Vitalik關於以太坊可能的未來（三）：The Scourge

原文標題：Possible futures of the Ethereum protocol, part 3: The Scourge

原文作者：Vitalik Buterin

原文編譯：Tia，Techub News

前文閱讀：《Vitalik 關於以太坊可能的未來（一） ：The Merge》、《Vitalik 關於以太坊可能的未來（二）：The Surge》

以太坊L1 面臨的最大風險之一是POS 的中心化問題。如果 POS 存在規模效應，就會導致大型質押商占主導地位，小質押商退出並加入大質押池。進而更容易導致 51% 攻擊、交易審查等高風險事件。除了中心化風險之外，還有價值提取（value extraction）的風險，即一小群人獲取了原本屬於以太坊用戶的價值。

在過去的一年裡，我們對這些風險的理解進一步加深。眾所周知，有兩個環節涉及這種風險：（i）區塊構建，以及（ii）質押資本供應。較大的參與者可以透過運行更複雜的演算法（“MEV 提取”）來產生區塊，從而提高區塊收入。大型參與者還可以更有效地處理因資本被鎖定而帶來的不便，方法是將其作為流動質押代幣 (LST) 釋放給第三方。除了需要考慮質押者規模效應所帶來的問題，以太坊還需要考慮是否有質押（或將會存在）過多 ETH 的問題。

The Scourge，2023 年路線圖

今年，在「區塊建構」方面取得了重大進展，最顯著的是應用了「committee inclusion lists 排序解決方案」，同時對權益證明經濟學進行了大量研究，提出了包括兩層權益模型（two-tiered staking models）和減少發行以限制ETH 權益百分比等想法。

The Scourge：關鍵目標

· 盡量減少以太坊質押層的中心化風險（特別是在區塊建構和資本供應方面，又稱MEV 和質押池）

· 盡量減少從用戶身上過度榨取價值的風險

修復區塊建置管道

我們正在解決什麼問題？

如今，以太坊區塊建構主要透過嵌入 PBS 機制的 MEVBoost 來實現。當驗證者提議區塊時，他們會將選擇區塊內容的工作拍賣給建構者。選擇最大化收益的區塊需要專門的演算法，以便從鏈上提取盡可能多的利潤（這就是所謂的「MEV 提取」）。驗證者只需執行較簡單的任務如監聽出價並接受最高出價以及「證明（attest）」。

MEVBoost 所做工作的圖表：專業建構者承擔紅色任務，而質押者承擔藍色任務。

有許多版本，如「提議者-建構者分離」（PBS）和「證明者-提議者分離」（APS）。他們僅在一些職責部分有些細微差別。在 PBS 中，驗證者仍然提議區塊，但從建造者接收 payload，而在 APS 中，整個 slot 都是建構者的責任。最近，APS 比 PBS 更受歡迎，因為它進一步降低了提議者與建構者共謀的動機。請注意，APS 僅涉及執行區塊；包含權益證明相關數據（如證明）的共識區塊仍將隨機分配給驗證者。

將權力進一步劃分有助於保持驗證者的去中心化，但它有一個重要的代價：執行「專門」任務的參與者很容易變得中心化。以下是當今以太坊區塊的建構：

可以看到，其中兩個builder 決定了88% 的以太坊區塊內容。而這可能會產生參與者審查交易的情況。不過情況可能會比想像中好一些：阻止交易被納入需要 100% 的審查，只有 51% 是不夠的。而在 88% 的審查下，使用者需要等待平均 9 個 slot 才能被納入。對於某些情況，等待兩分鐘甚至五分鐘是可以的。但對於其他情況，例如 DeFi 清算，即使只是將其他人的交易延遲幾個區塊納入，也存在市場操縱風險。

區塊建構者為最大化收益而採取的策略是可能給用戶帶來其他負面影響的。 「三明治攻擊」這類交易可能導致用戶因滑點而遭受重大損失。並且，為進行這些攻擊而引入的交易會讓鏈產生擁堵，從而增加其他用戶的 gas 價格。

解決方案是什麼？它是如何運作的？

解決方案可以是進一步細分區塊生產任務：將選擇交易的任務交還給提議者（即質押者），而建構者只能對交易進行排序並插入一些他們自己的交易。這就是 inclusion lists 所做的事情。

在時間T，隨機選擇的質押者會根據當前狀態有效的交易清單建立一個inclusion list。在時間 T+1，區塊建構者（可能提前透過協議內拍賣機制選擇）會創建一個區塊。此區塊必須包含 inclusion list 中的每一筆交易，但建構者可以對交易進行排序，也可以添加自己的交易。

在分叉選擇強制納入清單 (FOCIL) 的提案中，每個區塊會有一個 multiple inclusion list 委員會。如果要將交易延遲一個區塊，創建 k inclusion list 的創建者（例如 k = 16）必須審查交易。 FOCIL 與透過拍賣選出的最終提議者（需要包含 inclusion list，但可以重新排序並添加新交易）的組合通常稱為“FOCIL + APS”。

解決問題的另一種方法是使用多個並發提議者 (MCP) 方案，例如 BRAID。 BRAID 力求避免將區塊提議者角色分為低規模經濟部分和高規模經濟部分，而是嘗試將區塊生產過程分配給許多參與者，這樣每個提議者只需要具有中等程度的複雜程度即可最大化其收入。 MCP 的工作原理是讓並行 k 提議者產生交易列表，然後使用確定性演算法（例如按費用從高到低排序）來選擇順序。

BRAID 不是透過執行預設軟體來確定區塊提議者來達到目標。它無法實現這一目標的兩個簡單易懂的原因是：

1.後動套利攻擊：假設提議者提交的平均時間為T，而交易被最遲提交並納入的時間是T+1 左右。現在，假設在中心化交易所，ETH/USDC 價格在 T 和 T+1 之間從 2500 美元漲至 2502 美元。那麼提議者可以多等一秒鐘，並添加一筆額外交易以在鏈上去中心化交易所進行套利，每 ETH 可獲利高達 2 美元。與網絡聯繫緊密的成熟提議者更有能力做到這一點。

2.獨家訂單流：用戶有動機將交易直接發送給單一提議者，以最大限度地降低他們遭受搶先交易和其他攻擊的風險。經驗豐富的提議者俱有優勢，因為他們可以建立基礎設施來接受這些直接來自用戶的交易，而且他們擁有更強的聲譽，因此向他們發送交易的用戶可以相信提議者不會背叛和搶先交易（這可以透過可信任硬體來緩解，但可信任硬體有自己的信任假設）

除了這兩個極端之外，還有一系列介於兩者之間的設計。例如，你可以拍賣一個在區塊中追加交易納入的角色（但無權重新排序）。

加密記憶體池

加密記憶體池是成功實作這些設計（特別是BRAID 或APS 版本，其中對拍賣功能有嚴格限制）的關鍵技術之一。加密記憶體池是一種技術，用戶以加密形式廣播其交易，並附上某種有效性證明，交易以加密形式包含在區塊中，而區塊構建者不知道內容（交易內容稍後會公佈）。

實作加密記憶體池的主要挑戰是想出一個設計，確保交易在確認後會被揭露：簡單的「提交與揭露」方案行不通，因為如果披露是自願的，那麼選擇披露或不披露的行為本身就是一種對可能被利用的區塊的“後動者”影響。實現這一點的兩種主要技術是 (i)閾值解密和 (ii) 延遲加密，這是一種與可驗證延遲函數 (VDF)密切相關的原語。

與現有研究有哪些關聯？

· 關於MEV 與建構者中心化的解釋：https://vitalik.eth.limo/general/2024/05/17/decentralization.html# mev-and-builder-dependence

· MEVBoost：https://github.com/flashbots/mev-boost

· Enshrined PBS（針對這些問題的早期解決方案）：https ://ethresear.ch/t/why-enshrine-proposer-builder-separation-a-viable-path-to-epbs/ 15710

· Mike Neuder 的inclusion list 相關閱讀材料清單：https://gist.github.com/michaelneuder/dfe5699cb245bc99fbc718031c773008

· Inclusion list EIP：https ://eips.ethereum.org/EIPS/eip-7547

· FOCIL：https ://ethresear.ch/t/fork-choice-enforced-inclusion-lists-focil-a-simple-committee-based-inclusion-list-proposal/19870

· Max Resnick 關於BRAID 的示範：https://www.youtube.com/watch?v=mJLERWmQ2uw

· Dan Robinson的《優先權就是你所需要的一切》：https ://www.paradigm.xyz/2024/06/priority-is-all-you-need

· 關於多提議者的小工具和協議：https ://hackmd.io/xz1UyksETR-pCsazePMAjw

· VDFResearch.org：https:// vdfresearch.org/

· 可驗證延遲函數和攻擊（重點關注RANDAO 設置，但也適用於加密的內存池）：https ://ethresear. ch/t/verifiable-delay-functions-and-attacks/2365

還剩下什麼要做？有什麼需要權衡？

我們可以將上述所有方案視為劃分質押權限的不同方式，這些方式按從規模經濟較低到規模經濟較高（「專業化友好”）的範圍排列。在2021 年之前，所有這些權限都集中在一個參與者身上：

核心難題是：任何留在質押者手中的有意義的權力，最終都可能與「MEV 相關」。我們希望一群高度去中心化的參與者擁有盡可能多的權力；這意味著(i) 將大量權力交到質押者手中，以及(ii) 確保質押者盡可能去中心化，這意味著他們幾乎沒有規模經濟驅動的整合動機。這是一個難以駕馭的緊張局面。

我們可以這樣看待 FOCIL + APS。權益持有者繼續擁有頻譜左側部分的權限，而頻譜右側部分則被拍賣給出價最高的人。

BRAID 則截然不同。 「質押者」部分較大，但被分成兩部分：輕質押者和重質押者。同時，由於交易按費用優先順序的降序排列，因此區塊頂部的選擇事實上透過費用市場進行拍賣，這種方案可以看作是類似於被封裝的PBS 。

請注意，BRAID 的安全性在很大程度上取決於加密的記憶體池；否則，區塊頂部拍賣機制很容易受到策略竊取攻擊（本質上：複製其他人的交易、交換收件人地址並支付0.01% 的更高費用）。這種預先納入隱私的需求也是 PBS 難以實施的原因。

最後，是FOCIL + APS 的更「激進」版本，例如APS 僅確定區塊末尾的選項，如下所示：

剩下的主要任務是：（i）努力鞏固各種提案並分析其後果；（ii ）將這種分析與對以太坊社群目標的理解結合起來，即以太坊社群將容忍何種形式的中心化。每個單獨的提案也需要做一些工作，例如：

· 繼續致力於加密記憶體池的設計，並達到既穩健又合理簡單、可供納入的設計。

· 優化多個inclusion list 的設計，以確保(i) 它不會浪費數據，特別是在inclusion list 涵蓋blob 的背景下，以及( ii) 它對無狀態驗證器友善。

· 更多關於 APS 最佳拍賣設計的研究。

此外，值得注意的是，這些不同的提案不一定是彼此不相容的分叉。例如，實施 FOCIL + APS 很容易成為實施 BRAID 的墊腳石。一個有效的保守策略是採取「觀望」方法，我們首先實施一種解決方案，限制質押者的權限，並將大部分權限拍賣，然後隨著我們對即時網路上MEV 市場運作的了解越來越多，隨著時間的推移慢慢增加質押者的權限。

它如何與路線圖的其他部分互動？

解決一個質押中心化瓶頸與解決其他瓶頸之間存在積極的互動。打個比方，想像一個世界，創立自己的公司需要自己種植食物、製造自己的電腦、擁有自己的軍隊。在這個世界裡，只有少數公司可以存在。解決這三個問題中的一個會對情況有所幫助，但幫助不大。解決兩個問題的幫助是解決一個問題的兩倍以上。解決三個問題的幫助將遠遠超過三倍——如果你是一個單獨的企業家，要么 3/3 的問題得到解決，要么你就沒有機會了。

具體來說，質押的中心化瓶頸包括：

· 區塊建構中心化（本部分）

· 出於經濟原因的質押中心化（下一節）

· 由於32 ETH 最低限額導致質押中心化（已通過Orbit 或其他技術解決；請參閱合併帖子）

· 由於硬體要求而導致的質押中心化（在Verge 中已透過無狀態客戶端和後來的ZK-EVM 解決）

解決這四個問題中的任何一個都會增加解決其他任何問題的收益。

此外，區塊建構和單時隙最終性設計之間存在相互作用，特別是在試圖減少時隙時間的情況下。很多區塊建構的設計最終會增加時隙時間。很多區塊建構設計的流程中會牽涉到證明者的角色。因此，在設計時可以將區塊建置和單時隙最終性同時考慮。

修復質押經濟

我們正在解決什麼問題？

目前，約有 30% 的 ETH 供應量處於活躍質押狀態。這足以保護以太坊免受 51% 攻擊。如果質押的 ETH 比例進一步增加，研究人員擔心會出現另一種情況：如果幾乎所有 ETH 都被質押，將會出現風險。這些風險包括：

· 質押從專家的一項有利可圖的任務變成了所有 ETH 持有者的義務。因此，普通質押者會選擇最簡單的方法而不傾向於自己質押（將他們的代幣委託給提供最大便利的中心化運營商）

· 如果所有的ETH 都被質押，那麼罰沒機制的可信度就會減弱

· 單一流動性質押代幣可以接管大部分質押，甚至接管ETH 本身的「貨幣」網路效應

· 以太坊每年不必要地額外發行約 100 萬 ETH。如果一種流動性質押代幣獲得主導網路效應，那麼其中很大一部分價值甚至可能被 LST 捕獲。

它是什麼？它是如何運作的？

從歷史上看，有一個解決方案是：如果每個人都不可避免地進行質押，並且流動質押代幣不可避免，那麼讓我們讓質押變得友好，擁有一種實際上無需信任、中立且最大程度去中心化的流動質押代幣。一種簡單的方法是將質押懲罰限制在例如 1/8，這將使 7/8 的質押 ETH 無法罰沒，因此有資格放入相同的流動質押代幣中。另一個選擇是明確創建兩層質押：「承擔風險」（可罰沒）質押，其上限將為所有 ETH 的 1/8，以及「無風險」（不可罰沒）質押，每個人都可以參與。

然而，對這種方法的一個批評是，它在經濟上似乎等同於某種更簡單的做法：如果質押量接近某個預定上限，就大幅減少發行量。基本論點是：如果我們最終生活在一個風險承擔層有3.4% 的回報率，而無風險層（每個人都參與其中）有2.6% 的回報率的世界，這實際上與質押ETH 有0.8% 的回報率，而僅僅持有ETH 有0% 的回報率的世界是一樣的。在兩種情況下，風險承擔層的動態（包括總質押量和中心化）都是相同的。所以我們應該做簡單的事情，減少發行量。

對此論點的主要反駁是，我們是否可以使「無風險層級」仍然發揮一些有用的作用和一定程度的風險（例如Dankrad 在此處提出的觀點）。

這兩條提議都暗示要改變發行曲線，這樣如果質押量過高，回報率就會變得過低。

左圖：Justin Drake 提出的調整發行曲線提案。右圖：Anders Elowsson 提出的另一組提案。

另一方面，雙層質押需要設定兩條報酬曲線：（i）「基本」（無風險或低風險）質押的報酬率，以及（ii）承擔風險質押的溢價。設定這些參數的方法有很多種：例如，如果你設定一個硬性參數，即 1/8 的質押是可罰沒的，那麼市場動態將決定可罰沒質押所獲得的報酬率的溢價。

這裡的另一個重要主題是 MEV 捕獲。如今，來自 MEV 的收入（例如 DEX 套利、夾層交易…）歸提議者，即質押者所有。這種收入對協議來說是完全「不透明」的：協議無法知道它是 0.01% APR、1% APR 還是 20% APR。從多個角度來看，這種收入流的存在非常不方便：

1.這是一個不穩定的收入來源，因為每個個人質押者只有在他們提出一個區塊時才能獲得收入，而現在這個數字大約是每4 個月一次。這激勵人們加入礦池以獲得更穩定的收入。

2.這導致了激勵分配不均衡：提議的激勵太多，證明的激勵太少。

3.這使得股權上限很難實施：即使「官方」回報率為零，單憑MEV 收入就足以促使所有ETH 持有者進行股權質押。因此，現實的股權上限提案實際上必須使回報接近負無窮大，例如這裡提出的。毋庸置疑，這會給質押者，尤其是 solo stake 者帶來更多風險。

我們可以透過找到一種方法來使 MEV 收入對協議清晰可讀並捕獲它來解決這些問題。最早的提議是 Francesco 的 MEV smooth；今天，人們普遍認為，任何提前拍賣區塊提議者權利（或更一般地說，足以捕獲幾乎所有 MEV 的權力）的機制都可以實現相同的目標。

與現有研究有哪些關聯？

· 發行.wtf：https://issuance.wtf/

· 終局質押經濟學，一個針對性的案例：https://ethresear.ch/t/endgame-staking-economics-a-case-for-targeting/18751

· 發行水平的屬性，Anders Elowsson：https://ethresear.ch/t/properties-of-issuance-level-consensus-incentives-and-variability-across-potential-reward-curves/18448

· 驗證器集大小上限：https://notes.ethereum.org/@vbuterin/single _slot_finality ?type=view#Economic-capping-of-total-deposits

· 關於多層質押理念的想法：https://notes.ethereum.org/@vbuterin/staking _2023_10 ?type=view

· 彩虹質押：https ://ethresear.ch/t/unbundling-staking-towards-rainbow-staking/18683

· Dankrad 的流動性質押提案：https://notes.ethereum.org/Pcq3m8B8TuWnEsuhKwCsFg

· MEV smoothing，作者：Francesco：https :/ /ethresear.ch/t/committee-driven-mev-smoothing/10408

· MEV burn，作者：Justin Drake：https://ethresear.ch/ t/mev-burn-a-simple-design/15590

還剩下什麼要做？有什麼需要權衡？

剩下的主要任務是同意什麼都不做，並接受幾乎所有ETH 都位於LST 內的風險，或者最終確定並同意上述提案之一的細節和參數。收益和風險的大致總結如下：

政策需要決定風險

不做任何事* MEV burn 實施細節* 幾乎100% 的ETH 都被質押，很可能是在LST 中（也許是一個占主導地位的LST）* 宏觀經濟風險

質押上限（透過改變發行曲線）* 獎勵函數和參數（特別是上限是多少）* MEV burn 實施細節* 哪些質押者進入和離開尚未解決，剩餘質押者集合可能是中心化的

雙層質押* 無風險層的作用* 參數（例如，確定在風險承擔層中質押的金額的經濟學）* MEV burn 實施* 哪些利益相關者進入和離開尚未解決，風險承擔集可能集中化

它如何與路線圖的其他部分互動？

與 solo stake 有關。如今，能夠運行以太坊節點的最便宜的 VPS 每月成本約為 60 美元，主要是由於硬碟儲存成本。對於 32 ETH 質押者（撰寫本文時為 84,000 美元），這會使 APY 降低 (60 * 12) / 84000 ~= 0.85%。如果總質押回報率低於 0.85%，那麼對於許多處於這一水平的人來說，solo stake 將變得不可行。

如果我們希望solo stake 可以實現，這需要降低節點運作成本（這將在Verge 中實現）：無狀態性將消除儲存空間要求，然後L1 EVM 有效性證明將使成本變得很低。

另一方面，MEV burn 可以說有助於 solo stake。雖然這會降低每個人的收益，但更重要的是它降低方差，使質押不再像彩票。

最後，任何發行量的變化都會與質押設計的其他根本變化（例如彩虹質押）相互作用。一個特別值得關注的問題是，如果質押回報變得非常低，這意味著我們必須在以下兩個方面做出選擇：（i）降低懲罰，減少對不良行為的抑制；（ii）保持高懲罰，這會讓即使是善意的驗證者，如果不幸遇到技術問題甚至受到攻擊，也會意外地獲得負回報。

應用層解決方案

以上部分重點介紹了以太坊Layer-1 的變更，這些改變可以解決中心化風險。然而，以太坊不僅僅是一個 Layer-1，它是一個生態系統，因此，一些重要的應用層策略可以幫助減輕上述風險。以下是一些範例：

· 專門的質押硬體解決方案- 一些公司，例如Dappnode，正在銷售專門設計的硬件，以使操作質押節點變得盡可能簡單。使此解決方案更有效的一種方法是提出以下問題：如果用戶已經花費精力讓一個盒子全天候運行並連接到互聯網，那麼它還能為用戶或其他人提供哪些受益於去中心化的其他服務？想到的例子包括 (i) 出於自我主權和隱私原因運行本地託管的 LLM，以及 (ii) 為去中心化 VPN 運行節點。

· 小隊質押- Obol 的此解決方案允許多人以 M-of-N 格式共同質押。隨著時間的推移，這可能會變得越來越流行，因為無狀態性和後來的L1 EVM 有效性證明將減少運行更多節點的開銷，並且每個參與者無需擔心一直在線的好處開始佔主導地位。這是減少質押認知開銷的另一種方法，並確保個人質押在未來會繁榮發展。

· 空投- Starknet 向 solo stake 者提供了空投。希望擁有去中心化且價值觀一致的用戶群的其他項目也可以考慮向被確定為可能是 solo stake 者的驗證者提供空投或折扣。

· 去中心化區塊建立市場- 使用ZK、MPC 和TEE 的組合，可以創建一個去中心化的區塊建構者，參與並贏得APS 拍賣遊戲，同時為其用戶提供預先確認的隱私和審查抵制保證。這是在 APS 世界中改善用戶福利的另一種途徑。

· 應用層MEV 最小化- 可以以更少的MEV“洩漏”到L1 的方式構建單一應用，從而減少區塊構建者創建專門演算法來收集MEV 的動機。一種通用的簡單策略（雖然不方便且破壞可組合性）是讓合約將所有傳入的操作放入隊列並在下一個區塊中執行，並拍賣跳過隊列的權利。其他更複雜的方法包括像 Cowswap 那樣在鏈下做更多工作。也可以重新設計預言機以最小化預言機可提取的價值。

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