Principe, état actuel et avenir des séquenceurs
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Principe, état actuel et avenir des séquenceurs
Qu'est-ce qu'un séquenceur (Sequencer) et comment fonctionne-t-il dans une solution Layer2 ?
Dédié à des analyses Web3 approfondiesRédaction : Oncle Jian
Actuellement, la principale source de revenus des Layer2 provient des frais de gaz (gas fees) payés par les utilisateurs lorsqu'ils effectuent des transactions sur les Rollup. Après déduction des frais de gaz versés à la couche 1 (Layer1) pour soumettre les données, le reste constitue pratiquement un bénéfice pur. Comme illustré ci-dessous, selon une estimation grossière, le profit d'OP Mainnet entre juin et décembre 2023 s’élève à environ 5,23 millions de dollars américains, celui d'Arbitrum atteint 16,5 millions de dollars sur l'année entière, et zkSync Era a généré un profit de 22,24 millions de dollars entre mars et décembre 2023.
Quel est donc le secret derrière ces profits considérables ? En réalité, cela est étroitement lié au fait qu'ils ne disposent chacun que d’un seul séquenceur (sequencer) en fonctionnement.
Mais alors, qu’est-ce qu’un séquenceur (Sequencer), et comment fonctionne-t-il dans un réseau Layer2 ? Quels sont les problèmes posés par un séquenceur centralisé ? Et quel sera l’évolution future du rôle du séquenceur ? Cet article explorera en profondeur ces questions.
Le principe du séquenceur
Un « Sequencer », traduit en français par « séquenceur » ou « ordonnanceur », joue un rôle crucial au sein d’une architecture Layer2. Son fonctionnement principal consiste à recevoir les transactions émises par les utilisateurs de la couche 2, à les exécuter, puis à envoyer à la couche 1 (Layer1) des lots regroupés (batches) après avoir trié et compressé ces transactions.
Cela peut sembler encore abstrait. Pour mieux comprendre, prenons une analogie concrète. Lorsque les utilisateurs effectuent des transactions directement sur Ethereum, on peut imaginer qu’ils conduisent eux-mêmes leur voiture en ville (Ethereum). Pendant les périodes de forte activité, des embouteillages se produisent naturellement. À ce moment-là, les utilisateurs n’ont d’autre choix que d’attendre ou de payer davantage pour faire appel à une aide extérieure (les validateurs), sans alternative possible.
Dans la vie réelle, il existe plusieurs solutions aux embouteillages : développer les transports en commun, élargir les voies, construire de nouvelles routes ou instaurer des restrictions de circulation selon les heures. De cette perspective, un réseau Layer2 représente précisément une solution de transport collectif pour Ethereum, et le séquenceur agit comme le chauffeur du bus. Ce dernier annonce aux usagers : « Inutile de conduire vous-mêmes jusqu’en ville. Payez-moi simplement un petit frais de service (moins cher que le coût d’un trajet individuel), je vous amènerai tous à destination. » Cette approche permet ainsi de réaliser des économies tout en simplifiant le processus. De plus, afin d’optimiser l’utilisation de l’espace disponible dans le bus, le chauffeur attend généralement que le véhicule soit plein avant de démarrer. Il organise aussi méthodiquement les passagers, par exemple en plaçant un passager mince entre deux passagers corpulents, garantissant ainsi un placement « sans aucun espace perdu ».
Maintenant que ce processus est compris, examinons quelques questions fréquemment posées.
Qui peut exploiter un séquenceur ?
Il existe plusieurs schémas courants :
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Séquenceur centralisé
Ce modèle implique qu’une équipe Layer2 ou une organisation désignée gère exclusivement le séquenceur. Étant donné son efficacité élevée et ses coûts faibles, c’est la solution préférée des équipes de développement Layer2.
D’autres modèles existent également pour déterminer qui peut opérer un séquenceur ; ils seront détaillés plus loin dans la section « Séquenceur décentralisé ».
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Séquenceur totalement permisless (sans autorisation)
Cela signifie que toute personne peut ordonner les transactions et les soumettre à la couche 1. Bien que ce système paraisse simple et équitable en apparence, il présente des inconvénients évidents. En effet, un séquenceur n’est pas équivalent à un mineur ou un validateur de la couche 1 : il n’améliore pas directement la sécurité finale du réseau, mais se contente de transmettre des lots (batches) à la chaîne principale. Même si plusieurs participants soumettent simultanément des batches, un seul sera retenu, entraînant un gaspillage massif des ressources informatiques et des frais de gaz pour les autres séquenceurs.
Selon quels critères le séquenceur trie-t-il les transactions ?
Deux méthodes principales sont généralement utilisées. La première suit le principe du « premier arrivé, premier servi » (FIFO), analogue à un passager montant dans un bus qui choisit librement sa place : les transactions émises en premier sont traitées en priorité. La deuxième méthode classe les transactions selon le montant du gas offert : si un utilisateur souhaite accélérer sa transaction, il peut proposer un supplément au séquenceur, qui alors priorisera sa requête indépendamment de l’ordre d’arrivée.
Les principaux réseaux Layer2 adoptent majoritairement la première méthode. Cependant, ni l’une ni l’autre n’est strictement imposée. En réalité, le séquenceur dispose d’une grande liberté : il pourrait tout à fait organiser les transactions arbitrairement, comme un chauffeur de bus refusant l’accès à certains passagers ou réservant des places à ses proches — même si cela va à l’encontre de toute logique d’équité.
Le séquenceur peut-il mal agir ? Comment l’en empêcher ?
Théoriquement, oui, le séquenceur peut mal agir.
En effet, le pouvoir du séquenceur est très étendu. Il pourrait sciemment annuler une transaction tout en prétendant qu’elle a été confirmée, ou insérer une transaction malveillante (par exemple, transférer les actifs d’un utilisateur depuis Layer2 vers son propre portefeuille) afin d’en tirer profit.
Toutefois, afin de prévenir d’éventuelles malversations, chaque réseau Layer2 met en œuvre des mécanismes de contrôle spécifiques. Les Optimistic Rollup reposent sur des preuves de fraude (fraud proofs) : on suppose initialement que le séquenceur est honnête. Pendant une période de contestation (généralement une semaine), si aucun validateur ne démontre une erreur dans les données envoyées par le séquenceur à Layer1, celles-ci deviennent définitives. Les ZK Rollup, quant à eux, utilisent des preuves de validité (validity proofs) : chaque batch publié par le séquenceur est vérifié immédiatement. Une fois la vérification réussie, les transactions obtiennent une confirmation finale sur Layer1, sans période de contestation.
Schéma de fonctionnement du séquenceur Starknet
État actuel : les problèmes liés au séquenceur centralisé
Les principaux réseaux Layer2 actuels – OP Mainnet, Arbitrum One, Starknet et zkSync Era – utilisent tous un séquenceur centralisé, exploité par l’équipe officielle ou une organisation affiliée. Par exemple, la Fondation Optimism gère le séquenceur d’OP Mainnet, tandis qu’Offchain Labs supervise celui d’Arbitrum One.
Le séquenceur centralisé présente de nombreux avantages pour les projets Layer2 : facilité de gestion, efficacité accrue et génération de revenus. Bien que la plupart promettent de protéger les intérêts des utilisateurs et de ne pas commettre d’abus (en appliquant strictement le principe FIFO pour l’instant), de nombreux utilisateurs restent inquiets face à cette centralisation.
Faible résistance à la censure
Étant exploité par une seule entité centralisée, le séquenceur ne peut rivaliser avec les milliers de validateurs ou mineurs présents sur Layer1 en matière de résistance à la censure. L’équipe pourrait être contrainte par la réglementation d’exclure certaines transactions, ou choisir arbitrairement de mettre certaines transactions sur liste noire. Bien que la plupart des Layer2 aient mis en place des mécanismes permettant aux utilisateurs de contourner le séquenceur en soumettant directement leurs transactions à Layer1, cela implique toujours un coût supplémentaire pour l’utilisateur.
Solution permettant à l'utilisateur de soumettre directement une transaction (source : L2BEAT)
Faible vivacité (weak liveness)
La faible vivacité peut aussi être comprise comme un point de défaillance unique. Comparé aux dizaines de milliers de demandes de transactions par seconde, un séquenceur centralisé peut être incapable de traiter toutes les requêtes simultanément en raison de limitations matérielles. Si un tel séquenceur est surchargé et qu’aucun autre n’est disponible en secours, tout le système peut planter. C’est exactement ce qui s’est produit lors du lancement de l’airdrop d’Arbitrum, causant une panne temporaire.
Capture abusive de MEV
MEV signifie « Maximal Extractable Value » (valeur maximale extractible), soit les gains supplémentaires que peuvent obtenir les mineurs ou validateurs en manipulant l’ordre des transactions (ajout, suppression, réorganisation). Bien qu’ils classent habituellement les transactions selon le prix du gaz (du plus élevé au plus bas), dès qu’un gain important apparaît, les mineurs peuvent insérer, supprimer ou réorganiser des transactions pour engranger des profits au-delà de la récompense de bloc. On dit alors qu’ils sont à la fois « joueur et arbitre ».
Dans les Layer2, le séquenceur possède un pouvoir similaire à celui des mineurs/validateurs de Layer1 : il peut manipuler l’ordre des transactions. Même si le séquenceur est géré par l’équipe du projet Layer2, nous ne pouvons pas leur accorder une confiance totale, surtout quand, comme dans le cas d’OP Mainnet, un mempool privé est utilisé (un espace temporaire où les transactions sont stockées en attente de traitement). Cela revient à une opération en « boîte noire ». Bien que justifié par la volonté de prévenir la surveillance des transactions et la capture abusive de MEV, cela soulève des inquiétudes légitimes.
L’avenir
Les principaux réseaux Layer2 (OP Mainnet, Arbitrum One, Starknet, zkSync Era) ne sont pas aveugles aux problèmes posés par le séquenceur centralisé. Chacun a donc proposé son propre plan de décentralisation du séquenceur.
Pour l’instant, ces projets restent essentiellement décrits dans des documents officiels ou des livres blancs. Apparemment, plutôt que de diluer leur pouvoir et leurs revenus, les équipes préfèrent actuellement se concentrer sur le renforcement de leurs compétences clés (performance du réseau, développement de l’écosystème).
Séquenceur décentralisé
Voici un bref aperçu de plusieurs propositions de séquenceurs décentralisés :
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Décentralisation géographique
Une approche simple et directe consiste à déployer plusieurs séquenceurs dans différentes régions du monde, exploités par des entreprises ou organisations réputées et ayant un intérêt aligné. Ils peuvent se relayer selon un système rotatif pour déterminer qui ordonne les transactions pendant une période donnée. Bien que des vulnérabilités subsistent, cette méthode offre une meilleure résistance à la censure et une meilleure vivacité comparée à un seul séquenceur centralisé.
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Enchères de séquenceur
Le Rollup peut utiliser un contrat intelligent pour organiser des enchères afin de désigner l’opérateur du séquenceur. Toute personne peut participer à l’enchère pour obtenir le droit d’exécuter le séquenceur. Ces enchères peuvent être réalisées par bloc ou pour une durée spécifique. Le gagnant doit néanmoins déposer une caution, qui pourra être confisquée en cas de comportement malveillant. Les revenus générés par les enchères peuvent ensuite être redistribués efficacement par le réseau.
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Élection de leader
Dans ce modèle, toute personne peut verrouiller des jetons (ETH ou jeton natif du Layer2) dans un contrat intelligent du Layer2. Pour chaque lot (batch) soumis, le séquenceur est choisi aléatoirement parmi les participants, avec une probabilité potentiellement proportionnelle au montant verrouillé.
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Based Rollup
Il s’agit d’une proposition récente au sein de la communauté Ethereum : les validateurs d’Ethereum prendraient directement en charge l’ordonnancement des transactions Layer2, remplaçant complètement le séquenceur dédié du Layer2. Toutefois, cette solution est techniquement plus complexe que les précédentes et fait face à de nombreux défis non encore résolus.
Séquenceur partagé
Les schémas de séquenceur décentralisé visent fondamentalement à définir comment attribuer le pouvoir d’exécution du séquenceur, tout en gardant l’équipe du Layer2 comme acteur principal. En revanche, le concept de séquenceur partagé va plus loin : il abolit le séquenceur dédié à un seul Layer2, et fait appel à un réseau tiers de séquenceurs utilisé en commun par plusieurs Layer2.
Cette approche offre plusieurs avantages, tels que la composable atomique entre différents Layer2 (transactions circulant dans un même mempool) et la prévention de l’extraction de MEV. Plusieurs projets travaillent actuellement à la création d’un tel réseau, notamment Astria, Radius et Espresso.
Conclusion et réflexions
Éliminer les points de défaillance unique et atténuer les risques systémiques fait partie intégrante de l’esprit de la cryptographie. L'idée de décentraliser le séquenceur découle directement de cet idéal. Mais en y regardant de plus près, les séquenceurs décentralisés ou partagés peuvent-ils aujourd’hui résoudre parfaitement les problèmes posés par les séquenceurs centralisés ? Selon l’auteur, probablement pas.
Du point de vue du MEV, prenons l’exemple d’Ethereum. Selon les données de Flashbots, depuis la fusion (The Merge), les proposants de blocs (block proposers) ont déjà extrait 288 829 ETH de valeur MEV (note : REV signifie ici MEV effectivement extraite).
Et ce chiffre ne reflète même pas l’intégralité du marché, car il s’agit seulement des données collectées par Flashbots. Cela illustre à quel point le marché du MEV est vaste, même dans un réseau permisless comme Ethereum.
Un MEV issu d’opérations d’arbitrage saines et mesurées contribue à la stabilité du marché. En revanche, sous l’appât du gain, des manipulations malveillantes (comme les attaques en sandwich) nuisent gravement au réseau. Même si les mineurs eux-mêmes ne trichent pas, cela encourage l’émergence d’un marché parallèle de collusion et de pots-de-vin. Cela va à l’encontre des principes fondateurs d’Ethereum et nuit sérieusement aux utilisateurs ordinaires. Bien que des solutions soient recherchées (comme la séparation entre le séquenceur et le proposant), cette situation perdurera à court terme.
Le paysage actuel du MEV sur Ethereum est le fruit d’une évolution spontanée du marché. Lorsque les séquenceurs des Rollups seront eux aussi libérés et décentralisés, ne verrons-nous pas progressivement émerger un schéma similaire ? Face au risque de panne unique lié à la confiance accordée à une équipe de projet, la confusion engendrée par une concurrence anarchique ou une nouvelle forme de centralisation est tout aussi effrayante.
Par ailleurs, bien que les séquenceurs partagés permettent une interopérabilité entre différents Rollups au niveau de l’ordonnancement, si un nombre croissant de ces réseaux tiers devient dominant, ils finiront par former un réseau contrôlant plusieurs Rollups, accumulant ainsi un pouvoir croissant. Ne reproduirons-nous pas alors exactement le problème de centralisation que nous cherchions à éviter ? Devrons-nous alors concevoir un nouveau mécanisme pour décentraliser à leur tour les séquenceurs partagés ? Toutes ces questions appellent à une réflexion approfondie.
Le développement de la blockchain et sa décentralisation constituent un processus long et difficile. Le séquenceur attire autant l’attention car il joue un rôle central dans l’architecture des Rollups. Nous pouvons espérer qu’à force d’exploration et d’efforts, les défis d’aujourd’hui trouveront des solutions adaptées demain.
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