以太坊为什么需要提议者-建造者分离（PBS） ？

引言

Proposer-Builder Separation (PBS)，提议者-构建者分离，旨在减少最大可提取价值 (MEV) 的负面影响。要理解什么是提议者-构建者分离以及它如何工作，熟悉诸如 MEV，mempools（内存池），blocks（区块），以及 Proof-of-Stake (PoS)（权益证明）等概念至关重要。此外，由于提议者-构建者分离 (PBS) 仍在积极开发中，此处讨论的一些技术细节和机制可能会发生变化。

为什么我们需要提议者-构建者分离？

中心化风险

合并之后，以太坊的安全性取决于质押 32 ETH 的验证者。由于并非每个人都能负担得起，许多用户转而加入质押池。然而，足够数量的单独质押者对于保持网络去中心化和安全至关重要。

MEV 已成为验证者的关键收入来源，尤其是在区块奖励低于挖矿期间的情况下。大型质押池拥有更好的工具和基础设施来提取 MEV，这赋予了他们不公平的优势。单独质押者经常错失这些额外奖励，从而促使他们加入更大的池。这种趋势加剧了中心化，并且违背了以太坊去中心化的核心原则。

Permissioned mempools（许可型内存池）

为了避免三明治攻击和抢跑交易，交易者可能会绕过公共内存池，直接将交易发送给提议者，从而确保隐私，同时分享 MEV 利润作为回报。

这种做法可能会演变成“暗池”——私有的、付费访问的内存池——这会降低以太坊的开放性，并使其转向“付费游戏”系统。

这种许可型系统还会加深中心化风险，因为大型验证者池最适合提供这些服务并捕获更多 MEV，从而进一步巩固其主导地位。

网络健康

像抢跑交易和三明治攻击这样的攻击会导致更高的 gas 费，因为搜索者通过在优先 gas 拍卖中出价更高来进行竞争。它们还会通过用垃圾交易淹没内存池来导致网络拥塞，这可能会延迟或阻止常规用户交易的确认。这会降低网络健康，并最终导致糟糕的用户体验。

复杂性

目前，运行以太坊验证者通常需要专门的知识和昂贵的硬件。这种复杂性构成了高准入门槛，使得许多人难以参与验证者池。

PBS 是如何工作的？

Proposer-Builder Separation (PBS)（提议者-构建者分离）是一种协议设计，旨在减少 MEV（最大可提取价值）的有害影响，尤其是在以太坊的共识层。PBS 背后的主要思想是分离两个关键角色的职责：区块提议者和区块构建者。

传统上，验证者负责选择要包含在区块中的交易（区块构建）和向网络提议区块。这种设置使他们能够重新排序或审查交易以提取 MEV，这可能导致中心化和不公平的结果。PBS 通过将构建区块的任务委派给称为区块构建者的专门参与者来改变这一点，而验证者（提议者）继续提议区块并在共识中投票。

以下是它的工作原理：

• 区块构建者从公共内存池和私有来源收集交易，然后以最大化其价值（包括任何 MEV 机会）的方式构建区块。
• 然后，他们向提议者提交竞标（提议的付款），以及一个盲化的区块头，该区块头隐藏了完整的区块内容，但证明了其有效性。
• 提议者选择出价最高的竞标，签署盲化的区块头，并承诺提议它。
• 一旦构建者看到签名的区块头，他们就会公开完整的区块（执行有效负载），然后将其包含在链中。

虽然这是理想的方法，但当前的设计依赖于信任被称为中继器的中间人。该过程使用提交-公开方案来保护构建者免受提议者窃取其工作的侵害。它还有助于创建一个有竞争力的构建者市场，从而带来更好的区块质量和更公平的 MEV 分配。

虽然提议者仍然通过构建者的竞标获得 MEV 收入，但他们不再直接控制交易排序。这降低了中心化的风险，使 MEV 分配更加公平，使单独质押者无需高级 MEV 策略即可参与，并提高了以太坊网络的整体安全性和中立性。

MEV-Boost：当前的 PBS 实现

PBS 尚未实施共识协议，而 MEV-Boost 是一个临时的解决方案。MEV-Boost 是验证者用来与有竞争力的区块构建者市场建立连接的开源工具。这种链下设计涉及以下参与者：具有 MEV-Boost 的提议者、构建者 和 中继器。

提议者

正如我们所知，提议者是由以太坊随机选择的验证者来提议一个区块。他们在他们的共识客户端旁边运行 MEV-Boost 软件，这使他们能够将区块构建任务外包给外部方（构建者）。提议者评估他们连接的中继器的各种区块报价（仅包含“盲化的头”和拟议的付款金额），选择为他们提供最高付款的报价。他们签署所选区块的盲化头，承诺提议该区块并接受付款。一旦他们收到整个区块体（包含交易）以换取他们签名的头，他们就会将此区块广播到以太坊网络。

当前，很大一部分的区块是使用 MEV-Boost 构建的：

此外，利用 Builder API 的验证者仍然需要保持本地区块构建能力。这确保了如果外部区块构建者没有及时响应，他们可以回退到自己生成一个区块。这种策略可以防止他们错过区块提议奖励，并有助于保持网络活性，即使 MEV-Boost 遇到问题。

MEV-Boost

MEV-Boost 是一个由验证者运行的开源软件，它充当验证者的共识客户端和中继器之间的中介（中间件）。MEV-Boost 聚合来自所有连接的中继器的区块竞标（盲化的头），并识别出支付最高的报价以呈现给验证者。在验证者签署所选的盲化区块头之后，MEV-Boost 将此签名头转发到相关的中继器。在收到来自中继器的整个区块体后，MEV-Boost 为验证者验证它，然后将其传递下去。此软件的一个关键目的是使验证者能够从 MEV 中受益，而无需事先信任构建者或中继器（通过盲签名）。

中继器

中继器 是信任最小化的第三方服务器，充当构建者和验证者之间的关键通信桥梁，连接到一个或多个构建者。它们从各种构建者那里收集区块竞标，其中包括完整的区块体和拟议的付款。中继器验证构建者提交的区块是否遵守以太坊协议规则（例如，有效的交易、gas 限制），但它们这样做时不会将区块的内容（特别是 MEV 机会）泄露给其他搜索者或提议者。然后，它们将来自其连接的构建者的最有利可图和有效的区块报价的区块头和竞标金额转发给 MEV-Boost。一旦验证者发回已签名的盲化头，中继器就会将完整的区块内容公开给以太坊网络。中继器的设计使得验证者无需明确信任构建者来支付或交付有效的区块；一旦验证者签名，付款就得到保证，如果构建者的区块无效或不可用，则构建者承担财务损失。它们的目标是在构建者和验证者之间提供一个透明和可靠的市场。

构建者

区块构建者 是专门的角色，他们优化区块内容，包括交易排序和 MEV 机会，以创建最有价值的区块。它们首先从公共内存池、搜索者和私有订单流收集交易。搜索者可以将他们的捆绑交易直接发送给构建者，而不想被抢跑或被三明治攻击的用户可以通过私有订单流服务（例如 Flashbots Protect）发送他们的交易，这些服务将这些交易转发给构建者，绕过公共内存池。他们在区块结构中安排这些收集的交易和 MEV 捆绑包，遵守 gas 限制和其他规则，旨在最大化区块的价值（从而最大化他们可以提供给验证者的付款）。它们将自己的地址设置为区块头中的 feeRecipient，并在区块末尾包含一笔交易，该交易向提议者的 feeRecipient 支付 ETH。这些优化的区块以及竞标被发送到中继器。构建者在这种环境中竞争以构建最有利可图的区块，从而使他们能够进行最高的竞标并赢得提议其区块的权利。

这是一个图表，以便更好地理解：

https://www.galaxy.com/insights/research/mev-the-rise-of-the-builders/

现在让我们逐步了解验证者和构建者之间的过程：

https://ethereum.org/content/developers/docs/mev/mev.png

1. 提议者请求区块：当轮到验证者提议新区块时，他们的共识客户端（已集成 MEV-Boost）会向 MEV-Boost 软件发送请求。然后，MEV-Boost 会将此请求传递给它连接的各种中继器。
2. 中继器发送最佳区块头：不同的构建者不断创建优化的区块，并将他们的盲化区块头（区块的摘要，隐藏其内容，加上构建者对提议者的竞标/付款）发送给中继器。中继器收集这些，选择付款最高的那个，并将此盲化区块头发送给 MEV-Boost，然后 MEV-Boost 将其转发给提议者。
3. 提议者签署标头：提议者收到盲化区块头。至关重要的是，提议者在此阶段看不到完整的区块内容。如果满意，提议者会对该盲化区块头进行数字签名，表示他们承诺提议该区块。然后，他们将此已签名的盲化区块头发送回 MEV-Boost。
4. MEV-Boost 识别并转发：MEV-Boost 识别已签名的盲化区块头及其关联的构建者。然后，它将此已签名的标头发送给最初提供获胜构建者报价的中继器。
5. 中继器公开完整区块有效负载：收到已签名的盲化区块头后，中继器会执行最终验证。如果一切检查完毕，中继器会将完整的执行有效负载（完整的区块内容，包括所有交易和 MEV 捆绑包）公开给 MEV-Boost。
6. MEV-Boost 验证并发送给提议者：MEV-Boost 快速验证此完整有效负载，以确保它与先前签名的标头匹配。如果有效，它会将完整区块发送给提议者。
7. 提议者与网络共享区块：最后，提议者采用此完全验证的区块并将其广播到整个以太坊网络。然后，此区块将被添加到区块链中，并且提议者会收到其付款（构建者的竞标）以提议它。

MEV-Boost 的好处

• 正如我们所知，由于具有竞争性的 MEV 机会，搜索者正在推高 gas 费。MEV-Boost 通过密封式拍卖来缓解这种情况。当搜索者将交易捆绑包发送给构建者时，其他人无法看到此捆绑包的竞标。因此，他们无法通过竞标进行竞争。
• 私有订单流为寻求避免抢跑和三明治攻击的交易者提供交易隐私。这与私有内存池不同，因为构建者软件是开源的，允许任何人运行区块构建服务。此外，市场上拥有许多区块构建者使得审查变得更加困难，从而保护了用户。相比之下，中心化私有池可能会将过多的权力交给少数构建者，并增加审查的风险。
• 由于他们有动机不自己构建区块——因为这样做可能会导致他们失去 MEV 奖励——因此，大多数 MEV 不再受验证者控制。通过分离区块构建和提议，MEV 奖励现在与构建者和搜索者共享。以前，验证者有能力抢跑搜索者并通过控制交易顺序直接提取 MEV。现在，由于验证者不再需要实施复杂的 MEV 策略，单独质押者可以更轻松地参与，而无需加入大型质押池，从而提高了去中心化程度。
• 提交-公开方案 和 盲化区块 确保构建者的区块不会被验证者抢跑或盗窃。这种安全性消除了与大型验证者池进行链下交易的需要。如果没有它，构建者可能更喜欢与受信任的验证者合作，以避免丢失其区块内容。
• 使用交易捆绑包为搜索者提供了重要的保护。通过将捆绑包直接发送给构建者，而不是将交易广播到公共内存池，搜索者可以保护其策略的隐私。这有助于防止其他搜索者或验证者复制或抢跑他们的交易。此外，诸如 Poisoned Sandwich 之类的专门用于欺骗搜索者的攻击不再以相同的方式有效。这些隐私保护措施提高了公平性并降低了在 MEV 领域竞争的搜索者的风险。

MEV-Boost 的风险

虽然 MEV-Boost 解决了某些问题，但它也带来了一些风险和缺点。

活性风险

如果中继器离线，验证者将会回退到从公共内存池构建区块。但我们仍然存在一个风险场景：如果整个网络连接到同一个中继器，并且该中继器是出价最高的中继器 - 这意味着验证者将选择它，并且中继器保持在线并将区块头提供给验证者进行签名，但在获得签名后未能将整个区块发布到网络。

这种设计带有一种称为“区块扣留攻击”的风险。如果该中继器变得恶意或出现故障，它可能会欺骗验证者签署永远不会发布的区块。如果它出现故障，我们可以预期它将立即关闭或修复。但是，如果它是恶意的，它可以故意提交最高的出价，以便其他构建者无法竞争，因为它不是真正的出价。这会导致错过插槽，这意味着以太坊不会产生新的区块，这被称为“活性风险”。为了防止这种情况，验证者应检测并及时删除恶意中继器。

由受信任的第三方运行的 中继器监视器 跟踪中继器性能，并且可以指示验证者从他们的配置中删除行为不端的中继器。由于如果没有配置中继器，验证者会回退到本地区块生产，因此这种方法不会有错过插槽的风险，并且无法强制将新的中继器添加到配置中。但是，此系统尚未完全实施，目前仅由 Flashbots 提出作为潜在的解决方案。** ](https://hackmd.io/@ralexstokes/BJn9N6Thc) 内置于信标节点中，不依赖于第三方。如果节点检测到连续错过了太多插槽，它将与构建者网络断开连接，并恢复为本地区块生产。每个共识客户端都为此机制实施自己的阈值和行为。选择正确的阈值是关键 - 太低可能会导致误报，而太高可能会延迟恢复。

中继器的问题

在当前的 MEV-Boost 模型中，很大一部分的交易流由几个主要的中继器处理。随着活跃中继器的数量减少，或者如果一两个中继器变得过于占主导地位，则中心化的风险会增加。这种中心化可能会导致以太坊网络的严重问题。

https://www.relayscan.io/overview?t=7d

一个主要的风险是 审查 - 占主导地位的中继器可能选择不将某些交易包含在区块中，这可能是由于监管压力或其他动机。另一个问题是 MEV 操纵 的可能性，强大的中继器可能会以牺牲网络其余部分为代价，偏袒某些构建者或交易，从而使一小部分人受益。

由于中继器在区块构建者和验证者之间占据关键位置，因此过度依赖少数中继器会使整个 MEV 供应链变得更加脆弱和不太值得信任。为了维护以太坊去中心化和中立性的核心价值，增加中继器多样性并减少对任何单个实体的依赖至关重要。

构建者中心化

构建者中心化对以太坊的核心原则：网络中立性和抗审查性构成了重大威胁。这意味着每个支付费用的有效交易都应添加到区块链中，而不会被阻止。

https://www.relayscan.io/overview?t=7d

该问题的根源在于当前 MEV 系统的运作方式。如上所示，少数高度专业化的构建者创建了以太坊上的大多数区块。这使他们掌握了很大的权力。它使这些构建者有权为区块的制作方式设置自己的规则。因此，他们可以拒绝在区块中包含某些交易。这可能是因为交易对他们来说不够有利可图，或者更令人担忧的是，这可能是出于审查原因。

这种情况违背了以太坊对所有人开放且不受审查的承诺。从本质上讲，这意味着一小群人可以决定谁的交易可以进入区块链，谁的交易不能进入区块链。这削弱了以太坊去中心化的核心理念，并且随着时间的推移，可能会损害用户的信任和网络的整体健康状况。

BuilderNet 是由节点运营商运行的开源的区块构建者实例，旨在缓解构建者中心化。这些实例通过共享订单流和协调他们的出价进行协作，从而为区块构建营造一个合作的环境。订单流提供商的一个关键优势是能够自己验证构建者软件并安全地将订单流发送给他们。由于 Trusted Execution Environments (TEEs)，交易仍然可以被证明是私有的，从而保护了敏感信息。BuilderNet 还会根据订单流提供商对区块的贡献价值来计算并向他们分配退款。有关更多信息，你可以访问 此链接。

PBS 的未来：风险缓解

Enshrined PBS（内嵌 PBS）

内嵌 PBS 旨在将“区块提议”（由验证者）和“区块构建”（由专门的构建者）的分离直接纳入以太坊协议本身。这意味着区块链的核心协议将强制执行这些规则，从而使系统更加安全和去中心化。它将消除对外部、受信任的中介（如当前的中继器）的需求，从而显著降低审查风险，并通过设计而非依赖外部软件，使整个 MEV 过程更加透明和公平。

SUAVE

Flashbots 对 MEV 未来的愿景是 SUAVE（Single Unifying Auction for Value Expression，单一的价值表达统一拍卖）。该项目旨在为包括以太坊在内的任何区块链创建一个通用的、去中心化的 MEV 市场。SUAVE 被设计为“即插即用”内存池和区块构建者，从根本上改变了交易的排序和包含方式。它解决了长期存在的挑战，包括区块构建者的中心化、排他性订单流引起的问题以及跨链 MEV 机会的复杂性。通过创建一个真正中立的市场，SUAVE 旨在防止权力巩固，从而促进更去中心化和公平的加密生态系统。

SUAVE 通过多组件架构实现其目标。用户可以表达对其交易的精确偏好。“执行者”（专门的构建者）然后竞争以满足这些偏好，在安全、保护隐私的环境中优化区块。这些优化的区块在传递到各自的目标区块链之前，会集成到 SUAVE 链中。这个过程使 MEV 民主化，为用户提供更大的控制权，并旨在通过使该过程在所有受支持的链上更加透明、公平和抗审查来减少 MEV 提取的负面影响。

crList

crList (Censorship Resistance List)（抗审查列表）是一种提议的机制，旨在对抗 MEV 供应链中的审查。它基本上是一个交易列表，验证者（提议区块的人）希望确保这些交易包含在他们的区块中，通常是因为他们怀疑构建者可能会审查这些交易。验证者发布此列表，并且任何希望向该验证者提议区块的构建者_必须_包含这些特定的交易。如果构建者不这样做，他们的区块可能会被拒绝，从而使审查在经济上对他们来说是昂贵的。

有关更多详细信息和更好的理解，以下是一些有用的资源：

Welcome to Flashbots

Introducing BuilderNet

MEV: Maximal Extractable Value Pt. 1

MEV: Maximal Extractable Value Pt. 2

Understanding liveness risks from mev-boost

mev-boost circuit breaker proposal - HackMD

relay monitor design doc - HackMD

Flashbots Overview

Maximal extractable value (MEV)

What is MEV Boost?

Why run mev-boost?

Beginner's Guide to mev-boost

• 原文链接： coinsbench.com/what-is-p...
• 登链社区 AI 助手，为大家转译优秀英文文章，如有翻译不通的地方，还请包涵～