerungen bieten wie zentralisierte Sequencer, um als echte Alternative zu bestehen.