💻 computer science

SuperPaymaster: Eliminating Centralized Signer Authority via Asset-Oriented Abstraction to Reconcile Usability and Decentralization in Account Abstraction

Dit artikel introduceert SuperPaymaster, een Account Abstraction-oplossing die gecentraliseerde off-chain ondertekening vervangt door een on-chain Asset-Oriented Abstraction-model met Soulbound Tokens, waardoor censuurrisico's worden geëlimineerd en aanzienlijk lagere uitvoeringsgas-kosten worden bereikt in vergelijking met bestaande Process-Oriented Abstraction-baselines.

Oorspronkelijke auteurs: Huifeng Jiao, Nathapon Udomlertsakul

Gepubliceerd 2026-05-27

📖 5 min leestijd🧠 Diepgaand

CC BY 4.0

Oorspronkelijke auteurs: Huifeng Jiao, Nathapon Udomlertsakul

Oorspronkelijk artikel gelicentieerd onder CC BY 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). ✨ Dit is een AI-gegenereerde uitleg van het onderstaande artikel. Het is niet geschreven of goedgekeurd door de auteurs. Raadpleeg het oorspronkelijke artikel voor technische nauwkeurigheid. Lees de volledige disclaimer

Het Grote Probleem: De "Gas"-Bottleneck

Stel je voor dat je een brief wilt versturen, maar om dat te doen moet je eerst:

Naar een bank gaan om een specifiek type postzegel te kopen (ETH).
In de rij bij een postkantoor wachten om uit te zoeken hoeveel de postzegel vandaag kost (gas fees).
Een specifieke manager bij het postkantoor vragen of ze bereid zijn om je brief nu te versturen. Als de manager druk is, slaapt, of je niet mag, kunnen ze "Nee" zeggen, en gaat je brief nooit weg.

In de wereld van blockchain (specifiek Ethereum) gebeurt precies dit. Gebruikers hebben "gas" (een vergoeding) nodig om transacties te sturen. Momenteel vertrouwen de meeste systemen op een gecentraliseerde manager (een server in eigendom van een bedrijf zoals Alchemy of Pimlico) om elke transactie goed te keuren. Als die server uitvalt of besluit je te blokkeren, zit je vast. Dit creëert een "censuur-bottleneck".

De Oude Oplossing: "Proces-Oriented Abstraction" (POA)

De huidige industriestandaard is als een tijdelijk pasje.

Hoe het werkt: Elke keer dat je een brief wilt versturen, vraag je bij een centraal kantoor om een "toestemmingsformulier". Zij controleren je ID, tekenen een stuk papier en geven je het formulier.
De fout: Je moet voor elke enkele brief om een nieuw formulier vragen. Als het kantoor sluit, kun je niets versturen. Ook werkt het formulier alleen voor dat specifieke postkantoor; het werkt niet bij de volgende.
Het paper noemt dit: Process-Oriented Abstraction (POA). Het richt zich op het proces om elke keer toestemming te krijgen.

De Nieuwe Oplossing: "Asset-Oriented Abstraction" (AOA)

De auteurs stellen een nieuwe manier voor genaamd SuperPaymaster. In plaats van elke keer om een toestemmingsformulier te vragen, koop je een voorbetaalde kaart die je in eigendom hebt.

De Metafoor: Denk aan een voorbetaalde telefoonkaart of een cadeaubon.
- Zodra je de kaart koopt en waarde hebt geladen, hoef je niet elke keer dat je een gesprek voert om toestemming bij een manager te vragen.
- De kaart zelf is de toestemming.
- De kaart is gekoppeld aan je identiteit (je wallet) en kan niet worden gestolen of overgedragen aan iemand anders (het is "Soulbound").
Hoe het werkt:
1. De Kaart (Gas Card): Je krijgt een digitale "Gas Card" (een Soulbound Token). Dit is een permanent bezit dat je op de blockchain bezit.
2. De Brandstof (xPNTs): Je laadt deze kaart met een specifiek community-token (zoals een lokale valuta).
3. De Transactie: Wanneer je een transactie wilt sturen, controleert het systeem je kaart. Als je een geldige kaart hebt en voldoende brandstof, gaat de transactie automatisch door. Er hoeft geen manager een stuk papier te tekenen.

Waarom is dit beter? (De Drie Grote Wins)

1. Geen "Manager"-Poortwachters Meer (Decentralisatie)

In het oude systeem moest een centrale server "Ja" zeggen tegen elke transactie. Als die server gehackt werd of werd afgesloten, stopte het hele systeem.

SuperPaymaster: De "Ja/Nee"-beslissing wordt genomen door de code op de blockchain, niet door een mens of een server. De code controleert: "Heeft deze gebruiker een geldige kaart? Hebben ze voldoende brandstof?" Zo ja, dan werkt het.
Analogie: Het is als een automaat. Je hebt geen manager nodig om je aankoop goed te keuren; de machine controleert gewoon of je genoeg munten hebt ingeworpen. De machine staat 24/7 open voor iedereen.

2. Minder Hersenkracht voor Gebruikers (Gebruiksgemak)

Het paper gebruikte een methode genaamd GOMS (het tellen van mentale stappen) om aan te tonen hoe veel makkelijker dit is.

Oude Manier (Proces): Je ziet een foutmelding ("Niet genoeg geld"). Je raakt in paniek. Je gaat naar een exchange. Je koopt ETH. Je wacht. Je probeert het opnieuw. (9 mentale stappen).
Nieuwe Manier (Asset): Je klikt gewoon op "Versturen". Het systeem trekt de kosten automatisch af van je Gas Card. (2 mentale stappen).
Analogie: Het is het verschil tussen elke keer dat je koffie koopt een papieren formulier moeten invullen, laten stempelen en opsturen, versus gewoon met je telefoon op een lezer tikken.

3. Goedkoper en Sneller (Efficiëntie)

De auteurs testten dit 50 keer voor elk systeem op het Optimism Mainnet (een echt, levend blockchain-netwerk).

Het Resultaat: SuperPaymaster gebruikte minder "gas" (rekenkracht) dan de twee grootste concurrenten (Alchemy en Pimlico).
- Alchemy (Oude Manier): ~206.000 gas-eenheden.
- Pimlico (Oude Manier): ~329.000 gas-eenheden.
- SuperPaymaster (Nieuwe Manier): ~168.000 gas-eenheden.
Waarom? De oude systemen moesten een ingewikkelde "swap" op de blockchain uitvoeren om je tokens om te zetten in gas. SuperPaymaster doet gewoon een eenvoudige interne update (zoals een item doorstrepen op een lijst), wat veel sneller en goedkoper is.
De Ruil: Er is een kleine kostprijs om de kaart op de blockchain te controleren (ongeveer 32.000 gas-eenheden meer dan een eenvoudige handtekening), maar dit is de "prijs" voor het verwijderen van de centrale manager. Over het geheel genomen is het nog steeds goedkoper dan de concurrentie.

Samenvatting van het "SuperPaymaster"-Systeem

Het Doel: Blockchain zo makkelijk te maken als een voorbetaalde kaart, zonder dat een centrale baas elke beweging moet goedkeuren.
De Methode: Ze vervangen het "proces van om toestemming vragen" door "het bezitten van een toestemmings-asset" (de Gas Card).
Het Bewijs: Ze hebben het gebouwd, op het echte Optimism-netwerk gezet en bewezen dat het werkt. Het is sneller, goedkoper en verwijdert het risico dat een centrale server je blokkeert.

In het kort: SuperPaymaster maakt de complexe, angstaanjagende taak van het betalen voor blockchain-transacties zo simpel als het tikken met een voorbetaalde kaart, terwijl het tegelijkertijd de tussenpersoon verwijdert die ooit de sleutels van het koninkrijk hield.

Technische Samenvatting: SuperPaymaster en Asset-Oriented Abstraction

1. Probleemstelling

Het paper identificeert een kritieke knelpunt in de adoptie van Web3-toepassingen: de wrijving en centralisatie die inherent zijn aan huidige gasbetalingsmechanismen. Hoewel Ethereum's Account Abstraction (ERC-4337) de primitieve Paymaster introduceerde om derden in staat te stellen transactiekosten te financieren, vertrouwen praktische implementaties op Process-Oriented Abstraction (POA).

In het POA-model fungeert een gecentraliseerde off-chain server als een "validiteitspoort". Voordat een transactie gesponsord kan worden, moet deze server een verzoek ondertekenen. Deze architectuur herintroduceert centralisatierisico's:

Censuur: Als de server offline gaat, een gebruiker op een zwarte lijst zet, of weigert te tekenen, kan de gebruiker geen transacties uitvoeren.
Marktconcentratie: Data geeft aan dat één aanbieder (Alchemy) meer dan 71% van de gesponsorde UserOperations verwerkt, wat systemische kwetsbaarheden creëert.
Gebruiksgemakwrijving: POA koppelt sponsoring vaak aan specifieke dApps, sessies of tokenlijsten, en faalt in het bieden van een draagbare, herbruik betalingsfunctionaliteit.

De auteurs betogen dat bestaande oplossingen decentralisatie opofferen voor gemak, en er niet in slagen gebruiksgemak te verzoenen met het vertrouwen-minimaliserende ethos van blockchain.

2. Voorgestelde Oplossing: Asset-Oriented Abstraction (AOA)

Het paper stelt Asset-Oriented Abstraction (AOA) voor als een ontwerpparadigma om het trilemma van gebruiksgemak-decentralisatie-efficiëntie op te lossen. In tegenstelling tot POA, dat een proces abstracteert, kapselt AOA betalingscapaciteit in binnen een persistent, door de gebruiker bezeten on-chain asset.

Het SuperPaymaster Artifact

De auteurs implementeren AOA via SuperPaymaster, een ERC-4337 Paymaster-systeem gebouwd op het Optimism Mainnet. De kerncomponenten zijn:

De Gas Card (Soulbound Token - SBT): Een niet-overdraagbare ERC-721 token gebonden aan het Smart Account van een gebruiker. Het bezitten van deze SBT bewijst de eligibility voor sponsoring. Omdat deze niet-overdraagbaar is, voorkomt het Sybil-farming en bindt het reputatie aan de specifieke wallet.
xPNTs (Community Gas Tokens): ERC-20 tokens uitgegeven door communities om gaskosten te financieren. Deze tokens zijn "Zero-Approve", wat betekent dat ze een onbeperkte toelating hebben voor het paymaster-contract, waardoor de noodzaak voor aparte approve()-transacties wordt geëlimineerd.
Deterministische On-Chain Verificatie: De validatePaymasterUserOp-functie controleert de eligibility volledig on-chain door opslagplekken te lezen (SBT-bezit, snelheidslimieten, tokenbalans) in plaats van een off-chain handtekening te verifiëren.

Architecturale Verschuiving

POA: Gebruiker $\to$ Off-chain Server (Handtekening) $\to$ Blockchain. De server is een harde poort.
AOA: Gebruiker $\to$ On-chain Asset (Gas Card) $\to$ Blockchain. De validiteit wordt bepaald door de contractstatus; er is geen off-chain handtekening vereist.

Het systeem werkt in twee modi:

PaymasterV4: Een zelf-deploybare, single-community paymaster.
SuperPaymaster: Een multi-community gedeelde infrastructuurlaag die communities in staat stelt tokens te registreren en uit te geven zonder hun eigen contracts te deployen.

3. Methodologie

Het onderzoek volgt de Design Science Research (DSR)-methodologie, in overeenstemming met de richtlijnen van Hevner et al. en het FEDS-framework. De evaluatie is ex-post (evaluatie van een gedeployerd artifact) en summative.

Experimentele Opstelling

Omgeving: Optimism Mainnet.
Taak: Single-UserOp ERC-20 token transfers.
Steekproefgrootte: $n=50$ transacties per systeem.
Baselines:
- Alchemy Gas Manager: Representatief voor API-handtekening POA.
- Pimlico ERC-20 Paymaster: Representatief voor DEX-gestuurde POA (vereist on-chain swaps).
- PaymasterV4: Een interne AOA-baseline voor kostenontleding.
Metingen:
- Decentralisatie: Code-structurele analyse van validatePaymasterUserOp (aanwezigheid/afwezigheid van ecrecover-aanroepen) en on-chain transactiebewijs.
- Gebruiksgemak: Analytische modellering met behulp van het GOMS-framework (Goals, Operators, Methods, Selection rules) om cognitieve belasting en interactiestappen te schatten.
- Efficiëntie: Gas-profilering die txGasUsed (pure L2-uitvoering) en actualGasUsed (totale gefactureerde gas inclusief bundler-overhead) meet.

4. Belangrijkste Resultaten

A. Decentralisatie (RQ1)

Architecturale Eliminatie van de Signer: Code-analyse bevestigt dat de validatielogica van SuperPaymaster nul off-chain calls uitvoert. Het vertrouwt uitsluitend op on-chain SLOAD-operaties (lezen van SBT-status, gecachte prijzen en snelheidslimieten).
Empirisch Bewijs: 50 transacties op Optimism Mainnet werden bevestigd zonder enige discretionaire goedkeuring van een paymaster-server.
Conclusie: De off-chain signer is architecturaal verwijderd als validiteitspoort. Hoewel opname door bundler/sequencer een apart punt blijft, is de sponsoring-validatielaag volledig gedecentraliseerd.

B. Gebruiksgemak (RQ2)

GOMS-analyse:
- EOA (Foutpad): 9 operators (waarnemen van fout, strategie bepalen, bridging/swapping, opnieuw proberen).
- POA (Steady State): 4 operators (paymaster selecteren, API configureren, tekenen).
- AOA (Steady State): 2 operators (prompt waarnemen, bevestigen klikken).
Resultaat: AOA reduceert de interactiecomplexiteit per transactie met 50% ten opzichte van POA en elimineert de terugkerende cognitieve belasting van "gas management" (bedragen berekenen, ETH-balansen beheren) door opzetkosten te amortiseren in een eenmalige Gas Card-aanschaf.

C. Economische Efficiëntie (RQ3)

Gas-profilering op Optimism Mainnet leverde de volgende gemiddelden voor txGasUsed (pure L2-uitvoering) op:

SuperPaymaster: 167.830 gas.
Alchemy (API-Signature): 205.951 gas.
Pimlico (DEX-Routed): 328.937 gas.

Belangrijkste Bevindingen:

vs. DEX-Routed (Pimlico): SuperPaymaster is 49% efficiënter. Dit komt omdat het de dure Oracle $\to$ Approve $\to$ Swap-sequentie (~100k+ gas) vervangt door een interne atomische burn/transfer (O(1) opslagschrijving).
vs. API-Signature (Alchemy): SuperPaymaster is 18% efficiënter in pure uitvoeringsgas, ondanks het betalen van een ~32.000 gas overhead voor on-chain statusverificatie (ter vervanging van de ~16k gas off-chain ECDSA-check).
Totale Gefactureerde Gas: Wanneer Pre-Verification Gas (PVG) van de bundler wordt meegerekend, is SuperPaymaster (286.818) hoger dan Alchemy (257.299). De auteurs schrijven dit toe aan de prijsstrategie van de bundler voor verschillende account-stacks, niet aan de paymaster-architectuur zelf.

5. Betekenis en Claims

Het paper claimt drie primaire bijdragen:

Conceptueel: De definitie van Asset-Oriented Abstraction (AOA) als een ontwerpprincipe dat het mentale model verschuift van "een proces beheren" naar "een asset bezitten". Dit adresseert het probleem van "leaky abstraction" in huidige Web3-UX door betalingscapaciteit te maken tot een persistent, draagbaar eigendom van de wallet van de gebruiker.
Artifact: De release van SuperPaymaster als open-source, permissionless infrastructuur. Het demonstreert dat sponsoring-validiteit volledig on-chain kan worden afgedwongen via deterministische regels (SBT + beleid) zonder te vertrouwen op een gecentraliseerde teken-server.
Empirisch: Bewijs dat decentralisatie geen prohibitieve efficiëntiestraf vereist. De ~32k gas overhead voor on-chain verificatie is een begrensd, voorspelbaar kostpunt dat wordt opgewogen door de eliminatie van DEX-liquidatiepaden en het verwijderen van terugkerende gebruikerswrijving (ETH-aanschaf, navigatie in fee-markten).

Beperkingen en Bescheidenheid

De auteurs erkennen expliciet beperkingen:

Bootstrap Centralisatie: Hoewel het protocol permissionless is, vertrouwen huidige implementaties op een beperkte set relayers (AAStar). Ware operationele decentralisatie vereist een kritieke massa van onafhankelijke operators.
Privacy: De huidige implementatie blootstelt Gas Card-balansen en transactiegeschiedenis on-chain.
Gebruikersstudies: De claims over gebruiksgemak zijn gebaseerd op analytische GOMS-modellering; grootschalige empirische gebruikersstudies (SUS, NASA-TLX) worden geïdentificeerd als toekomstig werk.
Scope: De oplossing adresseert de laag van sponsorship validity. Het claimt niet alle censuurvectoren op te lossen (bijv. sequencer-ordering of RPC-toegang), hoewel het het specifieke knelpunt van de "paymaster signer" verwijdert.

Kortom, het paper betoogt dat door gasbetaling te reificeren tot een door de gebruiker bezeten asset (de Gas Card), het mogelijk is om een sponsoring-systeem te creëren dat tegelijkertijd gebruiksvriendelijker, meer gedecentraliseerd en efficiënter is dan huidige state-of-the-art process-georiënteerde oplossingen.