照亮黑暗森林 — 揭开 MEV 神秘面纱
2024-07-09 23:41
Gate Ventures
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照亮黑暗森林 — 揭开 MEV 神秘面纱

TL;DR

随着链上活动的剧增以及链上基础设施的演进和丰富,链上 MEV 一直以来都被视为以太坊暗森林中最为危险的一部分,这直接对用户的链上金融活动造成了利润损失和用户体验的降级。本文《照亮黑暗森林》的目标就是从 Ethereum 2.0 的区块生成机制以及提议者 - 构建者分离(PBS)的技术演进为基础,来着重分析了该套机制带来的天然中心化和信任化问题与以太坊的价值观有着截然相反的现实情况。

链上 MEV 的加剧确确实实是双刃剑,有其正负外部性,正向包括减少 DEX 价格差异、帮助清算交易;负向包括对用户的夹层交易损害。因此 MEV 的解决方案更多是减轻负外部性,而无法做到根除。在我们减轻 MEV 的负外部性和解决当前基于第三方信任中间件 Relayer 的问题的机制探索过程中,主要分为三类措施:拍卖机制的改进、共识层改进、应用层改进。这三种改进都将不同程度的对 MEV 的现代格局产生影响,但是有部分解决方案并不能实质解决用户遇到的三明治攻击的问题,用户交易仍然处于 public pool,因此需要引入更多的隐私池技术来保护用户交易的可选隐私性,这些 MEV 方案值得去结合起来尝试。

除此之外,MEV 作为无法避免的机制设计副产品,其未来还会更进一步的复杂,我们也在文中探索了在 Layer2 架构、EIP-4337 账户抽象等新交易类型的实施下,可能出现的更多 MEV 的技术挑战和机会。

最后,我们希望以此文章,探索减缓 MEV 负外部性问题的潜在解决方案,并且对当前的 MEV 方案的利弊作出一个全方位的认知,不仅仅是为了未来点亮用户所处的黑暗森林,也为业内研究者点亮进一步研究 MEV 的黑暗森林。

Ethereum 2.0

自从 The Merge 以后,以太坊采用了 POS 机制来确保网络的安全性,同时在区块的产出方面,放弃了计算密集型的竞争,转而采用权益证明。合并后,以太坊被划分成执行层以及共识层。而整个区块的产出也发生了变化,每一个 Epoch 为一个 POS 周期,每个 Epoch 中又被划分成 32 个 Slot,每个 Slot 相当于一个出块的时间单位,为 12 秒。

验证者提议区块图示

整个网络会在每次 Epoch 内,随机从验证者中挑选一个委员会,提议区块的人是在委员会集合中随机选出,该区块提议者需要将交易打包并且排序执行最后产出一个区块,其它委员会验证者会监督这个过程,然后为该区块投票。并且这个委员会会在每个 Epoch 之后重新选择。同时还被施加一定的操作时间限制,以保证区块生成和投票的效率。在这里,我们为读者规范术语,Payload 是执行负载,意味着交易的状态更改,可以视为执行区块的一部分。区块提议者将实施执行负载(Execution Payload 也就是实施交易结果的状态更改)和区块提议。

PBS 架构

事实上,当验证者被选中成为区块提议者时,往往提议者没有动力去执行 Payload,也就是将交易排序并且执行,因为这个事情需要大量的计算能力执行状态更改。原本思考的是,如果我们通过去中心化的委员会选举,如果把执行负载纳入其中,那么交易排序等就成为了去中心化的事情。但是验证者似乎天然的想要把这一部分交给第三方去完成,而自己 Proposer 专注于提议区块的事情。因此衍生出了 PBS 的构想,就是将区块提议和构建被分离节点提议者仅负责验证区块,不参与区块构建。提议者和构建者之间的分离促进了一个开放市场,在这个市场中,区块提议者可以从区块构建者那里获取区块。这些构建者相互竞争来构造区块,并向提议人提供最高费用,我们称之为“区块拍卖”。

PBS 流程图示

我们简要的介绍一下整个 PBS(Proposer Builder Seperate) 密封第一拍卖模型。当用户通过 RPC 代理提交交易,RPC 相当于运行了一个节点,将交易提交到公开的 Mempool 中,多个 Builder 找到最适合的交易进行排序以生成一个利润最大化的区块(利润最大化指交易手续费 Base+Priority+MEV),然后多个 Builder 通过 MEV-Boost Relayer 与 Proposer 进行交互,Relayer 是多个 Builder 与 Proposer 交互的桥梁,Builder 向 Relayer 提交报价,Relayer 向 Proposer 提交多个区块头以及对应的报价,Proposer 一般采纳报价最高的区块。其中 Relayer 会实现 MEVBboost 规范,这个是 Flashbot 提出的如何规范 Builder 与 Proposer 交互竞标的一种技术规范。在这个过程中,所有信息都是密闭的,Relayer 只会提交区块头给 Proposer,因此 Proposer 具有抗审查性。

PBS 下各类参与者以及博弈

其主要参与者有 Builder、Relayer、Proposer、MEVbot(Searcher)。

Builder

其中 Builder 主要是负责构建区块内容的,使用了 MEV-Boost 技术以后,其在竞标中处于更加有利的地位,因为不仅仅支持 Gas Fees,并且还支持 MEV 收益。Builder 能够直接审查用户和 Searcher 的交易,这一直以来也是被诟病的一点,特别是当美国政府公布 OFAC 后,大量 Builder 参与了 OFAC Compliant,相比于刚开始,虽然审查区块的比列在近期有所下降,但是我们能看到,在区块构建过程中,Builder 存在对交易的直接审查方面有直接作用。

OFAC 合规区块比例,图源:MEV Watch
Builder 市场份额,图源:MEV Watch

当前 Builder 的市场份额来看,beaverbuild.org 这种纯粹的无需审查的 Build 正在逐步扩大其市场份额,一切都是以利润为导向。

Searcher

MEV 收益与 Gas Fees 收益比例,图源:mevboost

本质上,利润最大化的工作是需要 Searcher 与 Builder 共同努力的,Searcher 往往会与特定的 Builder 合作,这样就会形成一个 Dark Pool 或者 Private Pool,在这里面 Searcher 的交易只会对特定 Builder 显示,一些 Builder 就会获得最大化利润的 MEV 交易,进而竞标区块空间。从理论上来说,如果 Builder 作恶或者审查,那么 Searcher 可以选择其它的 Builder,这样就会导致 Builder 的市场份额逐步降低,因此受制于 Searcher,Builder 往往会考量作恶的隐性成本。上图是,MEV 和每日 Gas 的收益情况,能够看见 Searcher 贡献的 MEV 收益在行情波动明显的情况下,甚至能当日 Gas 收益的两倍之多。

对于 Searcher,分为 CEX-DEX(链下)套利以及 DEX、夹层、清算两大类别(纯链上)。

Searcher 市场份额,图源:Searcherbuilder

目前 Wintermute 占据 CEX — DEX 套利交易的市场份额第一。

Searcher 市场份额,图源:Searcherbuilder

对于纯链上 MEV 机会,有逐步形成工作室化的趋势,其中 jaredfromsubway.eth 市场份额占据了惊人的 37.2%,其擅长对 Etheruem 链上用户进行三明治攻击,一度成为链上 gas 消耗最高的用户,大约消耗 gas 占据一整天的 1.5%。从 2023 年 2 月到 2024 年 6 月,该机器人共计花费了 76,916 个 ETH,根据执行这些交易时的价值计算,相当于约 1.75 亿美元。由于 Seacher 与 Builder 之间联系紧密,因此在实践中,许多 Searcher 都会把自己的订单流发送给前三名的 Builder,实际上本来是可以广播所有 Builder 的,但是有些小的 Builder 可能会拆分 Searcher 的订单流,导致 Searcher 的 MEV 策略失效,进而造成亏损的风险。并且,绑定 Builder 也能为其在生态内维持影响力。

Relayer

Relay 市场份额,图源:mevboost

Relayer 负责集合竞价,然后作为中转站对 Proposer 提交区块头以及竞拍区块的价格,此时 Proposer 并不知道区块中的交易细节。一旦 Proposer 选择并且为区块头签名以后,Relayer 会释放全部的交易内容给 Proposer。我们会发现,Relayer 在其中作为没有经济激励的第三方,获得了极大的信任,Builder 依赖于 Poposer 进行报价,而 Proposer 依赖于 Relayer 的报价和区块内容。历史上也发生过类似的问题,Ultrasound Relayer 存在一个潜在的漏洞,导致 Proposer 提取了超过 2000 万美元的 MEV。虽然这些漏洞可以修补,但 Relayer 本身仍然可以选择恶意行事并窃取 MEV。

市场分额趋势图,图源:mevboost

上图是 Relayer 的市场份额的情况,我们会发现运行单纯的 MAX Profit 的 Builder 的市场占有率自从 Merge 以后就逐步扩大,因此在自由市场中,想通过 Builder 人为控制 MEV,是不可能的。

同时 Relayer 也面临一个问题,就是没有经济激励。因此 Blocknative 也退出了 Relayer 方向的研发。Relayer 目前都是依赖于 Flashbots 提出了 MEVBoost 规范来构建,以太坊依赖第三方提供 PBS,始终不是一个长久之计,因此目前以太坊社区也在探索将 PBS 纳入协议级别。

Proposer

对于 Proposer 来说,在所有的验证者中以算法来随机选择一组委员会,又在每个 slot 中选择一个区块提议者,区块提议者本身具备执行负载的能力,但是由于提议者天然的想要把这部分外包出去,因此容易造成 Builder 与 Proposer 之间的垂直合作,而 MEV-boost 的 Relayer 就希望作为这种方式的中间点,以减少两者的直接沟通带来的垂直合作勾结。由于现在都处于矿池作为验证者池,但是这种矿池和 LSD 验证者池都具备很强的规模效应,特别是 LSD 的出现,将原本质押的代币的潜力释放出来,增强的资本效率,并且其背后的 DEFI 积木的影响,验证者池也就处于一个更加集中化的趋势。

验证者市场份额,图源:mevboost

Lido 目前占据大约 28.7% 的市场份额,Coinbase、Ether.fi 名列第二三。过去未主动实施 MEV-BOOST PBS 解决方案时,Proposer 需要负责 Builder 的任务,也就是执行负载(Payload),但是大部分 Proposer 放弃了自己对交易排序执行的能力,因为这在繁重的计算工作会严重脱累验证性能,不如将执行负载外包,让第三方去拍卖区块。

User

最后来讲一下 User,用户往往在整个架构设计中处于最弱势的一方,因为用户的交易都被放入 Mempool 中,会被各种 MEVbot 从中赚取 MEV 利润,但是这些利润却不会流向用户。但是不往往是坏处,比如在 DEX 中,在链上行情波动较大或者用户的交易量大于 DEX 的流动性时,MEVbot 就会通过套利来减轻滑点以及各平台的价差。因此 MEV 的存在有正负外部性,需要分开讨论,而这也是其复杂之处。

用户交易图示

为了不让用户被 MEVbot 监测,进而对用户造成损害,有许多 RPC 节点供应商能够帮助用户将交易放在非公开 Mempool 中,比如可以通过 Builder 的 RPC 来直接与 Builder 交互。有一个比较新颖的方式是通过 OFA(Order Flow Auction)订单流拍卖来为用户补偿 MEV 利润,OFA RPC 运营商与 Searcher 建立合作关系,通过将用户的订单向 Searcher 拍卖,Searcher 能够获得最大化的 MEV,进而让整个订单流包含进区块中,然后 Searcher 返还这些利润给用户。

运行私人订单流交易的用户比例,图源:Mempool

当前,使用私人订单流的用户比例仍然不高,大约在 10%,主要原因是对用户的教育成本高,许多用户无法正确被普及 MEV 的知识以及应对措施,操作复杂。如果想要优化用户体验,用户更多术语被动,而非主动接受。

总结

在当前的 PBS 架构下,我们见到自从 MEV-BOOST 规范引入后,这一利润最大化的密封竞标拍卖机制下,进而导致了 Builder 与 Searcher 逐步向合作与信任的方向引导,无论是 Searcher 还是 Builder 利益捆绑在一起后,这一集中化趋势也非常明显。而 POS 下,又会导致 Validator 的集中化,整个 MEV 产业链中,在各个环节都变得很集中化,并且还引入了多方信任的问题,Searcher 信任 Builder,Builder 和 Proposer 信任 Relayer。MEV 集中化与信任化的发展,与以太坊的最终去中心化与去中信任话的愿景出现了明显的违背。而以太坊社区目前正在讨论三个个提案以减轻这种集中化的方式:

  1. 针对 Builder 与 Searcher 捆绑集中化:Flashbot 提出的 SUAVE 技术,能够让交易更透明,而降低 Searcher 对 Builder 的信任门槛,进而鼓励 Searcher 将订单流发送给所有 Builder。
  2. 针对 Relayer 的信任化:使用 Enshrined PBS 来代替当前的 PBS 方案,消除竞价过程中对 Relayer 的依赖。
  3. 针对 Validator 集中化:采用去中心化的 AVS,比如 SSV 等,目前 Lido 已经取得与其合作。
参与者集中化趋势

MEV 现状

2024 年 6 月 1 日 — 7 月 1 日 MEV 类型与利润,图源:eigenphi

目前链上的主要 MEV 在于套利、三明治攻击、清算等。而其中套利的利润最大,近 30 天 MEV bots 可统计下共获得 260 万美元的利润。

2024 年 6 月 1 日 — 7 月 1 日三明治攻击交易的利润分布,图源:eigenphi

实际上一笔交易的利润平均坐落在 0.8 美元,依靠大量的交易,近 30 天 Ethereum 链上三明治攻击的利润在 88 万美元左右。

MEV 分为正负外部效应,正外部效应包括套利搬砖带来 DEX 之间价格差异减小,帮助 DEFI 协议进行抵押品的清算交易等,这些都是其正向作用。而负面作用主要是来自对用户的夹层交易,会让用户损失一部分的利润。在当前的链上费用机制上,虽然以太坊进行了 Gas Fees 的平滑机制,但是仍然会在链上套利交易机会变多时,MEV bots 与用户共同在链上交易,导致短时间的链上 Gas Fees 飙升,进而对用户造成经济和体验上的损失。

不仅因为 PBS 以及 POS 架构下带来的 MEV 和中心化问题,在以太坊往 Layer2 架构转移的过程中也衍生出了 Layer2 间的跨链 MEV 的问题。

Layer2 架构设计的潜在 MEV 复杂性

当前以太坊的大量交易都被放在 Layer2,而以太坊的主要目标是以世界结算层为主,因此未来大规模的链上套利活动会转向更复杂,技术要求更高的多链跨链 MEV。

在跨链 MEV 中,目前集中的研究较少,但是对于 MEV 的潜在可能,有提出部分应对措施,在 Layer2 中主要是针对排序器进行改进,因为排序器负责排序以及运行交易。而跨链桥是在不同 Layer2 之间跨链的必备产品,事实上 Searcher 能够帮助减缓 Layer2 间的碎片流动性,虽然目前仍然不显著,主要在于跨链桥的体验与安全性仍然有待改进,并且不同跨链桥的 Finality 不同,导致了策略定制时需要考虑到这一点,让跨 Layer2 跨链变得门槛较高。

EIP-4337 的潜在 MEV

不仅仅是新的架构会增加 MEV 的复杂度,EIP-4337 引入了账户抽象以及新的交易类型也会对 MEV 的格局产生显著变化。

ERC-4337 工作流程

在 ERC-4337 中,会引入新的交易类型 User Operation,进入到 Mempool 中,Bundler 这个角色会去 Mempool 中寻找这种类型的交易,然后打包成一个正常的交易。而一旦用户的交易进入到了 public pool,那么就会被 Searcher 监视到。Bundler 类似于 Builder,其能与 Searcher 合作共同重新排序 User Operation 以获得 MEV。同时不同链上的 User Operation 规格可能不同,这将进一步导致跨链 MEV 的技术门槛提高。

MEV 减缓探索方向

过去 Ethereum 生态内部,PBS 的解决方案是外包给 Flashbots 来实现的,Flashbots 专门用于研究以太坊的 MEV 问题,其最新一轮估值已经达到了 10 亿美元。但是由于 Relayer 毫无经济效益,并且实现 Relay 需要很高的技术和经济门槛,Blocknative 放弃这一赛道项目的研发。为了解决去信任化以及 0 经济激励的问题,以太坊也在考虑使用 e-PBS 协议级别改进,来避免基于第三方协议 mevboost 的 Relayer 的存在。

当前 MEV 似乎是一个无法很好解决的问题,因为本质上这是生态系统复杂度提升以及用户时间段内信息不对称的必然产物,对于黑暗森林的以太坊来说,特别是在无需许可和抗审查的黑客思想影响下,以太坊无法在协议层面进行审查和改进来一次性切断 MEV,这不可能做到也不会出现。以太坊生态下,更多的是想办法减轻 MEV 的负外部性,增强其正外部性。许多的项目、社区成员、开发者、VC 都在探索一些值得尝试的方式,也就衍生出了许多潜在的机会。接下来,我们将大致介绍一些减缓负外部性的尝试,总的来说,所有的尝试都是三个方向:协议级别、应用级别、拍卖机制。

SUVAE

SUAVE(Single Unifying Auction for Value Expression)是 Flashbots 提出的,旨在改善 MEV 负外部性。同样,其不诉诸于解决 MEV,而是引导 MEV 变得去中心化、透明。

SUAVE 链的架构,图源:Flashbots

其通过构建一个新的区块链 SUAVE,内置了一个 MEVM 虚拟机,该虚拟机能够运行 EVM 智能合约。同时配套的开发者工具能够支持开发基于 EVM 虚拟机的 MEV 智能合约。从而允许当今任何集中式 MEV 基础设施转换为分散式区块链上的智能合约。这大幅降低创建新 MEV 应用程序的门槛,可以最大限度地提高不同机制之间的竞争,并且带来了去中心化和透明性。最后,它有助于通过使中心化基础设施(构建器、中继器、中心化 RFQ 路由等)能够被编程为去中心化区块链上的智能合约来分散 MEV 产业链的中心化问题。

Rollup 交易的供应链,图源:dba:

SUAVE 能够作为去中心化的排序器以及意图识别机器提交给链上的 Proposer,最后使用以太坊作为结算层。执行节点会在链下执行,采用可信执行环境或者零知识证明技术。用户能够使用意图交易,将交易交给 SUAVE 去解析,并且最大化的透明 MEV,以进行智能合约间的 MEV 竞拍,这样通过透明的市场机制就能有效的减缓负外部性。同时,根据 Paradigm 的应用税文章,比如针对 MEV bot 行为,征收应用税,也是比较适合在 SUAVE 上实施的。而 Paradigm 正好也是本项目的顾问和投资人。

OFA

我们以 OFA(Order Flow Auction)为例,来一览其对拍卖机制的改进。

OFA 拍卖机制,图源:Frontier Research
  1. 订单发起人(钱包 / 应用)将订单发送给 OFA,OFA 选择性的披露部分信息,包括订单价值等,这个是设计空间。
  2. 竞标者 Bidders 出价,获得对应的信息并且提出能够为此订单流支付的价格,之后 Bidders 就会对这个订单流进行 MEV。
  3. 这部分私人的订单流只有 Bidders 能够看到,并且引入了市场化竞争以后,能够让 MEV 更透明,以及尽量减少用户的损失。

目前业内有不少基于 OFA 拍卖机制的项目正在研发,整体的运行机制和流程都非常相似,不同点在于四个核心组件之间的细节与实施方式不同。

私人交易池加密

OFA 类似于构建了一个私人交易池,但是这些用户订单只能由某个拍卖机制下获胜的 Bidders 提取 MEV,拍卖的手续费返还给订单所有者。实际上这套架构下仍然存在某种拍卖机制下的 MEV 提取。内存隐私池是希望解决对 Searcher 的保密问题,因为 Searchers 是 MEV 的主要参与方。因此只需要通过隐私交易池,让订单只有中继者和区块构建者才能看到。其中,加密意味着用户的交易可能需要支付更高的 Gas,这本身应该是可选的,目前有以下几种值得探索的加密方法。

  1. 多方计算 MPC:多个参与方使用 MPC,这将对多个参与方隐藏交易细节,在共享排序器处也可以应用 MPC 来分散单一排序节点的中心化权利。
  2. 可验证延迟函数 VDF:该函数需要一定的时间 T 来进行计算,并且一旦计算完毕,能够快速验证其正确性。通过使用 VDF 可以让交易顺序变成串行执行,但是却会让大量用户环境下体验变得非常糟糕,延迟时间 T 是一个权衡下的值。
  3. 阈值加密 TSS:允许多个参与者共同参与加密和解密过程,而不需要任何单个参与者拥有完整的密钥。阈值加密可以通过加密交易内容,防止攻击者在交易被确认前看到交易细节,从而有效防止前跑攻击。相比于 MPC,TSS 更加简单,更适合与单一的签名与私钥生成等环节。Shutter Network 使用 TSS,它允许验证者在不知道交易内容的情况下对交易进行排序和打包,从而防止 MEV 攻击。
  4. 零知识证明 ZKP,能够在不公布具体信息的情况下,验证该信息的正确性。目前发展主要受制于硬件发展的影响,成本高昂,具体商业化落地需要时间。Automata Network 提出了一个名为”Conveyor”的隐私中继网络,使用多方计算 (MPC) 和零知识证明来保护交易隐私,同时允许验证者执行必要的计算。
私人交易池加密方案对比,图源:Flashbots

对于私人交易池的加密有多种可选的加密算法,包括 MPC、TSS、VDF、ZKP 等,但是每种加密算法都有其弊端需要开发者权衡。其中具备探索性的项目有使用 TSS 算法的 Shutter Network 以及使用的 MPC 和 ZKP 来解决 MEV 的 Automate Network 值得关注。

Execution Tickets

Execution Tickets 是 Justin 在哥伦比亚加密经济学研讨会上提出的一种解决 MEV 方案,这是对共识层面上的改进,其经历三个步骤:

  1. 其提出了一个 Tickets 市场,获得 Ticket 的人能够获得在未来某个时间段提议执行区块的资格。通过动态定价机制,能够实时调控流通中的 Tickets 数量和现有供应调整价格。每个 Ticket 具体针对哪个 slot 也是随机选择的。
  2. 其将区块分为执行和提议两种,区块提议者是随机选择的,执行区块需要 Ticket 才有资格。
  3. 执行区块的 Ticket 持有人有权在分配到的时间段内提议执行区块,并获得相关的执行层奖励(EL Rewards = TX Fees + MEV)。执行区块提议者需要提供抵押,以确保他们在分配的 slot 中生成执行区块。如果他们出现双花或离线,抵押将被没收。

Slot 被分为了执行轮和信标轮(共识轮),当一个 Ticket 被销毁,那么相当于对应的 ETH 被销毁,增加了 ETH 的通缩压力,由于执行区块和共识区块是随机选择了,因此这极大的增加了两者串通的可能性,其问题在于:

  1. 但是这个机制会衍生出多块 MEV 的问题,也就是购买多个连续区块的执行 Ticket,这样可能会扩大 MEV 的利润以抵消购买 Ticket 的成本。因此这个机制需要很好的设计 Ticket 价格的变化函数。
  2. 该机制仍然没有解决用户 MEV 三明治攻击的问题,只是把用户的损失,补偿到了全体网络的通缩上。

e-PBS

实际上,在 Merge 以后,以太坊并没有实现 PBS,也就是说,构建者和区块提议者都需要从验证者中选择,但是为了网络的经济效益最大化,使用 MEV-Boost 作为第三方的 PBS 协议外解决方案,目前已经有 90% 的 Relayer 市场份额。

e-PBS(enshrined PBS)是以太坊为了应对 MEV-boost Relay 作为第三方构建的信任化中间件的解决方案,其将 PBS 纳入共识级别,而不再依赖于 Flashbosts 这种三方提供协议外解决方案。该提案代号为 EIP-7732。该协议的目标是让以太坊协议层能实现信任最小化的 PBS 解决方案,通过以太坊协议内的机制捕获绝大多数 MEV,并以以太坊协议利益最大化的方式,将捕获的 MEV 分配给参与者。该 e-PBS 类似于我们在 PBS 章节中提到的工作流程,但是其特点在于消除了 Relayer 角色,Builder 向 Proposer 竞价被写成了共识层的代码。

ePBS 执行流程图,图源:mikeneuder

上图是,ePBS 机制下的 Slot N 流程:

  1. 区块广播:t=0 时,选定的 POS 验证者提议 N 号插槽的共识层(Consensus Layer,CL)区块,该区块包含 Builder 的拍卖区块出价,但是不包含执行负债。
  2. 证明截止时间:t=t1 时,委员会会根据分叉规则选择正确的区块,并进行证明。
  3. 聚合证明和 payload 传播:t=t2 时,广播 Slot N 的聚合证明,便于验证。同时 bulider 发布他们的 ExecutionPayload,以构建该块的完整版本。
  4. PTC 投票广播:t=t3,PTC 负责监督 Builder 的 Payload 是否按照规则进行,并且判断其时机是否有效。
  5. t=t4,下一个区块的提议者是将 slotN 的区块视为空块还是正确构建的满块就至关重要,这需要下一个区块的提议者根据 PTC 的投票和证明来判断。

需要特别注意的是,为了保证 Builder 在一个 Slot 内能及时的提交区块负载,(在 Ethereum2.0 上也需要保证验证者委员会在一定时间内投票以及提议区块),在协议级别的 PBS 中,Builder 仍然倾向于较晚发布 Payload 内容,这样就有更多机会寻找 MEV,因此在协议中引入了 PTC(Payload-Timeliness Committee),顾名思义,其是针对 Payload 构建者的监督机制, PTC 可以从经济角度促进 bulider 及时发布 payload,保证以太坊的安全性。如果 Builder 的 Payload 被定义为不及时,那么 Builder 将无法获得对应执行负载的奖励。

区块解析图示,图源:mikeneuder

因此在 ePBS 中,一整完整的区块需要两部分共同组装,一个是空的 CL Block,是在 slot 刚开始时,由 proposer 构建,里面包含了 Execution Payload Header 和 Builder Bid,但是具体的 Payload 内容暂时为空。只有在证明聚合以及区块传播阶段,也就是 PTC 认可 payload 有效性后,才会主装到区块中,形成一个完整区块(Full Block)。

总的来说,EIP-7732 ePBS 能够解决:

  1. 无需信任的中间第三方的透明区块拍卖方案。
  2. 分离共识层和执行层来减少验证者的计算负荷,从而提高网络效率和速度。
  3. 验证者能够立即专注于验证共识,并将执行负载的验证推迟到以后的时间,引入额外的时间窗口和投票机制,确保了系统的高效运行和公平性,同时允许更多的时间来处理执行负载。

但是也提出了一些问题有待讨论:

  1. 本质上这只是使得过去第三方 Relayer 的工作被取代,以此来实现区块提议流程中的去中心化和透明,但是本质仍然没有解决用户的糟糕 MEV 体验。
  2. 这次升级是共识层的更改,是不具备向后兼容性质的,如果 ePBS 的机制设计在实践中被验证失败,后续的补丁较难。
  3. 假设在一个插槽中,提议者发布了区块,但构建者由于某种原因延迟发布执行负载。这时,部分验证者可能会基于提议者的区块进行验证,而另一些验证者可能会等待构建者的执行负载,导致网络分裂。这样的分叉会增加网络的不稳定性和维护成本。
  4. 如果某个提议者故意在接近证明截止时间发布区块,可能会导致部分验证者看到区块,另一些验证者未看到区块,那么 N+1 个 Slot 的 Proposer 的行为将变得不可预测,极大增大链上分叉的可能性。

PEPC

同时 EigenLayer 也提出了一些解决方案,包括 AVS 组件 PEPC(protocol-enforced proposer commitments)来解决 MEV 的问题。这个组件也希望解决第三方中间件 Relayer 的信任问题。主要是希望 Proposer 在提交 CL 块时,能够附带一个 PEPC 签名,来承诺。Builder 通过验证 Proposer 的 PEPC 之后再执行负载,这在协议内引入了一个信任机制。通过内置的信任机制,也能解决 Relayer 作为第三方的潜在信任问题。

参考资料

《The MEVM, SUAVE Centauri, and Beyond》:https://writings.flashbots.net/mevm-suave-centauri-and-beyond

《Blockchains, MEV and the knapsack problem: a primer》:https://arxiv.org/html/2403.19077v1

《MEV ECOSYSTEM EVOLUTION FROM ETHEREUM 1.0》

《The Future of MEV》 by Blockchain Capital

《FRP-18: Cryptographic Approaches to Complete Mempool Privacy》by Flashbots

《Execution Tickets》:https://ethresear.ch/t/execution-tickets/17944

《Payload-timeliness committee (PTC) — an ePBS design》:https://ethresear.ch/t/payload-timeliness-committee-ptc-an-epbs-design/16054

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