迈向验证者-包含者分离 - 权益证明

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上面是一张 Includer 的罕见照片，他悠闲地为提高以太坊的抗审查性而收集奖励。

作者：Thomas Thiery - 2024 年 12 月 17 日

感谢 Julian Ma 和 Barnabé Monnot, Terence Tsao 和 Jacob Kaufmann 对本文的反馈和讨论。

导言

最近，我偶然发现了越来越多关于通过 FOCIL EIP-7805 激励交易包含、状态与包含 预确认，以及进一步分离协议 角色 和 职责 的讨论和研究。我越来越清楚地认识到，从第一性原理出发，将状态和包含视为两个正交维度，可能对指导未来的协议开发有所帮助。

免责声明：在本文中，我将使用简化、有些漫画式的定义来区分包含交易和状态交易，同时承认在实践中存在更多的细微差别。

非正式的定义、属性和生命周期

包含交易

包含交易，我的意思是 顺序不变的交易（h/t James Prestwich），无论在何种状态下执行，其结果都保持不变；唯一重要的因素是它们被包含在区块的某个位置。例如，在咖啡店付款或将代币转账给朋友。

由于其顺序不变的特性，包含交易 通常被发送到公共 mempool。在包含之前公开披露交易信息是可以接受的，因为没有人可以利用这些交易（例如，通过抢跑），因为它们本身不携带最大可提取价值（MEV）。要被认为对于包含是有效的，这些交易必须为每单位消耗的 gas 支付 base fee。

在后 EIP-7805 时代，包含交易将主要通过 FOCIL 被多个 IL 提议者包含在以太坊区块中（使用像在 mempool 中的时间或优先费用排序等包含规则）。通过公开广播到 mempool，这些交易受益于增加的机会，即多个 IL 提议者之一将通过其包含列表来包含它们。

状态交易

状态交易，我的意思是 顺序相关的交易，其结果根据执行时的状态而改变。例如，在像 Uniswap 这样的自动化做市商上执行代币交换的交易。

源自普通用户的 状态交易 可能携带最大可提取价值（MEV），并且如果其内容在包含之前公开可用，则可能被搜索者利用——例如，通过抢跑或三明治攻击。这些交易通常对时间敏感，并且受益于通过私人渠道发送，以确保 MEV 保护和/或获得回扣。当状态交易携带 MEV 并提供给像搜索者这样的老练方时，无论是自愿还是非自愿，它们通常与其他交易捆绑在一起，以提取它们创造的 MEV 机会。请注意，状态交易也可以来自老练方本身；例如，利用不同交易所之间的价格差异来获利的套利者。在这两种情况下，当状态交易产生 MEV 机会时，除了 base fee 之外，它们通常还伴随着对验证者的提示（以 priority fees 的形式或通过使用 coinbase transfers）。

由于 FOCIL 在网络拥塞期间（即，当区块已满时）不提供任何关于交易排序或包含的保证，我们可以假设状态交易的市场结构在后 EIP-7805 时代不会有太大变化。

以下是包含交易和状态交易之间主要区别的简要回顾：

• 包含交易：

  - 支付 base fees 以被考虑包含在区块中。

  - 不使用 priority fees 来表示顺序偏好。

  - 受益于被公开广播到大量参与者。

  - 不需要依赖老练的参与者来进行包含。

• 状态交易：

  - 支付 base fees 以被考虑包含在区块中。

  - 添加 priority fees 以表达关于它们希望执行的特定状态的偏好，这对应于区块中的特定位置。

  - 受益于私下发送给一个或几个老练的参与者。

注意：包含交易可能出于与顺序偏好无关的原因而支付优先费用。例如，它可能需要补偿区块生产者 额外的资源使用——例如 blobs 所需的额外传播时间。优先费用也可以表示希望更快地包含，而不是在区块中的特定位置。换句话说，即使交易不关心其位置，它也可能愿意支付更多费用以减少延迟并更快地包含（例如，blob 交易，欺诈证明交易）。

放大费用

基础费和优先费

自从 EIP-1559 实施以来，所有交易——包括包含交易和状态交易——都必须支付 base fees 才能被考虑包含在一个区块中。另一方面，Priority fees 可以根据是否存在网络拥塞而服务于不同的目的：

• 无拥塞：当区块中有足够的空间来包含所有待处理的交易时：

  • 包含交易 通常不需要支付优先费用，因为只要它们支付基础费并且不关心被插入到区块中的特定位置，它们就会被包含。
  • 状态交易 将支付优先费用，以激励区块生产者在特定状态下执行它们。

• 拥塞：

  • 包含交易 可能会选择添加优先费用以增加它们被包含在下一个区块中的机会——例如，在其他包含交易之前——而不是等到网络不再拥塞。
  • 状态交易 将使用优先费用，无论是否存在网络拥塞。

这里有趣的一点是，在拥塞期间，状态交易和包含交易之间的界限变得模糊。当没有足够的空间容纳每个交易时，仅仅希望被包含在给定区块中的任何位置在概念上变得与希望在特定状态下执行非常相似。因此，Priority fees 可以被认为是一种一刀切的机制，用于激励区块生产者并确保在区块中的有利位置。

但是，即使没有拥塞，交易也可能没有被包含在区块中的另一个明显原因是：审查。

审查的成本

在后 EIP-7805 时代，仍然有几种审查交易的方式：

• 区块填充： 鉴于 FOCIL 的有条件性和任何位置性质，提议者可以填充其区块直至 gas 上限，以便排除该交易并仍然满足 IL 条件。为了估计填充多个连续区块的成本，我使用了以下公式：

\text{Block Stuffing Cost} = (\text{Gas Limit} - \text{Gas Used}) \times \text{Base Fees} \times \left( \frac{1}{0.125} \times 1.125^N - 1 \right)

其中 N 是连续区块的数量。

下图估计了过去三个月中区块填充的平均成本（基于 这个 Dune 查询），高亮显示了市场状况和基础费用如何影响它们，并说明了连续填充多个区块对于攻击者来说变得指数级昂贵。

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• 错过 slot：或者，提议者可以选择跳过为其分配的 slot 的区块提议，导致他们放弃共识（发行）和执行（MEV）层奖励，这些奖励 在过去三个月中平均 每个区块总计约为 0.04 ETH。

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请注意，在上述两种情况下，增加交易的 priority fees 会使提议者排除它的成本更高。

• IL 委员会贿赂：最后，审查交易的一种明显方法是说服所有 IL 提议者不要将其包含在他们的 IL 中。在 EIP-7805 下，IL 提议者不会因在其 IL 中包含交易而获得奖励。在实践中，说服委员会中的所有 IL 提议者以不诚实的方式行事并违反以太坊网络的精神可能很困难。使用 FOCIL，我们只需要委员会中的一名成员诚实行事并包含所有交易而不进行审查，该机制就可以按预期工作。然而，在理论上，攻击者可以向所有 16 名委员会成员提供非常小的贿赂以排除给定的交易。如果 IL 提议者是理性的，他们可能会接受任何大于零的贿赂。

通过依赖 IL 提议者的利他行为，无法控制他们在审查交易时产生的成本。

怎么办？

包含费

鉴于状态交易和包含交易的不同属性和生命周期——以及用户可以给提议者小费但不影响 IL 提议者在协议中审查交易时产生的成本的不平衡——一种选择是引入独立的包含费（IF）和奖励机制，以增加包含保证和审查成本，同时保留优先费（PF）作为提议者小费的作用。

这种方法允许用户根据网络状况（基本费用）制定他们的交易，同时控制他们愿意支付多少费用 （1） 通过 PF 在特定 状态 上执行 和 （2） 通过 IF 增加他们的 包含 保证，或两者兼而有之。在下图中，你可以看到交易是私下发送给区块生产者还是发送到公共 mempool，并且指定了优先费和包含费。我们假设交易被添加到包含列表（IL）中，并基于包含费按降序排列（更多信息请参见下一节）。然后，区块生产者对整个有效负载进行排序——默认情况下根据优先费排序，或根据 MEV 机会以任何其他顺序排序——合并来自 IL 的交易和他们私下收到的交易。

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奖励机制

在 IL 提议者之间分配包含费的一种简单方法是根据他们的贡献按比例分配，只奖励那些在其 IL 中包含交易的人（即 条件提示）。这导致了更大的激励来包含没有人想包含的交易（例如，“可审查的交易”）。

在上面的例子中，IL 提议者 1 包含了来自 mempool 的所有待处理交易。因此，他们的奖励将按如下方式计算：

• 交易 g：包含费 6 除以 4 个提议者 = 6 ⁄ 4 = 1.5
• 交易 d：包含费 4 除以 3 个提议者 = 4 ⁄ 3 ≈ 1.333
• 交易 e：包含费 1 除以 3 个提议者 = 1 ⁄ 3 ≈ 0.333
• 交易 f：包含费 0 除以 4 个提议者 = 0 ⁄ 4 = 0

将这些加起来，IL 提议者 1 将获得大约 1.5 + 1.333 + 0.333 + 0 = 3.166 的奖励，因为他们在其 IL 中包含了这些交易。

奖励 IL 提议者的替代方法包括使用发行而不是费用，根据过去的表现加权奖励。同样重要的是，任何此类奖励机制都独立于现有的交易费用机制（TFM）——换句话说，与基本费用和优先费用分开。试图重新利用基本费用来奖励 IL 提议者在激励上是不兼容的，因为 EIP-1559 的经济设计依赖于燃烧基本费用来防止区块生产者操纵交易包含并为个人利益膨胀费用。通过确保基本费用永远不会被直接重新分配，该系统保持了平衡的激励结构。类似地，依赖于将优先费用重定向到 IL 提议者的模型在网络拥塞下会失效，因为区块生产者将有更大的激励来包含非 IL 交易以获得更高的直接奖励。

角色和参与者

是否有可能——并且是可取的——进一步分离负责交易包含（IL 委员会成员）的协议参与者和那些专注于有价值的状态交易（提议者）的协议参与者？现在让我们想象一个后 FOCIL、后 APS（Attester-Proposer Separation）的世界。在这种情况下，我们仍然有 IL 提议者将来自公共 mempool 的交易包含在他们的包含列表中，并通过包含费获得奖励。但是，现在在证明者/信标提议者、执行层提议者和构建者之间存在分离（PBS 是否被纳入协议中与本部分讨论无关）。

以下是每个参与者职责的快速概述：

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• IL 委员会成员：

  - 复杂程度：低 – IL 提议者创建包含列表（IL），其中包含公共 mempool 中待处理的交易。

  - 资本要求：

  - 中等 – 如果/当实施 maxEB 和 minEB 时，从 1 ETH 到 2,048 ETH。

  - 重 — 资本被质押，预先锁定，并且有因其他形式的不当行为（例如，在同一高度提出多个不同的区块）而被削减的风险，但至少在当前版本的 FOCIL 中，不会因未履行 IL 特定的职责（例如，IL 混淆）而被削减。

• 信标提议者：

  - 复杂程度：低 – 根据其局部视图确定链的头部并提议信标区块，其中包括所有与共识相关的信息，例如区块头、证明、提款、存款和削减处罚。在 APS 之后，信标提议者不会被激励进行时间游戏，并且可以保持不复杂。

  - 资本要求：

  - 中等 – 如果/当实施 maxEB 和 minEB 时，从 1 ETH 到 2,048 ETH。

  - 重 — 资本被质押，预先锁定，并且有被削减的风险（例如，因提出多个不同的区块在同一高度）。

• 证明者：

  - 复杂程度：低 – 确保完整区块中包含的共识和执行信息根据他们的观点都是有效的。如果区块通过所有有效性检查，例如建立在正确的头部、包含有效的交易和满足 IL 条件，他们会投票支持该区块。

  - 资本要求：

  - 中等 – 如果/当实施 maxEB 和 minEB 时，从 1 ETH 到 2,048 ETH。

  - 重 — 资本被质押，预先锁定，并且有被削减的风险（例如，因证明不同的头部区块）。

• 执行层提议者 （假设执行层提议者不将区块生产外包给构建者）：

  - 复杂程度：高 – 负责向网络提议完整且有效的执行层有效负载，对交易包含和排序具有最终决定权，前提是执行层有效负载包含 IL 交易。必须运营复杂的基础设施来实现复杂的策略并有效地提取 MEV。

  - 资本要求：

  - 高 – 需要足够的资本来确保执行层提议权，成功执行高级 MEV 策略，例如非原子套利，并提供预确认等额外服务。

  - 重 - 执行层提议者还需要可削减的资本，以确保他们不会因不当行为而受到惩罚，但此要求在他们被选中_后_才会生效（与证明者和信标提议者相反）。在那时，他们必须筹集必要的资本来确保预确认，支付错过的 slot 罚款，或支付他们的出价。

有趣的是，通过将证明者与提议者分离，APS 实际上也将执行层提议者与 IL 委员会成员分离。但是，在下一节中，我们认为 IL 委员会成员应被视为一个独立的参与者类别。由于他们的职责在复杂性上受到限制，并且他们不直接参与系统的经济安全，因此他们不需要像证明者一样受到相同的资本要求。

Attester-Includer 分离

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h/t Barnabé

在解绑角色以更好地将其与协议职责对齐的想法上，并从分层质押模型（如 Rainbow Staking）和验证者选择机制（如 Orbit）中汲取灵感，我们建议进一步分离证明者与 IL 委员会成员（包含者）。

从第一性原理出发，我们希望证明者和包含者在地理上分散且不复杂。但是，这些参与者集合在资本要求和他们在确保网络安全中的作用的重要性方面存在一些关键差异：

• 证明者：

  • 安全：总的来说，证明者通过参与共识并确保活跃性和最终性，在确保网络安全方面发挥着极其关键的作用。这个关键角色带有一些约束。例如，避免过快地轮换证明者非常重要，因为 从共识的角度来看，它可能不是最佳的安全。类似地，我们不希望验证者太快地进入或退出证明者的活动集合，这就是我们有提款和存款队列的原因。
  • 资本要求：我们希望证明者通过最大化单个验证者的余额（例如，高达 2,048 ETH）而不是运行多个具有较低余额的实例（例如，32 ETH）来整合。这种整合使我们能够以可管理的参与者数量实现高水平的经济安全，并有助于朝着更快的最终性发展（例如，3SF）。此外，证明者必须至少有一些 ETH 的质押，以便在他们未履行职责的情况下允许削减，无论是有意还是无意。这意味着他们的资本需要预先质押和锁定（即重）。

• IL 委员会成员：

  • 安全：IL 委员会成员不参与共识，也不在确保网络安全方面发挥作用。他们的任务只是通过使用他们对公共 mempool 的本地视图在 IL 中包含交易来提高抗审查性。此外，我们只需要 n 个 IL 提议者中的 一个 诚实地构建其 IL，FOCIL 才能生效并约束构建者必须在其区块中包含哪些交易。
  • 资本要求：理想情况下，我们希望有非常低的准入门槛，以便任何希望为以太坊的抗审查性做出贡献的人都可以轻松地使用例如 0.01 ETH 来做到，或者仅仅足以确保抗女巫攻击并防止参与者“只是注册”但随后处于离线状态。IL 委员会也每 slot 轮换一次，因此除了如果存在某种形式的包含费，则错失奖励之外，可能不需要队列或惩罚。

问题是：这些差异是否证明了转向两个独立的参与者集合的合理性，每个参与者履行特定的职责，还是应该保持相同的参与者集合？

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我们认为这是合理的。通过允许任何人加入并作为“包含者”为以太坊的抗审查性做出贡献——具有最低的硬件要求（例如，智能手表）、简单、低摩擦的用户体验（没有队列）以及_轻量级_和_最低_的资本要求——并通过独立的交易费用机制（包含费）奖励他们，网络可以根据审查级别进行自我调节。如果许多交易被审查，用户可以提高包含费，从而增加审查成本。由于这些更高的费用在包含者之间分配，因此更多的人将受到激励参与创建包含列表（IL），最终提高以太坊的抗审查性。最后，包含者还应该能够参与改进网络的抗审查性属性并维护链中立性，而无需通过其列表中包含的特定交易公开他们的偏好。为此，我们可以利用 匿名 IL，使用可链接的环签名和匿名广播协议的组合来保护他们的身份。

• 三层质押 (3TS) - 解绑证明者、包含者和执行层提议者
• 重新审视通往 SSF 的路径
• 通往仅有效性部分无状态 (VOPS) 的实用路径
• 一个有利于本地节点的扩展路线图增量
• zkFOCIL：使用可链接环签名的包含列表隐私
• 再来 1 个

• 原文链接： ethresear.ch/t/towards-a...
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