基于以太坊的序列化与预确认

概述

以太坊不断发展的生态系统将引入新的层叠和链交互范式，强调无缝过渡和增强的用户体验。本部分介绍了由 Justin Drake 提出的以太坊序列和预确认的框架^1，这是实现这一愿景的一步，为所有以太坊链和层叠提供了统一的 платформы。

动机

以太坊的联合链

图：以太坊联合链，致谢 Justin Drake

以太坊的愿景不仅仅是一个孤立链的网络，而是一个所有层叠和链能够无摩擦共存的统一生态系统，即“以太坊联合链”。这一概念设想了一种场景，在这种场景中，用户可以在不同状态（层叠）间轻松移动，就如同跨越州界而无需护照或征收关税。这种环境不仅将增强用户体验，还将促进更为整合和高效的区块链生态系统。

以太坊为层叠提供的服务

• 当前服务： 以太坊目前为层叠提供两项关键服务：结算和数据可用性。这些服务为层叠在以太坊的去中心化平台上有效运作奠定了基础。

• 以太坊序列的引入： 提议以太坊序列以补充现有服务，提供层叠可以利用的新资源，以进一步优化其操作。尽管序列一直是以太坊固有的一部分，但作为层叠专用的服务而体现其潜力，代表了一种创新的应用，类似于根据新的功能适应性使用核心数据。

当前的序列选项

图：不同的序列选项及其问题空间，致谢 Justin Drake

去中心化序列

概述： 去中心化序列将事务排序的责任分配给多个节点，而不是单一的中央权威。这种方法增强了安全性和抵制审查的能力，因为没有单一节点能够自行决定事务顺序。

问题与挑战：

• 协调复杂性： 由于多个节点涉及事务排序，达成一致可能是具有挑战性且复杂的，尤其是在节点有不同激励的情况下。
• 网络完整性维护： 确保所有参与节点按照协议进行操作而没有恶意行为可能是难以执行的。
• 抢跑和 MEV： 矿工或验证者可能利用其排序事务的能力来提取可最大化提取价值（MEV），这可能导致不公平的事务处理和负面的用户体验。
• 抗审查性： 尽管去中心化序列使审查变得困难，但并不排除可能性，尤其是在节点之间发生串通的情况下。

共享序列

概念： 共享序列是一种去中心化序列，在其中，事务排序的任务由多个实体共同承担，通常跨越不同层或平台。该方法旨在进一步去中心化过程，减少任何单一参与者对事务序列的影响。

应用： 在以太坊中，共享序列可以涉及协调管理事务顺序的各种层叠解决方案。这种协调可以帮助确保事务被高效且公平地处理，从而减少可能出现的瓶颈或偏见的序列实践。

好处： 共享序列旨在通过分散事务处理的负载来促进可扩展性，并提高网络的吞吐量。它还努力实现事务处理的中立性和公平性，这对于维持去中心化生态系统的信任至关重要。

问题与挑战：

• MEV 共享： 协调 MEV 共享，比如 Espresso 正在研究的方法，需要复杂的机制来公平地分配 MEV 跨参与的层叠和链^5。
• 存款共享： 像 zkSync 的存款共享这样的解决方案是创新的，但需要不同层叠之间广泛的采用和信任，以便有效运作，可能会导致信任中心化^6。
• 执行共享： 实施执行共享策略，如 Polygon 的聚合层，需要在不同层叠之间进行标准化和整合，以确保兼容性和无信任的原子性^7。

基于序列：

概念： 一种特殊形式的去中心化序列，利用以太坊的基础层，Beacon chain，来管理事务排序。这种方法利用 Beacon chain 的安全性和共识机制，确保事务在无信任的情况下排序。

重点： 基于序列旨在将 Beacon chain的强大安全特性整合到事务排序中，减少对外部排序器或集中系统的依赖。它通过利用现有的以太坊基础设施来保护事务顺序，符合以太坊的去中心化原则。

与共享序列的整合： 基于序列可以成为更大共享序列策略的关键部分，提供一个可靠、安全的基础，以便其他层或层叠可以构建在上面。它确保事务排序流程的至少一层密切与以太坊区块链的高度安全、经过良好测试的共识机制连接。

问题与挑战：

• 提议者责任： 提议者必须通过发布抵押物选择基于序列，这为其角色增加了财务风险和责任。
• 包含列表管理： 包含列表的概念必须仔细维护和管理，以确保公平的事务包含。
• 共识机制依赖性： 基于序列本质上与底层共识机制相关，这意味着任何共识的问题都可能直接影响事务排序。
• 预确认复杂性： 实施预确认机制，让用户从提议者那里得到事务执行的保证，增加了事务处理的复杂性，并需要用户与提议者之间的新信任和互动级别。

技术构建

基于序列

• 机制： 提议基于序列的方法涉及利用 Beacon chain 的前瞻期，邀请提议者通过发布抵押物选择提供序列服务。这种方法利用以太坊现有结构为层叠引入新的功能层。

• 前瞻期： 通过利用 Beacon chain 预测下一组提议者的能力，该系统能够准备和指定特定提议者，担任序列者的额外角色，确保层叠具有可预测和可靠的序列服务。

预确认机制

在上一篇关于 预确认 的文章中，我解释了预确认的工作原理和承诺获取流程^3。

• 用户与提议者的互动： 用户可以识别在前瞻期内选择基于序列的提议者，并向他们请求预确认。这些预确认类似于用户事务将在未来被包含和执行的承诺，对于不履行有处罚。

• 不履行的惩罚： 系统对未能履行预确认的提议者施加处罚或削权。这增加了一层问责制，确保提议者有动力遵守他们的承诺。

前瞻预确认构建

图：预确认的前瞻机制，致谢 Justin Drake

• 前瞻期： 在以太坊 Beacon chain 上，有一个前瞻期，在这里即将到来的区块槽的提议者是提前已知的。这个时期通常可以包括下一组 32 个槽中的一部分。
• 预确认请求： 想要进行事务的用户向一个安排在近期（在前瞻期内）创建新区块的提议者发送预确认请求。请求包括事务详情和可能的费用报价。
• 承诺发行： 在收到预确认请求后，所选提议者（称为预确认者）评估该事务并决定是否作出承诺。如果提议者同意，他们向用户发出承诺，承诺在未来的区块中包含并执行该事务，当轮到他们提议时。这个承诺由提议者所发布的抵押物支持，如果他们未能履行承诺可以被削权。
• 预确认事务的包含： 当提议者的槽（上图中的 n+1 ）到达时，他们必须如承诺那样包含和执行预确认事务。如果提议者未能这样做而没有有效理由，他们将面临被削权的风险。
• 预确认的共享： 提议者的承诺可能需要与网络中的其他人沟通，特别是如果有多个提议者可能在提议者的槽到达之前包含事务。这种沟通可以通过各种手段促进，包括 MEV 提升中继，以确保事务被妥善解决和包含。
• 事务的执行： 一旦轮到提议者，并且他们未被早先的提议者抢先，他们将在提出的区块中包括预确认事务。这确保事务按照承诺在链上执行。

通过 MEV 提升进行沟通

预确认与 MEV 提升的集成代表了技术构建的一个关键方面，促进了用户、提议者、构建者和以太坊网络之间信息的高效流动。通过将预确认的细节路由通过 MEV 提升，系统确保构建者能够了解预确认事务，并据此构建区块。这一过程不仅优化了事务的包含，还保持了构建区块的完整性和价值，与以太坊序列和预确认框架的整体目标相一致。

通过 MEV 提升的预确认流程

sequenceDiagram
    participant U as 用户
    participant P as 提议者
    participant R as MEV 提升/中继
    participant B as 构建者
    participant BC as Beacon Chain

    U->>+P: 请求预确认
    P-->>-U: 承诺预确认
    P->>+R: 发送预确认承诺
    R->>+B: 将承诺转发给构建者
    B-->>-R: 构建包含预确认事务的区块
    R->>+P: 发送区块给提议者
    P->>+BC: 在 Beacon Chain 上提议区块
    BC-->>-U: 执行并最终确认事务

图：通过 MEV 提升的预确认流程

关于预确认如何在以太坊基础层的序列和预确认的背景下通过 MEV 提升流动，涉及几个关键步骤和实体，详细讨论是有价值的。此机制旨在确保由已选择提供序列服务的提议者预确认的事务能够通过 MEV 提升有效地传达给构建者，并最终纳入构建的区块中。以下是该过程的逐步详细解释：

• 用户请求预确认：

  • 用户识别在 Beacon chain 的前瞻期内已选择通过发布抵押物提供基于序列的提议者。
  • 用户随后向这些提议者之一发送预确认请求，寻求保证其事务将在未来的槽中被包含和执行。

• 提议者提供预确认：

  • 选定的提议者评估请求，并在接受的情况下，向用户提供预确认。该预确认实质上是一种承诺，承诺在特定未来槽中包含并执行用户的事务，附带某些条件和不履行的处罚。

• 提议者与 MEV 提升的沟通：

  • 一旦提议者发出预确认，他们就将此信息传达给 MEV 提升。MEV 提升作为中介，促进提议者（现在作为各自槽的序列者）、构建者和最终以太坊网络之间的沟通。

• MEV 提升将预确认转发给构建者：

  • MEV 提升将预确认详情转发给构建者，构建者负责构建区块。构建者接收到有关所有预确认事务的信息，这些信息必须在构建他们的区块时加以考虑。

• 构建者在考虑预确认的情况下构建区块：

  • 凭借预确认详情，构建者构建遵循这些预确认的区块。这涉及在指定的槽内包含预确认事务，并确保满足预确认中承诺的执行条件。

• 区块提交给网络：

  • 一旦构建者构建了一个尊重所有预确认并且优化其他因素（如 MEV）的区块，该区块将被提出给以太坊网络。相关槽的提议者，即最初发出预确认的提议者，负责确保此区块被提交。

• 执行与结算：

  • 如果区块成功包括在区块链中，则预确认的事务将按照承诺执行，兑现提议者对用户的承诺。如果提议者未能履行预确认，可能会根据错误的性质（例如，活跃性错误、安全性错误）施加处罚（削权）。

额外考虑：

• 削权机制： 该过程包含了一种削权机制，以对未能履行预确认的提议者进行惩罚。这确保了系统内的责任水平和信任。
• 动态沟通： 通过 MEV 提升的信息流动允许根据实时条件进行动态调整，比如事务优先级或网络拥堵的变化。

未来研究领域

关于以太坊基于序列的预确认的先前讨论^4 发现，该框架的设计空间涉及多个复杂主题，并对社区提出了若干未解问题和关注点。以下是一些研究领域及其复杂性：

• 次优区块价值： 预确认可能导致验证者的区块价值降低，因为预确认事务施加的约束可能限制 MEV 机会。
• 多个预确认的复杂性： 管理和协调多个预确认可能会使执行状态复杂化，并挑战事务排序的统一性。
• 定价与经济激励： 确定预确认小费的合适价格是复杂的，因为预确认可能会影响预期 MEV，并因此影响提议者和用户的经济激励。
• 执行保证： 预确认的执行保证的可变性可能需要提议者具备不同的复杂程度，由于更复杂的预确认可能需要更高的能力。
• 中心化风险： 一些人对预确认系统可能导致中心化表示担忧，可能由少数实体控制事务的排序。
• 活跃性和安全性错误： 理解和实现针对系统内活跃性和安全性错误的恰当响应，包括对相关削权的正确归责和管理是复杂的。
• 基础设施要求： 验证者需要运行全节点、管理带宽并提供拒绝服务保护，增加了操作复杂性。
• 抵押物发布： 预确认的抵押物管理和效率是一个重要考量，特别是在抵押物与事务价值的相对规模方面。
• 用户体验： 用户体验如何，包括预确认的速度和可靠性，以及系统的透明度。
• 中继信任： 中继的信任及其在预确认过程中的角色，考虑到中继必须平衡网络各方的利益并管理相关风险。
• 沟通渠道： 在用户、提议者、中继和构建者之间建立安全高效的沟通渠道。
• 前瞻机制和选择机制： 前瞻机制对预确认选择的影响，是否替代的选择机制会更具优势。
• 第一层与第二层的协调： 在 Beacon Chain 提议者与第二层序列者之间协调，特别是在层叠指定自己的序列者时可能面临挑战。
• 法律和监管考量： 预确认过程的潜在法律和监管影响，特别是在金融交易方面。
• 技术适应性： 系统需要适应新技术的需求，比如最终整合执行票证，这可能会改变预确认的格局。

参考文献

• 原文链接： github.com/thogiti/thogi...
• 登链社区 AI 助手，为大家转译优秀英文文章，如有翻译不通的地方，还请包涵～