以太坊网络在近期和中期的无许可性和去中心化改进前景

提升以太坊网络无许可性和去中心化的近期和中期未来

提升以太坊网络无许可性和去中心化的近期和中期未来

特别感谢 Dankrad Feist、Caspar Schwarz-Schilling 和 Francesco 的快速反馈和审阅。

我正在肯尼亚参加以太坊开发者互操作性会议的最后一天，在这里我们取得了大量进展，实现了即将到来的重要以太坊改进的技术细节，特别是 PeerDAS、Verkle 树过渡 以及在 EIP 4444 背景下存储历史的去中心化方法。从我个人的角度来看，以太坊开发的步伐以及我们交付大型重要功能的能力正在增加，这些功能显著改善了节点运营商和（L1 和 L2）用户的体验。

鉴于这种更强的技术能力，一个重要的问题是：我们是否在朝着正确的目标前进？ 促使我们思考这一点的是长期 Geth 核心开发者 Peter Szilagyi 最近的一系列不满推文：

这些是合理的担忧。它们是以太坊社区中许多人表达的担忧。它们也是我个人多次感受到的担忧。然而，我也不认为情况像 Peter 的推文所暗示的那样无望；相反，许多担忧已经在进行中的协议功能中得到解决，而其他许多担忧可以通过对当前路线图进行非常现实的调整来解决。

为了在实践中理解这意味着什么，让我们逐一分析 Peter 提供的三个例子。目标不是特别关注 Peter；这些是许多社区成员广泛分享的担忧，解决它们非常重要。

MEV 和构建者依赖

过去，以太坊区块是由矿工创建的，他们使用相对简单的算法来创建区块。用户将交易发送到一个通常称为“内存池”（或“交易池”）的公共 p2p 网络。矿工监听内存池，并接受有效且支付费用的交易。他们尽可能多地包含交易，如果没有足够的空间，他们会优先考虑高费用优先。

这是一个非常简单的系统，并且对去中心化友好：作为矿工，你只需运行默认软件，就可以从区块中获得与高度专业化的矿场相同的费用收入。然而，大约在 2020 年，人们开始利用所谓的矿工可提取价值（MEV）：只有通过执行复杂的策略才能获得的收入，这些策略了解各种 DeFi 协议中的活动。

例如，考虑像 Uniswap 这样的去中心化交易所。假设在时间 T，USD/ETH 汇率——在中心化交易所和 Uniswap 上——是 $3000。在时间 T+11，中心化交易所的 USD/ETH 汇率上升到 $3005。但以太坊还没有下一个区块。在时间 T+12，它有了。谁创建了这个区块，谁就可以让他们的第一笔交易成为一系列 Uniswap 买入，以 $3000 到 $3004 的价格购买 Uniswap 上所有可用的 ETH。这是额外的收入，称为 MEV。除了 DEXes 之外，其他应用程序也有类似的问题。Flash Boys 2.0 论文 于 2019 年发表，详细探讨了这一点。

问题在于，这打破了为什么挖矿（或 2022 年后的区块提议）可以“公平”的故事：现在，那些更有能力优化这些提取算法的大型参与者可以获得更好的每区块回报。

从那时起，人们一直在争论两种策略，我将其称为MEV 最小化和MEV 隔离。MEV 最小化有两种形式：(i) 积极致力于开发无 MEV 的 Uniswap 替代方案（例如 Cowswap），以及 (ii) 构建协议内技术，如加密内存池，以减少区块生产者可获得的信息，从而减少他们可以捕获的收入。特别是，加密内存池可以防止诸如三明治攻击之类的策略，这些策略将交易放置在用户交易之前和之后，以便从财务上剥削他们（“抢跑交易”）。

MEV 隔离通过接受 MEV 来工作，但试图通过将市场分为两种参与者来限制其对质押中心化的影响：验证者负责验证和提议区块，但选择区块内容的任务通过拍卖协议外包给专门的构建者。个人质押者现在不再需要自己优化 DeFi 套利；他们只需加入拍卖协议，并接受最高出价。这被称为提议者/构建者分离（PBS）。这种方法在其他行业有先例：餐厅能够保持如此去中心化的一个主要原因是，它们通常依赖相当集中的提供商来处理各种具有大规模经济效应的操作。到目前为止，PBS 在确保小型验证者和大型验证者处于公平竞争环境方面相当成功，至少在 MEV 方面是如此。然而，它带来了另一个问题：选择哪些交易被包含的任务变得更加集中。

我对这个问题的看法一直是，MEV 最小化是好的，我们应该追求它（我个人经常使用 Cowswap！）——尽管加密内存池有很多挑战，但 MEV 最小化可能还不够；MEV 不会降到零，甚至不会接近零。因此，我们还需要某种形式的 MEV 隔离。这创造了一个有趣的任务：我们如何使“MEV 隔离盒”尽可能小？我们如何给构建者尽可能少的权力，同时仍然保持他们优化套利和其他形式的 MEV 收集的能力？

如果构建者有权完全排除区块中的交易，那么可能会出现一些攻击。假设你在一个 DeFi 协议中有一个抵押债务头寸（CDP），由价格迅速下跌的资产支持。你想增加抵押品或退出 CDP。恶意的构建者可能会串通拒绝包含你的交易，延迟它直到价格下跌到足以强制清算你的 CDP。如果发生这种情况，你将不得不支付高额罚款，而构建者将获得其中的大部分。那么我们如何防止构建者排除交易并完成这些攻击呢？

这就是包含列表的用武之地。

包含列表允许区块提议者（即质押者）选择必须进入区块的交易。构建者仍然可以重新排序交易或插入自己的交易，但他们必须包含提议者的交易。最终，包含列表被修改 为约束下一个区块而不是当前区块。无论哪种情况，它们都剥夺了构建者完全排除交易的能力。

以上都是复杂背景的深坑。但 MEV 是一个复杂的问题；即使上述描述也遗漏了许多重要的细节。正如老话所说，“你可能没有在寻找 MEV，但 MEV 正在寻找你”。以太坊研究人员已经在“最小化隔离盒”的目标上达成一致，尽可能减少构建者可能造成的伤害（例如，通过排除或延迟交易来攻击特定应用程序）。

话虽如此，我认为我们可以走得更远。历史上，包含列表通常被视为“偏于一隅的特殊功能”：通常情况下，你不会考虑它们，但以防万一恶意构建者开始做疯狂的事情，它们为你提供了一条“备用路径”。这种态度反映在当前的设计决策中：在当前的 EIP 中，包含列表的 gas 限制约为 210 万。但我们可以对包含列表的思考方式进行哲学上的转变：将包含列表视为区块本身，而将构建者的角色视为添加几笔交易以收集 MEV 的偏于一隅的功能。如果构建者有 210 万的 gas 限制呢？

我认为朝着这个方向发展的想法——真正推动隔离盒尽可能小——非常有趣，我支持朝这个方向发展。这是从“2021 年时代的哲学”的转变：在 2021 年时代的哲学中，我们更热衷于这样一个想法，即既然我们现在有构建者，我们可以“超载”它们的功能，让它们以更复杂的方式为用户服务，例如通过支持 ERC-4337 费用市场。在这种新哲学中，ERC-4337 的交易验证部分必须被纳入协议。幸运的是，ERC-4337 团队已经越来越热衷于这个方向。

总结：MEV 思想已经在朝着赋予区块生产者权力的方向发展，包括赋予区块生产者直接确保用户交易被包含的权力。账户抽象提案已经在朝着减少对中心化中继器甚至打包者的依赖的方向发展。然而，有充分的理由认为我们做得还不够，我认为推动开发过程朝这个方向进一步发展的压力是非常受欢迎的。

流动性质押

今天，独立质押者占所有以太坊质押的相对较小比例，大多数质押由各种提供商完成——一些是中心化运营商，另一些是 DAO，如 Lido 和 RocketPool。

我进行了自己的研究——各种调查 [1] [2]、问卷调查、面对面交谈，询问的问题是“为什么你——特别是你——今天不进行独立质押？” 对我来说，一个强大的独立质押生态系统是以太坊质押的首选结果，以太坊最好的事情之一是我们实际上试图支持一个强大的独立质押生态系统，而不是简单地投降于委托。然而，我们离这个结果还很远。在我的调查和问卷中，有几个一致的趋势：

1. 大多数不进行独立质押的人将主要原因归咎于 32 ETH 的最低要求。
2. 在那些引用其他原因的人中，最高的是运行和维护验证者节点的技术挑战。
3. ETH 的即时可用性损失、“热”私钥的安全风险以及同时参与 DeFi 协议的能力的损失是重要但较小的担忧。

质押研究需要解决两个关键问题：

1. 我们如何解决这些担忧？
2. 如果尽管有效地解决了大多数这些担忧，大多数人仍然不想进行独立质押，我们如何在这种情况下保持协议的稳定性和对攻击的鲁棒性？

许多正在进行的研究和开发项目正是为了解决这些问题：

1. Verkle 树 加上 EIP-4444 允许质押节点以非常低的硬盘要求运行。此外，它们允许质押节点几乎即时同步，大大简化了设置过程，以及从一个实现切换到另一个实现的操作。它们还通过减少每次状态访问所需的数据带宽，使以太坊轻客户端更加可行。
2. 研究 (例如这些提案) 如何允许更大的验证者集（从而实现更小的质押最低要求），同时减少共识节点的开销。这些想法可以作为 单槽最终性 的一部分实施。这样做还可以使轻客户端更安全，因为它们能够验证完整的签名集，而不是依赖 同步委员会)。
3. 正在进行的以太坊客户端优化继续降低运行验证者节点的成本和难度，尽管历史在增长。
4. 关于 惩罚上限 的研究可以潜在地缓解私钥风险的担忧，并使质押者能够同时将其 ETH 质押在 DeFi 协议中，如果他们希望这样做的话。
5. 0x01 提款凭证 允许质押者设置一个 ETH 地址作为他们的提款地址。这使得去中心化质押池更加可行，使它们比中心化质押池更具优势。

然而，我们还可以做更多。理论上，允许验证者更快地提款是可能的：Casper FFG 即使在每次最终确定时（即每个 epoch 一次）验证者集变化几个百分比仍然是安全的。因此，如果我们投入精力，我们可以大大减少提款期。如果我们想大大减少最低存款大小，我们可以做出一个艰难的决定，在其他方向上进行权衡，例如，如果我们增加最终性时间 4 倍，这将允许 4 倍的最低存款大小减少。单槽最终性将通过完全超越“每个质押者参与每个 epoch”的模式来稍后清理这一点。

整个问题的另一个重要部分是质押的经济学。一个关键问题是：我们希望质押成为一个相对小众的活动，还是希望每个人或几乎每个人都质押他们所有的 ETH？如果每个人都在质押，那么我们希望每个人承担什么责任？如果人们最终因为懒惰而简单地委托这个责任，这可能会导致中心化。这里有一些重要而深刻的哲学问题。错误的答案可能会导致以太坊走向中心化和“用额外的步骤重新创建传统金融系统”；正确的答案可以创建一个成功的生态系统的光辉榜样，拥有广泛而多样化的独立质押者和高度去中心化的质押池。这些是触及以太坊核心经济学和价值观的问题，因此我们需要更多样化的参与。

节点的硬件要求

以太坊去中心化中的许多关键问题最终归结为一个定义了区块链政治 十年 的问题：我们希望如何使运行节点变得可访问，以及如何？

今天，运行节点很难。大多数人不会这样做。在我用来写这篇文章的笔记本电脑上，我有一个 reth 节点，它占用了 2.1 TB——这已经是英勇的软件工程和优化的结果。我需要去买一个额外的 4 TB 硬盘来放入我的笔记本电脑以存储这个节点。我们都希望运行节点更容易。在我的理想世界中，人们能够在手机上运行节点。

正如我上面写的，EIP-4444 和 Verkle 树是两个关键技术，使我们更接近这个理想。如果两者都实现，节点的硬件要求可能会最终减少到不到一百 GB，如果我们完全消除历史存储责任（可能仅适用于非质押节点），甚至可能接近零。Type 1 ZK-EVMs 将消除你自己运行 EVM 计算的需要，因为你可以简单地验证执行正确的证明。在我的理想世界中，我们将所有这些技术叠加在一起，甚至以太坊浏览器扩展钱包（例如 Metamask、Rabby）都有一个内置节点，验证这些证明，进行数据可用性采样，并确信链是正确的。

这些都是已知且理解的，即使是那些对以太坊节点大小提出担忧的人。然而，有一个重要的担忧：如果我们将维护状态和提供证明的责任转移出去，那么这不是一个中心化向量吗？即使他们不能通过提供无效数据来作弊，过度依赖他们是否仍然违背了以太坊的原则？

这个担忧的一个非常近期的版本是许多人对 EIP-4444 的不适：如果常规以太坊节点不再需要存储旧历史，那么谁存储？ 一个常见的答案是：肯定有足够多的大型参与者（例如区块浏览器、交易所、第二层）有动机持有这些数据，与 Wayback Machine 存储的 100 PB 相比，以太坊链很小。所以认为任何历史实际上会丢失是荒谬的。

然而，这个论点依赖于对少数大型参与者的依赖。在我的 信任模型分类 中，这是一个 1-of-N 的假设，但 N 相当小。这有其尾部风险。我们可以做的一件事是将旧历史存储在对等网络中，每个节点只存储一小部分数据。这种网络仍然会进行足够的复制以确保鲁棒性：每份数据将有数千份副本，未来我们可以使用纠删码（实际上，通过将历史放入 EIP-4844 风格的 blob 中，这些 blob 已经内置了纠删码）来进一步增强鲁棒性。

长期以来，这项工作一直被搁置；Portal Network 存在，但实际上它没有得到与其在以太坊未来中的重要性相称的关注。幸运的是，现在有强烈的兴趣和动力将更多资源投入到专注于分布式存储和可访问性的最小化版本的 Portal 中。这种动力应该被建立起来，我们应该共同努力尽快实施 EIP-4444，并配套一个强大的去中心化对等网络来存储和检索旧历史。

对于状态和 ZK-EVMs，这种分布式方法更难。要构建一个高效的区块，你必须有完整的状态。在这种情况下，我个人倾向于一种务实的方法：我们定义并坚持某种级别的硬件要求，以拥有一个“做所有事情的节点”，这比（理想情况下不断降低的）仅验证链的成本更高，但仍然足够低，足以让爱好者负担得起。 我们依赖于 1-of-N 的假设，我们确保 N 相当大。例如，这可以是一台高端消费级笔记本电脑。

ZK-EVM 证明可能是最

• 原文链接： vitalik.eth.limo/general...
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