MCP和FOCIL如何改变区块链的审查抵抗能力

图：以太坊中的多个并发提议者

在本文中，我们研究了多个并发区块提议者 (MCP)^1和分叉选择强制包含列表 (FOCIL)^2的优点、缺点和实施挑战，特别关注在最近的Paradigm研究研讨会上讨论的BRAID MCP模型^3。本文的主要目标是提供对这些机制如何增强区块链系统中的审查抵抗力 (CR) 的全面理解。

注意，MCP和FOCIL都是区块链研究中的最新主题，除了少数高层次的演示和文章外，对于这些主题的文献尚不多见。现在对其技术规范和设计决策进行批评性讨论仍为时尚早。

理解区块链系统中的审查抵抗力

随着区块链技术的持续发展，对强大的审查抵抗机制的需求只会增加。MCP和FOCIL代表了解决这一挑战的两种有前景的方法，各自有其优缺点。

基本概念

审查抵抗力是区块链系统的一个关键属性，确保交易无法被任意排除在区块链之外。这个属性对于维护一个无信任的、去中心化的系统至关重要，在这个系统中，没有任何单一实体可以控制或操纵哪些交易被纳入区块。

单提议者模型的问题

在传统的单提议者系统中（至今大多数区块链），每个区块的领导者（通常由共识算法选择）对交易的纳入具有显著的控制权。这种权力的集中可能导致审查脆弱性，提议者可以排除交易、重新排序它们，或者通过最大可提取价值 (MEV)等机制提取利润。这种中心化破坏了区块链系统的去中心化理念，并对其完整性构成了重大威胁。

MCP和FOCIL的定义

多个并发提议者 (MCP) 和 分叉选择强制包含列表 (FOCIL) 代表了两种减轻这些问题的方法：

• MCP通过多个提议者去中心化区块生产，使得对手进行审查的成本和难度显著增加。
• FOCIL通过要求一个委员会在提议者构建区块之前强化交易的纳入，从而增强审查抵抗力，分散了对纳入决策的控制权。

MCP的提议将消除以太坊“灾祸”路线图中多个组件的需求，如 ePBS, PEPC, FOCIL, preconfs等。

数学和博弈论基础

形式化审查抵抗力

审查抵抗力可以使用函数 $\phi(t)$ 进行量化，其中 $t$ 是交易 $tx$ 提供的提示。函数 $\phi(t)$ 表示对手为了阻止 $tx$ 纳入区块必须支付的最低成本^4。

单提议者模型：

$$\phi_{\text{single}}(t) = t$$

在这个模型中，对手只需贿赂唯一的提议者一个与交易提示相等的金额。

在具有燃烧 $b$ 的单提议者模型中，这可以量化为：

$$\phi_{\text{single}}(t) = max(t-b,0)$$

多个并发提议者 (MCP)：

$$\phi_{\text{MCP}}(t) = n \times t$$

这里，$n$ 表示并发提议者的数量。对手必须贿赂所有 $n$ 位提议者，使得审查的成本比单提议者模型高 $n$ 倍。

分叉选择强制包含列表 (FOCIL)：

$$\phi_{\text{FOCIL}}(t) = \Delta \times t$$

$\Delta$ 表示重叠参数，决定了委员会的强制执行程度。更高的 $\Delta$ 意味着更强的审查抵抗力，接近于MCP，尽管通常 $\Delta < n$，使得FOCIL的抵抗力略低于MCP。

博弈论考虑

在MCP中，每个提议者 $i$ 面临包括交易 (INC) 或接受贿赂 (BC) 以排除交易的决策。每个提议者的效用函数定义为：

$$U_i(\text{INC}) = \frac{t}{n}$$

$$U_i(\text{BC}) = B_i$$

其中 $B_i$ 是对手提供的贿赂。当所有提议者选择INC时，纳什均衡达到，当满足 $B_i < \frac{t}{n}$。这个设置显示出MCP由于需要贿赂多个提议者而显著增加了审查的成本。

相对而言，FOCIL的审查抵抗力依赖于委员会的重叠参数 $\Delta$。提议者 $p$ 和委员会成员 $i$ 的效用如下：

$$U_p(\text{INC}) = t$$

$$U_p(\text{BC}) = Bp + \sum{i=1}^{\Delta} B_i$$

这里，$B_p$ 是对提议者的贿赂，$B_i$ 是对委员会成员的贿赂。FOCIL的审查抵抗力一般是稳健的，但屈于 $\Delta < n$ 所以不如MCP高。

MCP的关键设计特性和挑战

有两个协议被设计用于实现MCP，一个由Duality Labs^5 提出，另一个由Neuder和Resnick^1提出。在Duality Labs的协议中，其中一个生产者是领导者，拥有比其他人更多的权力，而在Neuder和Resnick的协议中，所有生产者具有相等的权力。

Duality Labs的协议：委员会中的每个诚实验证者将其签名的交易捆绑发送给领导者。为了形成一个有效区块，领导者必须纳入至少三分之二（按权益加权）的收到的捆绑，然后将区块发送以进行确认。

BRAID是建立在Neuder和Resnick的工作基础上的MCP提议。本文主要关注BRAID MCP提议。

BRAID方法概述

BRAID 是MCP的一种简单而强大的实现^3。关键思想是运行多个并行链，每条链都有其自己的提议者。这些链随后通过将所有并行链中的交易合并为一个单一执行区块来共同完成。这一设计旨在将区块生产的权力分散到多个链中，从而增强审查抵抗力。

• 同时发布：BRAID的一个关键方面是 同时发布。所有提议者同时发布他们的交易，防止任何单一提议者通过先观察其他人的交易而获得信息优势。这种同时发布对于避免时机游戏至关重要，其中提议者可以利用交易发布时间顺序的优势来实施如三明治攻击之类的策略。

• 延迟执行：延迟执行 是另一个补充并行链设计的特征。通过将交易的执行推迟到下一个区块，系统确保一致性，并防止可能因多个提议者各自独立更新状态而引发的冲突。

挑战：时机游戏和加密解决方案

时机游戏 是MCP中一个显著挑战，当提议者未同时发布其交易时，最后发布交易的提议者可能利用信息不对称，采用三明治攻击或拍卖中的低价竞标等策略。这种风险特别成问题，因为它将权力集中在更复杂或资源更充足的验证者手中。

• 加密解决方案：虽然像 门限加密 或时间锁加密 等技术被提出为可能的解决方案，以强制同时发布并防止信息泄露，但这些方法在此上下文中仍然是推测性的并未经过验证。它们的实施可能引入新的复杂性和漏洞，必须谨慎考虑。

• 惩罚：引入错过时槽的惩罚是另一种试图阻止提议者延迟其交易发布的策略。然而，这些惩罚在去中心化和敌对环境中的有效性仍需进一步探讨。

实际考虑和实施挑战

复杂性和资源需求

实施MCP，特别是BRAID方法，面临几个显著挑战：

• 通信开销：MCP需要对通信复杂性进行精细管理。在BRAID中，包含所有链的单一投票可以减少通信负担，但这些消息的大小随着链数量的增加仍可能显著增长。

• 状态管理：在多个链之间管理单一全局状态固有地复杂。在BRAID中，所有链共同为单一执行区块作出贡献，并按执行层进行排序。这种集中状态管理对于确保一致性和防止如免费DA问题（免费数据可用性）等问题至关重要。

• 最终一致性工具：BRAID中使用的最终一致性工具最终促成了所有链的交易的联合。虽然它确保了最终的共识，但合并交易和解决冲突的复杂性可能会影响系统性能。

去中心化与效率之间的权衡

BRAID方法在增强审查抵抗力的同时，需要在去中心化和效率之间进行权衡：

• 网络和存储：运行多个并行链会增加对网络带宽和存储的需求，因为验证者需要处理更多的数据。这可能导致更高的成本，使得系统相较于像FOCIL这种更简单的模型更加资源密集。

• 分叉和状态不一致：由于并行链设计，MCP发生分叉和状态不一致的潜在风险更大。确保所有链同步并且交易在各链中以一致的顺序执行是一个非平凡的挑战。

FOCIL作为轻量级替代方案

与MCP相比，FOCIL 提供了一种更轻量且实用的解决方案来增强审查抵抗力：

• 基于委员会的包含：通过通过一个委员会来强化包含列表，FOCIL减少了审查的风险，而没有运行多个并行链的开销。这使得FOCIL更易于实施，并且与现有区块链协议更兼容。

• 单提议者的简单性：FOCIL保留了单提议者模型，避免了管理多个链带来的复杂性，确保交易排序保持简单。这种简单性使得FOCIL成为效率和资源消耗较低的系统的一个吸引人选择。

FOCIL分为三个简单步骤：

• 在每个时隙中，选出一组验证者组成包含列表 (IL) 委员会。然后每个委员会成员根据他们对交易池的个体观点广播一个本地包含列表。
• 区块提议者收集并合并这些本地包含列表为一个单一的聚合列表，然后将其包括在区块中。
• 认证者通过将聚合列表与他们自己对传播本地列表的看法进行比较，验证聚合列表的准确性，以确保区块提议者忠实地代表了可用的列表。

FOCIL中的交易聚合是通过联合完成的，使得每个IL委员会成员的功能类似于提议者。然而，关键区别在于区块提议者对其他交易及其排序保留独占控制权。FOCIL特别针对审查抵抗力的问题，而未解决提议者对交易排序的垄断问题。

对现有和未来协议的影响

对现有协议（例如以太坊）的影响

MCP (BRAID)：MCP，特别是在BRAID中的实现，可以显著提高以太坊的审查抵抗力。它还可以消除“灾祸”路线图中多个组件的需求，如 ePBS, PEPC, FOCIL, preconfs等。然而，它的复杂性和潜在的时机游戏可能会限制它的立即适用性，尤其是在优先考虑效率和简单性的系统中。

FOCIL：FOCIL提供了对审查抵抗力的更即时和不具破坏性的改善。它可以在以太坊中实施，所需的协议更改较少，使其成为提高安全性而又保持现有基础设施的实用选择。

对未来协议的相关性

MCP用于新协议：未来的区块链协议如果优先考虑去中心化和审查抵抗力，可以从MCP中显著受益。然而，潜在的挑战，如时机游戏和增加的资源需求必须得到谨慎管理。MCP特别适合高安全性、去中心化的应用程序，在这些情况下，实施复杂性所带来的成本可以通过对强大审查抵抗力的需求来证明。

FOCIL用于第二层解决方案：FOCIL的简单性和较低的开销使其成为第二层解决方案或其他资源紧张环境的理想选择。它与现有协议的兼容性和集成易性使其特别适合于维护效率和将协议更改最小化至关重要的应用。

在安全性、复杂性和效率之间取得平衡

MCP 提供了一种强大而创新的审查抵抗解决方案，特别是在像BRAID这样的设计中实施。通过将区块生产分散在多个提议者之间，MCP显著提高了审查交易的成本和难度。然而，相关的复杂性、时机游戏的潜在性和资源需求带来了显著的挑战，这可能限制其在效率和简单性至关重要的协议中的适用性。

相比之下，FOCIL 提供了一种更简单的方法，在不对现有协议结构进行大规模修改的情况下增强审查抵抗力。虽然它的去中心化程度可能不及MCP，但其简单性和效率使其成为许多应用的有吸引力的替代方案，尤其是在资源有限的环境中。

像MCP和FOCIL这样的视图聚合协议通过涉及多个参与者共同定义区块内容，提高了纳入承诺的用户体验。然而，这一改进的有效性取决于具体实现。例如，在FOCIL中，从非提议者处获得的承诺仅提供了一个概率保障，而从多个委员会成员获取承诺可能将这一概率提高至近乎100%。在MCP中，只要没有活动故障，从任何单一提议者中获得纳入承诺提供的保障水平与来自垄断领导者的承诺相同。

最终，MCP和FOCIL之间的选择取决于协议的具体要求。协议设计者必须谨慎权衡增强审查抵抗力、实现复杂性和系统资源需求之间的权衡。未来的研究应继续探索这些权衡，尤其是随着区块链技术的发展和新应用的出现。

建议：

• 考虑将MCP用于高安全性、去中心化的应用程序：MCP最适合于审查抵抗力至关重要的环境，并且协议可以承担更高的复杂性和资源需求的成本。像去中心化金融 (DeFi) 平台或者优先考虑无信任和安全性的区块链基础设施等应用在MCP中特别收益。

• 在第二层解决方案和资源有限环境中采用FOCIL：FOCIL的轻量化和实用设计使其成为第二层解决方案、分片区块链或其他对简单性、效率和与现有协议兼容性要求较高的环境的理想候选者。

• 谨慎探索混合方案：虽然结合MCP和FOCIL元素的混合模型可能在审查抵抗力和实施复杂性之间提供平衡，但这些方法存在不确定性，需要广泛的研究和验证才能被认为是可行的解决方案。

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～