以太坊的过去、现在和未来，第二部分

介绍

本文是我们关于以太坊供应链系列的第二篇。在第一部分中，讨论了供应链迄今为止的发展以及提议者-构建者分离（PBS）的理由。我们还探讨了当前依赖于协议外中继所导致的一些问题，以及各种设计决策如何导致堆栈上下的中心化趋势。

在这一部分中，我们探讨了嵌入式提议者-构建者分离（ePBS），这是一个将 PBS 协议化的高层次提案，旨在避免协议外中继所带来的负面影响。首先，我们回顾了将 PBS 嵌入的理由。然后，我们定义 ePBS 的设计目标，分析提案本身，并审查可能影响 ePBS 潜在实现的依赖关系。

图片来自 Mike Neuder

为什么 ePBS？

如第一部分所述，以太坊当前的协议外 PBS 实现与一些核心的以太坊价值观和设计目标相悖。

中心化

目前，只有八个活跃的中继，前五个中继的市场份额超过 90%。如此依赖少数实体是不可取的，因为这表明在以太坊区块生产中形成了一个中心化的扼制。

来自 mevboost.pics

中继审查

由于 MEV-Boost 中继今天模拟区块，它们可以审查包含不受欢迎交易的区块。一些中继选择不转发与 OFAC 制裁地址交互的交易的区块，这表明现今存在审查现象。这种审查违反了以太坊可信中立的目标。

来自 censorship.pics

对协议外软件的依赖

作为协议外软件，MEV-Boost 并不受到以太坊对协议内更改的严格测试。目前 MEV-Boost 在以太坊区块中占比高达 92.23%；如此关键的基础设施需要保持可靠和稳定。与 MEV-Boost 相关的问题已经对网络造成了负面影响，包括 低碳革命者攻击（该攻击利用了 MEV-Boost 实现中的漏洞）和 Prysm MEV-Boost Shapella 漏洞。

可持续性

独立中继今天作为公共产品运作，缺乏明确的融资模式。它们的可持续性依靠利他主义或更具纵向商业模式。

无需信任

如今，验证者和构建者必须信任中继操作员履行他们的职责。

通过嵌入 PBS，以太坊可以在不妥协其核心价值的前提下获得 PBS 的好处。

ePBS 设计目标

ePBS 的目的是减少以太坊对 MEV-Boost 和公共好处中继的依赖。以下是 ePBS 实现的一些重要设计目标。当然，这些目标可能会发生权衡。

1. 构建者安全性：诚实的构建者在区块拍卖中获胜后，必须能够创建一个区块，他们的有效负载内容最终应该成为规范。在MEV-Boost 和 ePBS 中的等价攻击中，作者分析了恶意提议者解包区块以窃取 MEV 的场景。在这种情况下，安全性意味着区块及其组成的 MEV 包应该防止这些攻击。
2. 无构建者损害：如果构建者的支付被处理，构建者必须能够发布一个成为规范的区块。
3. 提议者安全性：当提议者按时提交区块时，他们必须收到承诺的支付。
4. 系统应是无权限和抗审查的。
5. 系统应与以太坊的未来路线图兼容：单槽最终性、MEV 燃烧、分布式区块构建等。
6. 验证者应承担最小的额外开销，以保持节点要求的最小化。
7. 系统应与协议外解决方案最大程度上具有竞争力：运行 MEV-Boost 的验证者不应比依靠 ePBS 的“利他性”验证者具有显著优势。
8. 应最小化区块时间，以便最小化 MEV。

插槽的解剖

在继续讨论 ePBS 之前，我们需要了解插槽的时间线。这是理解 ePBS 设计提案的核心。

在以太坊的 PoS 中，时间被分成 12 秒的增量，称为 插槽。区块的生产由验证者完成，验证者验证区块并轮流提出区块。在每个插槽中，共识算法指定一个验证者单方面获得提议区块的权限；该验证者被称为提议者。

当某个验证者轮到提议时：

• 提议者组装有效签名的区块并将其广播到网络。此广播是提议者在分配的时间提交区块的行为。
• 表示者验证并投票他们认为是链下一个首部的区块，依据他们对世界的本地视图，通过应用分叉选择规则。
• 如果足够多的验证者对提议者的区块进行验证，则该区块被包含在规范链中。提议者获得区块奖励，而表述者获得表述奖励。

因此，“按时提交区块”意味着分配的提议者在他们的时间插槽中提议一个看似有效的区块，而不遗漏他们的分配插槽。验证者在应该提议区块时未能做到这一点时，可能会受到处罚或削减。该规则确保提议者能够公正地得到他们按时完成工作的奖励。

来自 以太坊权益证明中的时间、插槽和事件顺序

ePBS 设计

我们终于准备讨论一些 ePBS 的设计。ePBS 的高层次目标是拥有一个协议内的区块拍卖，构建者进行出价。如果获胜的构建者按时揭示他们的有效负载，就保证其成为规范。

双插槽 PBS

双插槽提议者/构建者分离 提议将单个插槽拆分为“插槽对”。Vitalik 建议每个“插槽对”由两个插槽组成：一个用于发布“执行头信息”，另一个用于发布下一个“执行头信息”。第一个插槽包含一个由随机选择的验证者提出的“信标区块”，其中包括对获胜构建者出价的承诺。

第二个插槽包含由获胜构建者发布的“中间区块”，其中包括完整的执行有效负载以及尽可能多的来自信标区块的证明。剩余的 N-1 个证明委员会对此中间区块进行投票。构建者有 8 秒的时间以发布中间区块，该区块随后由剩余验证者委员会进行表述，从而在分叉选择中给予其“提议者提升”。如果信标区块缺失，则构建者不会因未发布中间区块而受到惩罚。

该设计旨在保护构建者免受审查，并确保其被纳入区块链中，同时通过信标链的分叉选择规则保证付款。虽然分析分叉选择规则和共识超出了本文的范围，但简而言之，分叉选择规则是共识机制的一部分，确保所有验证者在同一链上工作。

来自 双插槽提议者/构建者分离

在由 Mike Neuder 和 Francesco 提出的修改中，双插槽 PBS 被称为双区块锁定，因为它使用单个插槽来生成两个区块。第一个是一个适当的区块，包含对执行有效负载的承诺（标题），第二个区块包含负载的实际内容。

该提案并未解决交易级别的审查，并引入了双插槽结构带来的额外复杂性。而使这一切成为可能的主要要求是将有效插槽时间从 12 秒增加到 16 秒，这已经在单插槽最终性中列入了路线图。

该提案的主要缺点是削弱了链对重组的抵抗力。今天，在以太坊中，抵抗重组的一种机制是提议者提升。提议者提升赋予被选为下一个区块提议者的验证者在选择规范链的分叉选择规则中额外权重（“提升”）。通过提升下一个提议者区块的权重，重组变得难以执行。攻击者必须用更多的投票来压倒已提升的区块。提议者提升是以太坊今天维持链一致性和交易排序的关键方式。

在双插槽 PBS 下，构建者的区块在选择规范链的分叉选择规则中获得完全权重，稀释了提议者提升的力量。在两个插槽中，构建者区块的权重相等，提议者提升仅适用于提议者的区块。例如，如果验证者委员会在插槽之间 50/50 分割，提议者提升仅为 20%，而不是整体 40% 的股份。

这显著增加了攻击者通过扣留他们的证明而故意重组链的概率。分析建模表明，10% 攻击者在双插槽 PBS 下有 4.6% 的概率实施 6 个区块的重组。但是，今天的协议下，这次攻击的成功概率仅为 0.04%。通过降低对重组的抵抗，双插槽 PBS 给了攻击者更多机会重新排序或审查链上的交易。

替代的提议者-构建者分离设计则旨在恢复重组抵抗力。例如，有效负载及时委员会方法并不直接赋予构建者在分叉选择中的权重。仍需进一步分析以量化不同 PBS 方法下的重组概率。最终，启用提议者-构建者分离与维护重组抵抗之间可能存在固有的权衡。

有效负载及时委员会 (PTC)

有效负载及时委员会 (PTC) 是最新的 ePBS 设计，由 Mike Neuder 和 Francesco 提出。PTC 设计保留了以太坊现有的单插槽结构，但引入了一个新的委员会，在每个插槽中投票有关有效负载及时性。

根据该提案，区块的生产分为两个阶段。首先，提议者提议共识层区块，仅包含构建者出价和头信息，而没有执行有效负载。这再次代表提议者对获胜构建者出价的承诺。像往常一样，完整的表述委员会在截止日期之前对该共识区块进行投票。在观察到该区块后，所选构建者释放其执行有效负载，包括完整的交易列表。

随后，PTC——当前插槽的证明委员会的一个子集——观察这个有效负载。PTC 根据他们的观点对有效负载是否及时发布进行投票。这些投票决定该区块是被视为完整区块还是空区块——完整区块意味着执行有效负载成功更新了以太坊的状态，而空区块则没有。

在下一个插槽中，新的表述委员会使用 PTC 对完整与空的投票比例，来决定之前区块的完整与空版本应分配多少权重。与双插槽 PBS 不同，构建者并不会在分叉选择中直接获得权重。通过保留单插槽并使用委员会，PTC 方法旨在提高安全性和简洁性，相较于双插槽 PBS，同时仍然规范化提议者-构建者的关系以实现开放参与。

对提议者的支付在纪元完成后进行处理，以便留出时间检测重复提议（等价）。当出价是规范链的一部分时，将支付出价，无论有效负载本身是否到了链上。该设计实现了提议者安全性（提议者因选择出的投标获得支付）和同插槽构建者有效负载安全性（保护构建者免受同插槽解包），但不能防止下插槽解包。

该 PTC 设计引入了恶意行为者进行链分裂的新潜力。

一个扭曲源是提议者发动的分裂。在这种情况下，提议者故意在证明截止时间附近释放自己的区块承诺，分裂诚实的表述者观点。有些人及时看到该区块，而有些人则没有。这使得构建者陷入艰难的境地。发布有效负载就冒着无法进入规范链的风险；而不发布又面临输掉胜利出价却未能提交有效负载的风险。构建者的结果完全依赖于后续提议者的不确定行为。

另一个风险是构建者发起的分裂，其中构建者选择性地向下一个插槽的提议者披露有效负载。如果构建者仅向部分 PTC 披露其有效负载，则下一个提议者可能会在一个因与主 PTC 投票不一致的区块上构建，这个区块将被孤立。尽管这一攻击难以执行，因为它需要构建者与大多数 PTC 之间辛勤协调，但风险可以通过拥有一个去中心化、随机化且足够大的 PTC 委员会来减轻。

总之，PTC 引入了一些新的但似乎可控的分裂向量。进一步分析这种攻击的可行性和概率将是有益的。正在进行的研究探讨 PTC 的参数和权衡，以降低这些风险。

支持的提案

与任何以太坊升级一样，ePBS 并不孤立存在。这是一些未来的以太坊提案，ePBS 实现应该兼容的。

纳入列表

纳入列表被提议作为抵抗区块构建者审查的方式。从高层次来看，纳入列表是一份交易列表，由提议者发布，区块构建者必须将其包含在其区块中。

纳入列表不会对大多数构建者施加实质约束，因为其组成交易应该不会使区块对构建者的价值降低。

该提案的第一个问题是，由于审查构建者提前看到纳入列表，因此它们可能简单地拒绝构建区块。这会给提议者带来负担，因为他们现在需要自己构建区块。此问题有许多相关的纳入列表变种。

提议者后缀：在该实现下，提议者为提议区块创建一个 后缀。区块构建者不会从提议者那里看到任何信息，最终的区块是区块构建者的部分区块，加上所有未被构建者纳入的后缀中的交易。这会增加提议者的负担，同时为他们提供一些 MEV 机会，可以通过要求提议者提前承诺其后缀来减轻此类风险。

正向纳入列表：根据正向纳入列表，提议者广播一份交易列表，构建者必须纳入该列表，除非他们能够完全用其他交易填满区块。换句话说，区块构建者必须完全利用可用的区块空间，或者将未使用的空间用于提议者选择的交易。

该核心思想是迫使构建者充分利用可用的块空间，而不是让提议者强迫包含他们的选择交易（这可能导致构建者无法构建出最具价值的块）。当前提议者提前发布一份交易列表，以纳入下一个区块；下一区块的表述者确保其交易被纳入该区块，如果该区块没有满且纳入列表按时发布。

没有免费午餐：由 Mike Neuder 和 Vitalik 提出的该提案解决了免费数据可用性问题。免费数据可用性问题是提议者（或构建者）不应包含未付费数据上链，以纳入列表的形式。

上述正向纳入列表提案通过 主观执行 纳入列表解决了该问题：表述者根据其本地视图判断区块的有效性。这一提案旨在设计 客观执行；也就是说，生成不符合 IL 所设限制的有效区块应是不可能的。

核心思想是将纳入列表拆分为摘要和交易列表。摘要中只包含可以通过当前或下个区块中的交易来满足的地址和Gas限制对。列表中的交易必须是有效的前状态，但其内容并未被签名，因此验证者可以否认看到特定的交易。这解决了免费数据可用性问题，因为验证者只需访问最终上一链的交易。

MEV 燃烧

MEV 燃烧 探讨了将 MEV 作为 ePBS 一部分来燃烧。根据协议外 PBS 的实现和大多数关于 ePBS 的提案，MEV 被导向提议者，这导致验证者只能获得少量规模经济。没有 MEV 燃烧的 ePBS 要求构建者的余额超过出价，因此只有拥有最大余额的构建者才能捕获最大的 MEV 机会。MEV 燃烧还平滑了提议者的 MEV 奖励，并将部分 MEV 导向 ETH 持有者。

在 MEV 燃烧中，构建者通过指定“有效负载基础费用”以竞标构建区块有效负载，该费用被燃烧而非支付给提议者。诚实的表述者根据他们在插槽边界之前观察到的最大有效负载基础费用施加“有效负载基础费用底线”。一旦提议者选择获胜的构建者出价，构建者发布其区块；有效负载基础费用被燃烧（并分发给 ETH 持有者），而提议者仅捕获有效负载小费。

这通过燃烧将部分 MEV 重定向给 ETH 持有者，部分平滑了 MEV 奖励向提议者的分配，并仅要求构建者的余额超过有效负载基础费用，而不是区块的总价值。

来自“后 MEV 燃烧的世界——一些模拟和统计”的分析发现，MEV 燃烧可以燃烧至多 90% 当前 MEV 奖励给验证者（假设出价行为在新系统下不会改变）。这表明 MEV 燃烧可以显著减少 MEV 在激励协会参与以太坊共识中的作用。

此外，预计建议的每区块 MEV 利润可能会从约 0.05 ETH 减少 96% 至 0.002 ETH。这种绝对 MEV 奖励的减少也可能减少验证者收入的不平等。

然而，MEV 燃烧不太可能完全消除偶尔出现的高价值 MEV 奖池块。在对“时间增量”的仔细参数化调整下，大奖程虽可变得稀少，但仍可能每次可产生超过 1 ETH 的高频存在。

在系统潜在的游戏化方面仍存在挑战，例如，由构建者与提议者勾结，通过延迟出现出价（通过协议外中继中介）来获得更好的效果。一段时间的区块延迟可能是实施该提案所需的，允许额外的证明轮回。

虽然 MEV 燃烧应减少 MEV 对质押奖励的影响，但不会做到完美。某些类型的 MEV，例如夹菜交易，可能被燃烧捕获，而其他类型，例如 CEX/DEX 统计套利，则不太可能完全捕获，因为它们更依赖于最后一秒的出价。MEV 的形状，特别是多大程度上依赖于时效性链下信息，决定了多少可能被燃烧。

总之，MEV 燃烧显示出将一些 MEV 分配给 ETH 持有者而不是提议者的潜力，并此外平滑了验证者的奖励，但在存在合作设备的世界中潜在地可被游戏化。

解包 PBS

PBS 是提议者完全放弃提议权限以销售区块的机制。如上所述，纳入列表解决了从出售整个区块时出现的一些问题。但以太坊的未来可能需要超越出售整个区块的提议者承诺。协议强制提议者承诺（PEPC）最初在解包 PBS中提出，作为协议化更一般提议者承诺的方法。

PEPC

请记住，PBS 是一种复杂区块构建者从不复杂的提议者那里购买区块空间的机制。构建者出价购买区块空间，提议者签署区块头信息，并在签署的区块头信息交付之后由区块构建者进行补偿。ePBS 试图使此行为完全基于协议。

更普遍的问题是要为区块提议者和其他市场参与者创建一个通用的协议内承诺机制，而不是拍卖整个区块的具体机制。ePBS 对区块空间的市场结构具有鲜明的看法，特别是集中在一个市场，在此市场中，整个区块被拍卖给一个单一的获胜构建者。这对未来的区块空间市场可能过于刚性，再次将这些市场推向协议外。例如，提议者Alice可以承诺将Bob的某个交易列为其下一个提议区块中的第一个交易。当前，如果Alice违反此承诺，即使她破坏了协议，她的区块仍然可以被网络制定为规范。

PEPC 的目标实际上是将 Eigenlayer 协议化。验证者允许在特定条件下被外部地址削减。更具体地说，提议者在 EVM 指定承诺，而表述者验证提议的区块是否满足这些承诺。

如果承诺被违反，则整个区块将被视为无效——因此，违反承诺的区块被忽略并且不会由诚实节点传播。其思想是通过 EVM 通过标准化智能合约来编写并强制执行承诺。参与方如Alice和Bob将根据他们的承诺写入 EVM，在这里形成“共识”。定义承诺的 EVM 代码将被执行以验证区块，若承诺被破坏，则撤回。

PEPC 在研究和开发的早期阶段。许多有趣的开放性问题仍然存在，例如优化延迟、气体使用、承诺的数据可用性、对区块构建者的影响、损害承诺、节点的分布强制激励等。PEPC 设计需要管理复杂性、损害风险、安全保证和协调激励。需要继续研究以解决这些问题，并释放灵活协定的协议内提议者承诺的潜力。

嵌入的成本

我们探讨了嵌入 PBS 的好处和一些前进的路径。但是，这是一个具有偏见的变化，自然而然就会引出关于嵌入成本的问题。

以太坊最初旨在构建一个简单的共享状态机，将大部分功能委托给其上的协议。此方法旨在使以太坊保持精简、多功能和中立。

最近对嵌入更多内容到核心协议的热情，存在破坏以太坊去中心化和可信中立价值观的风险。任何嵌入都表示了对网络的某种观点，并且增加了复杂性。而只要该协议尚未固化，协议升级依赖于社会层面的政治共识，这也许是以太坊中最不可信中立的层面。Vitalik 探索 最小可行嵌入：“与其嵌入整个功能，协议可以嵌入解决实现这种功能时遇到的关键挑战的特定部分。”

对中心化的讨论往往不够精确，未考虑哪些形式的中心化对于协定是完全不可接受的，而哪些形式相对可接受。在经济现实面前，它也可能是不切实际的，逐利机制的反对正逐渐失去动能，牺牲效率。

由于市场激励和效率的原因，在以太坊的不同层面将出现中心化的光谱。与其尝试完全消除中心化，如果均衡行为遵循以太坊抵抗审查和可信中立的核心原则，适度的中心化或许是可以容忍的。因为以太坊应该在现实世界中有用，这种均衡必须考虑经济、政治和监管现实中的分析。

结论

在这篇文章中，我们探讨了嵌入 PBS 的路径，ePBS 的多个设计，以及嵌入本身的权衡空间。在第三部分中，我们将考察替代或增强中继以达成与 ePBS 类似目标的协议外解决方案的空间，包括 mev-boost+/++ 和乐观中继。同时我们还将阐述为何由于嵌入的成本，这些解决方案可能是可取的。

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