Principes fondamentaux des séquenceurs et des rollups

Qu’est-ce qu’un séquenceur ?

Un séquenceur est le composant chargé d’ordonner les transactions entrantes avant leur regroupement et leur enregistrement sur la couche de publication d’un rollup. Plutôt que d’exécuter les transitions d’état, le séquenceur gère essentiellement le verrou d’écriture de l’ordonnancement : il collecte les transactions des utilisateurs, les organise en blocs ou en lots, puis les soumet à la couche d’accessibilité des données ou à la couche de base sous-jacente. L’ordonnancement est crucial, car il conditionne l’évolution de la machine d’état du rollup lors de l’exécution par les nœuds du rollup. Le séquenceur joue ainsi le rôle de gardien de l’ordre et du calendrier des transactions, ses choix de conception ayant un impact direct sur la disponibilité, la résistance à la censure et la distribution des frais.

Séquenceurs centralisés vs décentralisés

Dans la plupart des rollups existants, les séquenceurs sont centralisés et généralement gérés par l’équipe du projet. Ce modèle garantit un débit élevé et une gouvernance simple, mais crée un point unique de contrôle et de défaillance. Les séquenceurs centralisés peuvent censurer des transactions, être sujets à des pannes ou modifier les politiques de manière unilatérale. À l’inverse, la décentralisation du séquençage répartit le pouvoir d’ordonnancement entre plusieurs nœuds ou validateurs indépendants, renforçant ainsi la résistance à la censure et la disponibilité du service. Les réseaux de séquenceurs mutualisés vont plus loin : ils proposent une couche d’ordonnancement commune à plusieurs rollups, permettant des économies d’échelle et une meilleure fiabilité, sans exiger de chaque rollup la construction de son propre réseau de séquenceurs.

Rollups : notions fondamentales

Les rollups sont des solutions de mise à l’échelle de couche 2 qui exécutent les contrats intelligents et les transactions hors chaîne, tout en publiant des données ou des preuves compressées sur une blockchain de couche 1. Deux grandes familles coexistent : les rollups optimistes et les rollups à preuves de connaissance nulle (zk).

Les rollups optimistes considèrent par défaut les transactions comme valides et s’appuient sur des preuves de fraude soumises après exécution. Les zk-rollups, quant à eux, produisent cryptographiquement des preuves de validité, qu’ils publient de façon concise sur la couche de base.

Dans les deux architectures, les séquenceurs jouent un rôle central dans l’ordonnancement et le regroupement des transactions. Dans un rollup optimiste, le séquenceur regroupe les transactions dans des lots qui seront ensuite contrôlés via des challenges ; dans un zk-rollup, le séquenceur classe les transactions, qui sont immédiatement finalisées après la vérification de la preuve.

Ordonnancement et exécution : distinction clé

L’ordonnancement et l’exécution constituent deux étapes distinctes dans l’architecture des rollups. L’ordonnancement, opéré hors chaîne, agrège les transactions et assigne leur position dans les blocs avant la phase de finalisation. L’exécution intervient ensuite : les nœuds du rollup récupèrent les données ordonnées et les appliquent à la machine d’état pour produire de nouveaux états. Certains modèles de séquenceur exécutent également les transactions, ce qui leur permet de connaître le résultat des transactions en amont et d’assurer ainsi une exécution atomique. D’autres séparent délibérément ordonnancement et exécution afin de prendre en charge un nombre croissant de rollups sans imposer au séquenceur la gestion de chaque machine d’état. Ce “séquençage paresseux” prévient l’encombrement de l’état et facilite l’intégration de nouveaux rollups.

L’essor des réseaux de séquenceurs mutualisés

Les réseaux de séquenceurs mutualisés permettent à plusieurs rollups de se connecter à un même service d’ordonnancement. Plutôt que chaque rollup ne dispose de son propre séquenceur, différents rollups partagent un réseau décentralisé commun pour ordonner les transactions. Cette approche rend possible l’inclusion atomique inter-rollups : des transactions visant plusieurs rollups peuvent être regroupées en un seul lot, assurant leur inclusion simultanée. Des projets comme Astria, Espresso Systems, Radius, NodeKit ou Rome Protocol développent activement ce type d’infrastructures. Par exemple, Astria et Rome permettent une inclusion atomique sans exécution des transactions dans le séquenceur (séquençage paresseux), tout en renforçant la résistance à la censure, la rapidité d’ordonnancement et l’efficacité dans la capture de la valeur maximale extractible (MEV).

Inclusion atomique vs exécution atomique

L’inclusion atomique garantit que des transactions associées, ciblant des rollups différents, soient regroupées dans un même lot : elles sont soit toutes incluses, soit aucune. Ce concept reste moins strict que l’exécution atomique, qui exige que le séquenceur ou l’assembleur de blocs simule ou assure la réussite de toutes les transactions, une fois celles-ci exécutées. Avec les réseaux de séquenceurs mutualisés se limitant à l’ordonnancement, l’exécution atomique n’est pas assurée. Par exemple, un verrouillage sur le rollup A et une émission de jeton sur le rollup B peuvent être groupés, mais si l’une échoue, l’autre peut tout de même aboutir. Une véritable exécution atomique requiert la connaissance de la machine d’état de chaque rollup ou l’intervention d’assembleurs de blocs imposant des conditions spécifiques de priorité dans le bloc. Les architectures actuelles privilégient l’inclusion atomique et laissent les garanties d’exécution à la logique propre de chaque rollup.

Enjeux et arbitrages dans la conception des séquenceurs

Le déploiement à grande échelle de séquenceurs mutualisés soulève de nombreux défis. Les séquenceurs n’exécutant pas les transactions restent agnostiques à l’état des rollups et se déploient facilement, mais ils ne peuvent garantir le succès de l’exécution. Les séquenceurs qui exécutent les transactions doivent maintenir l’état complet de chaque rollup, une approche difficilement viable à mesure que leur nombre augmente. L’amorçage économique pose également question : pour garantir la sécurité, les réseaux mutualisés requièrent une mise en jeu économique significative. Les projets doivent alors concevoir une tokenomique adaptée ou s’appuyer sur des validateurs existants pour fournir les garanties requises. Enfin, la performance en matière de latence s’avère déterminante : pour représenter une alternative crédible, les réseaux de séquenceurs mutualisés doivent offrir une disponibilité maximale et des délais comparables à ceux des séquenceurs centralisés.