將驗證者與MEV隔離

Gate Research
ETH-0.5%

簡要概述:本文圍繞在以太坊中提議權利分配的討論,提供了當前話語的簡要(帶有個人觀點)概述,並在最後提出了一些未解的問題。防止由MEV驅動的中心化,破壞以太坊核心屬性的目標,促使提出了多種改變網絡中區塊構建和提議方式的方案。這些方案,如ePBS、MCP或執行票,將取代我們今天基於MEV-Boost的市場(儘管MEV-Boost軟件可能仍會發揮作用)。

所有這些設計都有兩個共同目標:首先,我們希望避免對驗證者產生戰略性行為的任何激勵。技能獎勵和共同定位帶來的好處對網絡產生了中心化壓力,這是我們希望避免的。其次,我們希望保持構建者市場的“良好”。構建者市場是指圍繞服務這些方案所需的額外角色而出現的市場。“良好”意味著在去中心化、效率和協議收入之間進行權衡。

在對這一解決方案空間的初步探索中,~共識立場是我們希望驗證者之間有較大程度的去中心化,即使這意味著構建者市場相對“糟糕”(例如,最終遊戲後2)。然而,何時劃定界限,以便為了更好的構建者市場而願意在驗證者之間犧牲去中心化,這一直不清楚。本文並不試圖在此表明立場,而是旨在使權衡的格局變得可及。這是一個複雜的問題,幾乎沒有論點可以被視為無懈可擊且完全可預測,因此本文應被視為對已有工作的解讀,但無疑是會發生變化的。

由於多重併發提議者(MCP)設計系列,尤其是BRAID 3是其中最重要的設計努力,仍然相對較新,必須先詳細說明,因此文章更深入地討論了單一提議者設計,並在最後簡要討論了MCP。

注意:“驗證者”一詞用於強調驗證區塊和參與點對點層的相對簡單共識角色,而與區塊生產和提議的更復雜角色形成對比,後者在技術上當前分配給同一參與者。驗證者和驗證者可以大致視為可互換的。

我們所知道的工具

驗證者在被選為共識領導者時,從戰略行為中受益最多,這時他們需要向給定時隙的其他驗證者提議區塊。因此,我們提出的保護驗證者的設計大多集中在提議者角色上。每種設計都結合了以下三種技術:

  1. 將責任移交給一種稱為“執行提議者”(eprop)的非驗證者角色:雖然確定區塊中包含哪些交易等任務可以輕鬆轉移給eprop,但像聚合證明等任務必須留給選定的驗證者(現在稱為“信標提議者”或“bprop”)。發佈包含列表並促進未來執行提議者的選擇也是我們通常留給bprop的職責。這是驗證者-提議者-分離(APS)設計3的定義特徵,包括基於時隙的ePBS、執行票和執行拍賣。

如果要追求嚴謹,可以指出基於區塊的ePBS是一個例外,因為在這種情況下,非驗證者角色技術上並不是提議者,因為驗證者集合並不期望從他們的公鑰獲得簽名。

  1. 通過使用委員會限制(e/b)提議者的權力:例如,如果我們期望bprop聚合eprop權利的出價,我們可以使用一個驗證者委員會,讓每個驗證者提供他們的出價視圖,迫使bprop至少考慮其中一些視圖。類似地,像FOCIL這樣的包含列表設計利用了一個驗證者委員會來限制eprop排除交易的能力。Mike和Barnabe的“Mechanstein2”是這一技術的另一個很好的例子。
  2. 通過提前和/或私下進行操作,減少bprop的戰略行為激勵:這裡的主要例子是,當bprop被期望促進eprop權利的分配時,最常見的是提供來自構建者市場的信息視圖,構建者基於此進行投資決策,例如拍賣出價。在一個極端情況下,成為eprop在12秒後的價值可能非常不穩定,因為它對新信息的到達非常敏感,比如Binance ETH價格的變化1。另一方面,成為一年前的eprop的價值在接下來的12秒內不太可能發生變化,即使市場波動劇烈。因此,要求bprop在更早的時間選擇eprop可以減少bprop進行延遲遊戲的激勵。這也為投資決策在多個時隙中被納入留出了時間,使得bprop的審查行為不那麼有利可圖2。模糊出價還剝奪了bprop可以利用的信息,防止其干預eprop權利的分配。

執行票和執行拍賣(其中基於時隙的ePBS是一個特例)都進一步提前了事務(Barnabe的《提議者與構建者的更多圖像 3》對此進行了很好的介紹),而Anders描述了一種目標為拍賣隱私的拍賣協議2。

每種設計都有其侷限性:

  1. 儘管引入了執行提議者(eprop),bprop仍然受到MEV激勵:我們留給bprop的一些任務仍然受MEV激勵的影響。對於處理包含列表而言,這種情況可能取決於我們使用的方案,而在分配eprop權利時則肯定如此。如果我們將這些任務分配給當前的eprop,我們就有可能創建一個反饋循環,使當前的eprop由於延遲優勢(如果沒有其他機制提供的優勢)而在獲得未來eprop的權利方面佔據優勢。例如,在極端不現實的情況下,區塊n的eprop可能被期望運行一次拍賣,以分配n+1的eprop權利。在這種情況下,現任的eprop始終可以整合最多的信息,如ETH價格的變化和(如果未加密)其他參與者的出價。

這種反饋循環可能不會對我們的主要目標產生太大影響,但有可能影響構建者市場——例如,當投資決策未提前做出時,提議權的價值隨時間迅速變化。這種影響的大小尚未很好地理解,可能也並不顯著。

  1. 委員會中有限的審查抵抗力:這部分討論必須分開來討論兩種方法。最成熟的研究方向旨在使用委員會約束提議者。FOCIL的設計就是為了增強當前以太坊協議的這一目的。這些委員會僅限制某些審查,因此僅消除一些戰略行為的機會。委員會被用來建立最低出價或包含列表,然而,由於這些設計允許提議者在委員會發布包含數據後包括數據(交易/出價),協議無法確定是否排除了晚到的出價或交易。這一侷限性主要源於尋求對現有協議進行最小更改的設計方法,保留提議者角色在中心位置,並不是委員會的根本侷限性。實際上,使用FOCIL可能會大大減少特殊提議者角色的影響,儘管這並不是預期的用途,因為支持者傾向於給予提議者“最後的選擇”,以最小化對當前市場的擾動。

另一方面,我們有較少成熟的多重併發提議者(MCP)方向,該方向對共識協議進行了根本重設計,使提議者角色完全分佈到委員會中(每個委員會成員現在被稱為“提議者”),而不明確優待單一參與者。雖然MCP有希望顯著增強委員會約束方法提供的保證,但以這種方式使用委員會的變化可能構成根本變化,並且仍然有許多細節未明確。因此,不能假設周圍行為保持不變,需要對時機激勵、垃圾郵件激勵、網絡吞吐量等進行相當多的額外分析。有關更多信息,請參閱此篇比較BRAID和FOCIL的帖子2、此項分析1、此小組討論1和帖子末尾的相關部分。

  1. 由於提前拍賣而導致的“糟糕”eprop市場結構和二級市場:所有提出的eprop權利分配機制都需要參與者和驗證者集合之間進行某種消息交換,例如進行拍賣出價或購買執行票。將此消息截止時間提前到相關時隙之前,面臨著二級市場出現的風險。
    1. 如果在鏈上發生這種情況,eprop或bprop必須處理它。兩者都違背了提前運行此市場的初衷。前者有反饋循環問題,後者則產生bprop的MEV激勵。
    2. 如果在鏈下發生這種情況(例如,提議權與特定公鑰相關聯),我們可能會滿足主要目標,儘管關於如何實施以及對構建者市場的影響仍存在開放問題。順便提一下,這種情況描述了驗證者在獲得權利之前(質押)提前做出投資決策的現狀,而MEV-Boost則是一個新興的鏈下二級市場。
    3. 這也削弱了我們保持構建者市場“良好”的次要目標,因為對出售物品的信息較少,從而降低了收入並增加了構建者市場的中心化。支持中心化的論點是,拍賣提前進行時,構建者之間的差異空間減少,因為每個區塊大致相同,使得評估層次不變。大致上,這一點在多次討論中被提及,例如這篇論文3 和這篇較早的帖子1。然而,這篇論文4提供了最有趣的討論,指出即使在存在二級市場的情況下,我們仍然會看到集中度的增加。
    4. 此外,人們可以指出非商品化的構建者特徵(如價格預測和風險承受能力)變得愈加重要,以支持由於提前出價而導致的中心化論點。

這給我們留下了什麼?

考慮到這些權衡,我們可以提出一些大致的建議。首先,使用委員會約束提議者似乎沒有深層次的權衡(或許存在廣泛的時機激勵和複雜性,但這些似乎不如其他提到的動態重要),同時提供了審查抵抗力,並減少了eprop反饋循環或bprop MEV的影響,這取決於我們選擇哪個角色來運行分配機制。因此,我們應在任何方案中使用類似FOCIL的設計。未來,我們希望能發現MCP方向帶來的更具吸引力的基於委員會的設計,以替代FOCIL。

引入eprop角色似乎也是不可避免的。這有幾個原因。除了大多數提案涉及eprop角色外,我們還可以看到當前協議沒有明確引入該角色,而是讓其在協議外部市場(MEV-Boost)中自發產生,這表明即使協議設計沒有意圖,激勵也會導致一個專業角色的出現。這使我們面臨三個重要選擇來創建這一eprop角色:誰來分配eprop權利(eprop或bprop)、參與者何時必須做出“投資決策”(出價、質押、購買票據等)以及如何選擇eprop。

在考慮誰和何時決策時,我們得出了以下圖示。

eprop 處理分配機制

bprop 處理分配機制

左側指示的第一個選項展示了一個世界,在這個世界中,我們儘可能將更多的角色留給 eprop。剩下的選擇則是關於時機,尤其是相對於分配插槽的投資決策時機。調整時機將使我們能夠應對對構建者市場結構產生負面影響的兩種力量。提前運行會帶來前述對構建者市場的負面影響(如集中化和收入損失),而延遲較少則有可能為現有者創造正反饋循環,儘管不清楚這種優勢的程度會有多大。基於我們上面列出的因素,這種重型 eprop 設計空間在隔離 bprop 方面表現最佳。當然,也可能還有其他相關的相互作用我們尚未探討。

另一種選擇是將 eprop 權利的分配留給 bprop。在這種情況下,bprop 將承擔確定拍賣中最高出價或包含執行票據購買消息等角色。在這樣的世界中,調整時機使我們能夠在犧牲 bprop “策略自由”(即見證者去中心化)與構建者市場集中化之間進行選擇。

區塊拍賣與插槽拍賣

ePBS 1 中的區塊與插槽拍賣討論可以看作是關於在無延遲(區塊拍賣)與小延遲(插槽拍賣)下運行分配機制的討論。鏈接的文章提供了相對全面的概述,但我們希望補充兩個關於這個“相變”的觀點。

  • 在區塊拍賣中,區塊由打包者構建,他們並不知道自己是否會被選中來構建區塊。這會使交易的提交變得更加複雜,因為用戶或某些中介需要考慮將交易發送到哪裡(儘管有多個服務可以處理此問題),但也防止了壟斷定價,因為打包者彼此競爭。一旦區塊由唯一的區塊生產者(即 eprop)構建,他們就可以進行壟斷定價,並且不太可能避免對最終用戶產生負面影響的行為(如三明治攻擊和搶先交易)。這一點最初在此處提到過1。
  • 即使是很小的延遲,也會要求打包者開始進行區塊價值的預測並承擔風險。這對某些特定類型的打包者有利,這些打包者通常也是做市商,並將其交易和區塊構建活動結合起來。在一個區塊由那些將自己置於最佳交易位置的實體構建的市場中,這顯然比由不積極交易的參與者進行區塊生產的市場更加不公平。

如何分配權利

上面的圖表僅展示了不同預測效果的方向性,但這些效果的程度自然取決於分配機制的類型。對此,仍然沒有定論,但有一些相關研究可以幫助我們區分各種可能的設計方案:

  • 在這篇文章中,@Christoph(Flashbots)認為,提議權供應彈性更大的分配機制可以促進更多樣化的市場。這解釋了為什麼像這種假設固定數量提議權的模型 3 預測會出現單一提議權所有者,而以太坊 PoS 系統則支持多樣化的參與者。
  • Mike、Tim 和 Pranav 在這篇文章 1 中指出,不同的拍賣形式(如全額支付與贏家支付)讓我們可以在構建者市場的不同屬性之間進行權衡,如收入和市場集中度,並被視為 Christoph 文章的前身。
  • 這篇論文 4 通過形式化論證表明,任何不給最高出價者提議權的機制,至少必須放“Sybil-proof”和“激勵相容性”中的一項。可以將此結果與上文相似地解讀:如果你想脫離贏家通吃的拍賣形式,必須放棄一些(可能是理想的)特性。

我們的結論是,如果希望構建者市場的集中度儘可能低,可以通過儘可能廣泛地分配提議權來實現,但這將以效率和收入為代價。設計一個有利於市場去中心化的分配機制,或許能減緩要求提前進行投資決策帶來的成本。

多塊MEV

廣義上,我們主張避免市場集中,採用委員會來減少任何個體行為者破壞區塊空間市場中立性的能力(例如,通過審查或搶先交易競爭性交易)。更具體的擔憂是,如果一個行為者知道他們在連續區塊上擁有提議權,他們將能夠並激勵採取額外行動,從而對市場運營產生負面影響。例如,如果一個構建者知道他們將以高概率生成兩個連續的區塊,他們可能會在第一個區塊中審查某些交易,因為他們知道可以在下一個區塊中以更有利可圖的方式執行這些交易(詳細信息見此處 1)。

我們想要避免這種動態的原因有兩個:

  • 規模收益(擁有更多區塊)作為一種集中力量在市場中,削弱市場中立性。
  • 多區塊 MEV 的提取對市場參與者產生負面影響(延遲、滑點等)。

我們可以嘗試通過以下方式解決這個問題:

  1. 減少一個行為者被分配連續兩個時隙的機會。我們可以將這一點納入之前提到的目標,即針對低市場集中度,以及在初始分配後通過二級市場防止集中(這很困難)。
  2. 實施“單時隙單領導者選舉”——即消除在時隙 n 上對於誰將在時隙 n+1 產生區塊的確定性。盡我們所知,我們尚不清楚如何在一般情況下實現這一點,儘管 Mechanstein 2 提案可以被視為一種大致實現此目標的方法。雖然 MEV-Boost 市場不提供以捆綁方式出售時隙的能力,但時隙是按週期分配的,即每次 32 個時隙,這意味著像 Coinbase 這樣的巨大參與者目前能夠定期出售或利用構建多個連續時隙的權利,但他們選擇不這樣做(感謝!)。
  3. 減少持有提議權者的行動空間。這相當於上述提到的基於委員會的方法。包含列表限制了構建者可以執行的審查量。Mechanstein 提案是這一思想的更復雜實例,正如我們在下面詳細說明的,MCP 方向試圖將此方法推向其邏輯結論。

一個相關的方向是簡單地降低某些不當行為的激勵。特別是,施加未能生成區塊的處罰減少了將區塊留空以規避包含列表的激勵。

第 1 和第 3 點已在上述討論中提及,而實施第 2 點將基本上不會改變其他討論。

那麼MCP呢?

如前所述,多重併發提議者(MCP)可以被視為一種設計特性,它將委員會的使用推向極限。與委員會限制單個行為者(如包含列表設計所嘗試的那樣)不同,MCP 將有一個行為者委員會“平等”地構建一個區塊,或至少同時採取行動。最主要的 MCP 設計是 BRAID 3,目前仍處於確定共識細節的階段,尚未提出具體的排序方案。

在某種意義上,MCP 完全符合上述討論。MCP 要求能夠為每個區塊選舉多個提議者,但並未規定構建者的投資決策何時做出或如何分配提議權。在此模型中,eprops 和 bprops 之間的分離也不一定是理所當然的。有些人可能會認為,在一個時隙內將提議分散到多個行為者可以充分減少 MEV 的激勵,因此將驗證者分配給此任務不會導致二級市場的形成。

如前文所討論的,利用委員會減少了 MEV 激勵的影響,除了完全共謀,因此要求構建者在接近時隙時做出投資決策的後果可能會降低,我們不必承受我們認為在提前做出投資決策時所帶來的“市場不良”。與限制提議者的委員會解決方案相比,MCP 的一個額外好處是提高了活躍性保證,因為沒有單個提議者能夠導致漏掉時隙。

不過,MCP/BRAID 是一種基本且目前未詳細說明的變化,存在許多未知因素需要解決。例如,作為最後一個提議者可能會帶來一些信息優勢,這可能會產生新的時機博弈激勵,並且(故意)在併發提議者之間的不同步可能導致效率低下,如重複交易被納入時隙。這些觀點在最近的一個小組討論中有更詳細的討論。

總結

這篇文章的主要目的是概述權衡空間,可以總結如下:

  • 何時:要求構建者提前做出決策似乎可以減少 bprops 或 eprops 的結果性 MEV,然而當前研究表明,這樣做會減少協議收入並導致構建者市場集中。從“區塊拍賣”沒有延遲到稍微提前進行操作,可能會經歷一個相變。
  • 誰:我們可以將促進提議權分配市場的角色留給 eprop 或 bprop。如果我們選擇 bprop,我們(希望)避免現任 eprops 以犧牲驗證者去中心化的方式自我獲益的反饋循環。如果我們選擇依賴 eprops,我們保護 bprops,但可能會削弱構建者市場。
  • 如何:似乎彩票系統更有利於去中心化,但會導致失去諸如效率和高收入等期望屬性。
  • 什麼:提議者受到的限制越多,提議權的價值就越低,提議者對系統的影響也越小。對提議者的限制越大,要求提前做出投資決策的好處就越小。一般而言,涉及委員會是有意義的,但任何具體設計當然都有其細微差別。

主觀結論

  • 有人可能會認為今天的系統時機是最優的。根據上述論點,當構建者市場像今天這樣按需運行時,其效率和去中心化程度最高,而提議者時機博弈的影響似乎並不太嚴重(至少目前還沒有?)。儘管如此,當前市場似乎相當集中,因此我們應該挑戰這些論點,以檢驗結論是否確實合理,並探索其他形式的變革。
  • MCP 似乎是一個非常有前景的方向,但仍然有許多問題。我們對 MCP 中的 eprop 角色感到最興奮。同時,我們顯然需要 FOCIL。
  • 我們迄今為止所有工作的一個廣泛結論是,你可以通過使每個人同質化和商品化(可能還會因風險厭惡而增加邊際收益遞減)來實現去中心化市場,或者你可以擁有一個異質市場,並確保市場參與者之間的不同維度是使競爭者的層級依賴於始終變化的環境部分。我們認為我們屬於後者。

開放式問題

當然,還有許多未解的問題,也許最好的問題我並不知道。不過,這裡有幾個我認為重要的問題:

  • 價格/系統性風險如何影響需要大量資本分配的系統(如執行票據)的市場集中度?
  • 我們觀察當前市場,看到多個構建者同時構建一個區塊,並由此推測,最有利可圖的區塊往往由一體化方以非中立的方式構建。然而,這可能並不適用於(類似 MEV-Geth 的)由單一實體構建區塊的機制。可以推測,這個構建者必須平衡拍賣收入和自身的交易利潤,因為將市場傾斜向他們有利可能導致其他競標者在預期不利選擇的情況下降低出價。
  • “eprop 反饋循環”問題目前尚未得到很好的理解。對於一些具體設計,我們能否確認這是否是一個合理的擔憂?
  • 這一思考線索主要源於對時機博弈激勵的擔憂,這些激勵導致漏掉時隙,並促使驗證者共同定位。我們可能通過施加漏掉時隙的處罰來解決漏掉時隙的激勵,因此我們留下的是共同定位的激勵。
  • 我們能否對這些激勵的大小作出一些說明?
    • 我們主要集中在減少共同定位的激勵上,但顯然是否可以明確激勵地理分佈
    • 最近的研究,如 PoLoc 1VerLoc 1,在拜占庭環境中確立節點位置方面取得了進展。我們能否利用這項技術(也許還增加隱私保障)主動獎勵位於理想地理位置的節點?

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