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V神最新思考：兩種途徑解決PoS共識機(jī)制下的MEV問題

2021-08-19 10:05:15 | 來源：知乎 | 作者：律動BlockBeats

這篇文章主要介紹了V神最新思考：兩種途徑解決PoS共識機(jī)制下的MEV問題的相關(guān)資料，感興趣的朋友，趕快跟隨小編一起來看看詳細(xì)內(nèi)容介紹吧！

特別感謝Justin Drake以及Flashbots團(tuán)隊(duì)給予的反饋和討論。

威脅共識網(wǎng)絡(luò)持續(xù)去中心化的一個(gè)主要風(fēng)險(xiǎn)是圍繞礦工可提取價(jià)值（MEV）的經(jīng)濟(jì)學(xué)，這是從選擇下一個(gè)區(qū)塊內(nèi)容的能力中獲取利潤的復(fù)雜技巧。列舉一個(gè)簡單的MEV示例：針對自上一個(gè)區(qū)塊以來發(fā)生的價(jià)格變動對所有鏈上去中心化交易所進(jìn)行套利。雖然一般的PoS獎勵(lì)是相當(dāng)平等的，因?yàn)閱我或?yàn)證器的回報(bào)率與強(qiáng)大的驗(yàn)證池相同，但在尋找復(fù)雜的MEV提取機(jī)會方面，存在著顯著的規(guī)模經(jīng)濟(jì)性。

簡單說，一個(gè)規(guī)模大10倍的池子就擁有10倍的機(jī)會來提取MEV，并且它可以花費(fèi)更多的精力來進(jìn)行優(yōu)化，以從每個(gè)利潤機(jī)會中提取更多。除了這個(gè)問題之外，MEV 還使得去中心化池復(fù)雜化，因?yàn)樵谌ブ行幕刈又?，仍然需要一個(gè)實(shí)體來負(fù)責(zé)打包并提出區(qū)塊，并且他們可以輕松地秘密提取MEV，而無需和池子本身分割收入。

最出名的解決方案就是提議者（proposer）/區(qū)塊構(gòu)建者（block-builder）分離。與區(qū)塊提議者試圖自己生產(chǎn)收益最大化的區(qū)塊不同，他們依賴于一個(gè)市場，在這個(gè)市場中，我們稱之為區(qū)塊構(gòu)建者的外部參與者生產(chǎn)包含完整區(qū)塊內(nèi)容和提議者費(fèi)用的bundle包，而提議者選擇最高費(fèi)用的bundle包。提議者的選擇被簡化為選取費(fèi)用最高的bundle包，這種算法非常簡單，以至于在一個(gè)去中心化池子中，它甚至可以在 MPC 內(nèi)完成以防止欺詐。

這篇文章提出了一些關(guān)于如何實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)的設(shè)計(jì)。

另請參閱 2018 年的想法，這些想法與此處的想法密切相關(guān)：優(yōu)化提議承諾方案（Optimised proposal commitment scheme）

提議者/構(gòu)建者分離區(qū)塊提議設(shè)計(jì)的所需屬性

我們將重點(diǎn)關(guān)注五個(gè)主要的期望屬性：

不受信任的提議者友好性：提議者欺騙區(qū)塊構(gòu)建者的風(fēng)險(xiǎn)很小或沒有風(fēng)險(xiǎn)，因此區(qū)塊構(gòu)建者沒有動機(jī)選擇具有一定鏈下聲譽(yù)或與構(gòu)建者有個(gè)人關(guān)系的提議者（因?yàn)檫@將有利于大型池子）。
不受信任的構(gòu)建者友好性：區(qū)塊構(gòu)建者欺騙提議者的風(fēng)險(xiǎn)很小或沒有風(fēng)險(xiǎn)，因此提議者沒有動機(jī)選擇具有一定鏈下聲譽(yù)或與提議者有個(gè)人關(guān)系的構(gòu)建者（因?yàn)檫@會讓新的構(gòu)建者更難進(jìn)入市場）。如果需要存款來實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，則應(yīng)最大限度地降低門檻。
弱提議者友好性：該機(jī)制不應(yīng)該要求提議者具有 (i) 高帶寬或其他計(jì)算資源或 (ii) 高技術(shù)復(fù)雜性。
Bundle包不可竊取：提議者應(yīng)不可接受區(qū)塊構(gòu)建者提出的Bundle包并從中提取交易來制作自己的Bundle包，從而阻止區(qū)塊構(gòu)建者獲利（并可能進(jìn)一步損害他們）。
共識層的簡單性和安全性：從共識層的角度來看，該機(jī)制應(yīng)該繼續(xù)是安全的，并且最好與現(xiàn)有的區(qū)塊提議機(jī)制進(jìn)行相同的分析。

想法1

區(qū)塊構(gòu)建者生成bundle包并發(fā)布它們創(chuàng)建的bundle包的頭（headers），一個(gè)bundle包頭包含對包主體（bundle body）的commitment承諾（預(yù)期的區(qū)塊內(nèi)容）、對提議者的付款以及構(gòu)建者的簽名。
提議者選擇提供最高付款的bundle包頭（僅考慮構(gòu)建者有足夠余額來實(shí)際支付的bundle包）。他們簽署并發(fā)布包含該包頭（bundle header）的提議。
看到簽名的提議后，提供包含包頭（bundle header）的區(qū)塊構(gòu)建者將發(fā)布完整的bundle包。

在這一點(diǎn)上，分叉選擇規(guī)則有能力做出三個(gè)判斷中的一個(gè)（而不是通常的兩個(gè)）：

區(qū)塊提議不存在
區(qū)塊提議存在，但包主體（bundle body）不存在
區(qū)塊提議存在，并且包主體（bundle body）存在

請注意，在第二種情況下，proposal仍然成為了鏈的一部分，并且至關(guān)重要的是，區(qū)塊構(gòu)建者向提出者的付款仍在處理（但區(qū)塊構(gòu)建者自己不會獲得任何費(fèi)用或自己獲取MEV）。

分析

五個(gè)屬性中的三個(gè)很容易滿足：

提議者無條件地接受承諾的付款，因此bundle包不能欺騙提議者；
三個(gè)步驟都是非常自動化和低帶寬的，因此這滿足弱提議者友好性；
提議者無法看到他們正在簽署的bundle包的內(nèi)容，因此這滿足bundle包的不可竊取性；

而共識層屬性，以及不受信任的提議者友好性要更加棘手。這種設(shè)計(jì)確實(shí)改變了分叉選擇的工作方式，將其從2個(gè)選項(xiàng)增加到3個(gè)選項(xiàng)，這也意味著提議者不再是游戲中的最后一個(gè)參與者。從理論上講，人們可以推斷，如果分叉選擇能夠做出決定，那么這應(yīng)該是好的，但這仍然是一個(gè)潛在未知的重大變化。

提議者看不到bundle包內(nèi)容，也不能通過bundle包竊取來欺騙區(qū)塊構(gòu)建者，但是他們可以對區(qū)塊構(gòu)建者使用更微妙的攻擊。他們可以在一個(gè)slot時(shí)間段的末尾發(fā)布他們的提議，確保證明人（可能）按時(shí)看到proposal提議，但不能給區(qū)塊構(gòu)建者足夠的時(shí)間發(fā)布body，因此證明人很有可能沒有按時(shí)看到body。這給區(qū)塊構(gòu)建者帶來了風(fēng)險(xiǎn)，并激勵(lì)他們青睞值得信賴的提議者。此外，它還創(chuàng)造了一個(gè)機(jī)會，通過這個(gè)機(jī)會，惡意的大多數(shù)人可以對自己不喜歡的區(qū)塊構(gòu)建者進(jìn)行重罰。

對于這一問題，我認(rèn)為有兩種緩解方法：

證明人在接受提議的最長時(shí)間和接受一個(gè)body的最長時(shí)間之間有2秒的延遲。如果你信任證明人，這基本上可以解決問題，盡管區(qū)塊構(gòu)建者有損失資金風(fēng)險(xiǎn)的基本問題仍然存在。此外，尚不清楚證明者以這種方式投票是否符合激勵(lì)措施（盡管可通過要求他們證明提案的2 秒長VDF 解決方案來迫使他們等待）。
如果一個(gè)body沒有被包含在內(nèi)，提議者只會得到一半的付款（而區(qū)塊構(gòu)建者只支付一半）。這使得提議者惡意破壞的代價(jià)很高，但它仍確保了區(qū)塊構(gòu)建者惡意破壞的代價(jià)仍然很高（在這兩種情況下，代價(jià)都足以讓你相信甚至匿名參與者也不想這么做）。例如，如果一個(gè)bundle包的提議者費(fèi)用為1，區(qū)塊構(gòu)建者利潤為1.05:

（1）誠實(shí)的行為將導(dǎo)致（構(gòu)建者，提議者）回報(bào)為（0.05, 1）；

（2）提議者或證明人發(fā)布太晚，導(dǎo)致一個(gè)只有header頭的區(qū)塊被接受，則回報(bào)為 (-0.5, 0.5) ；

想法2

區(qū)塊構(gòu)建者制作bundle包并發(fā)布他們創(chuàng)建的bundle包頭。一個(gè)bundle包頭包含對內(nèi)容的承諾、對提議者的付款以及來自構(gòu)建者的簽名。
提議者選擇并簽署一份聲明，該聲明由他們所看到的bundle包頭列表組成。
看到該聲明后，選定的區(qū)塊構(gòu)建者會發(fā)布其相應(yīng)的包主體（bundle body）。
提議者從他們預(yù)先提交的列表中選擇一個(gè)bundle包頭，并用它發(fā)布一個(gè)提議。

有一個(gè)新的罰沒條件，它可以驅(qū)逐和懲罰任何發(fā)布不屬于（相同slot時(shí)間段內(nèi)）列表提議的提議者。

還要注意的是，提議者在步驟（2）中提交的bundle包頭列表也可以是包頭的加密哈希列表，其中每個(gè)哈希都加密到該bundle包的構(gòu)建者的公鑰，以便只有構(gòu)建者知道它們是否被接受。這降低了DoS攻擊風(fēng)險(xiǎn)。

分析

同樣，五個(gè)屬性中有三個(gè)很容易滿足：

提議者不能竊取bundle包，因?yàn)樗麄冎挥性谝褜⒆约合拗圃谟邢薜默F(xiàn)有bundle包頭集時(shí)才能看到任何bundle包主體。
如果不包括完整的body，就不可能發(fā)生構(gòu)建者對提議者的付款，因此提議者也不能在經(jīng)濟(jì)上欺騙構(gòu)建者。
共識屬性和以前一樣，因?yàn)橄到y(tǒng)仍然是提議者為最后一個(gè)行動者的游戲，并且共識規(guī)則決定的內(nèi)容沒有變化。

在這種情況下要確保的兩個(gè)較難的屬性是，弱提議者友好性和不受信任的區(qū)塊構(gòu)建者友好性。令人擔(dān)憂的是，惡意的區(qū)塊構(gòu)建者可以通過提出大量的提議來攻擊提議者，這些提議都提供了非常高的費(fèi)用，但從不公布其中任何一個(gè)提議的body。如果提議者對他們接受多少bundle包有上限，那么這種攻擊可以將所有合法bundle包定價(jià)，并使提議者沒有可合法包含在其區(qū)塊中的bundle包。如果提議者可接受的bundle包數(shù)量沒有上限，那么這可能導(dǎo)致向提議者發(fā)送無限數(shù)量的全bundle包體（相想每個(gè)500 kb），這是一個(gè)巨大的帶寬需求。

該難題的一個(gè)解決方案是以某種非硬性限制的方式對bundle包頭提交進(jìn)行速率限制。

提交bundle包的費(fèi)用，通過一些類似 EIP-1559 的機(jī)制進(jìn)行調(diào)整以達(dá)到一定的速率（例如每個(gè)slot 8個(gè)bundle包）。
作為區(qū)塊建設(shè)者的存款要求，以及一條規(guī)則，即當(dāng)更低價(jià)格的bundle包被包含了，而你發(fā)布的bundle包沒有被包含，那么你就不能為接下來的N個(gè)slot提交bundle包。

費(fèi)用本身也可能僅在你的bundle包未包含，但較低價(jià)格的undle包包含在內(nèi)的情況下收取，因?yàn)檫@是你可能存在惡意行為的具體情況（或提議者是惡意的或網(wǎng)絡(luò)當(dāng)時(shí)是壞的）。

這是有先例的，比如ENS拍賣收取0.5%的失敗者費(fèi)用，以阻止人們在顯然不會獲勝的情況下進(jìn)行出價(jià)（只是為了增加獲勝者必須支付的金額）。

然而，這些技術(shù)存在對提議者引入信任要求的風(fēng)險(xiǎn)，因此需要謹(jǐn)慎完成，并且未能將bundle包包含在內(nèi)的懲罰不能太高。

另一種解決方案是允許免費(fèi)和無限制的bundle包主體發(fā)布，但限制網(wǎng)絡(luò)層的主體傳播。一種簡單的算法是：

為可以傳播bundle包主體的最小時(shí)間添加一個(gè)輕微的延遲：最高支付bundle包的延遲為0秒，第二高支付bundle包的延遲為0.2秒，第三高支付 bundle包的延遲為0.38秒，第K高支付的bundle包，就延遲秒。

添加一個(gè)規(guī)則，如果節(jié)點(diǎn)已廣播了一個(gè)更高收入的bundle包主體，則該節(jié)點(diǎn)不會再廣播一個(gè)bundle包主體。

這兩種技術(shù)可以結(jié)合在一起：你可以收取少量費(fèi)用來將預(yù)期的bundle包數(shù)量減少到（例如）每slot 50個(gè)，然后使用這樣的網(wǎng)絡(luò)層機(jī)制進(jìn)一步降低帶寬需求。

結(jié)論

截至目前，我還無法確定上述兩種方法是否是解決問題的唯一途徑，可能還會有其他的方法。在這兩種方法中，想法 (1) 在概念上更簡單，但它給區(qū)塊構(gòu)建者帶來了風(fēng)險(xiǎn)以及更復(fù)雜的分叉選擇規(guī)則要求。

而從分叉選擇和共識角度來看，想法 (2)要更簡單，但它在處理惡意區(qū)塊構(gòu)建者DoS攻擊方面存在挑戰(zhàn)，并且該問題的任何解決方案也有可能產(chǎn)生其他的問題（盡管可以想象這可以最小化）。到目前為止，我仍然不確定哪個(gè)方案會更好一些。

注：原文作者是以太坊聯(lián)合創(chuàng)始人Vitalik Buterin。

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Tag：POS 共識機(jī)制 MEV

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