Vitalik：改善以太坊無需許可性和去中心化的近期和中期規劃

2024-05-21 00:05:25

原文作者：Vitalik

原文編譯：鄧通，金色財經

我坐在這裏寫這篇文章是在肯尼亞以太坊开發者互操作的最後一天，我們在實施和解決即將到來的重要以太坊改進的技術細節方面取得了很大進展，最引人注目的是 PeerDAS、Verkle 樹過渡和去中心化方法在 EIP 4444 的背景下存儲歷史記錄。從我自己的角度來看，以太坊的發展速度以及我們提供大型且重要功能的能力正在不斷增強，這些功能可以顯著改善節點運營商和（L1 和 L2）用戶的體驗。

以太坊客戶端團隊共同努力交付 Pectra devnet

鑑於技術能力的增強，需要提出的一個重要問題是：我們是否正在朝着正確的目標前進？長期的 Geth 核心开發人員 Peter Szilagyi 最近發布的一系列不滿的推文促使我們思考這個問題：

這些擔憂都是有道理的。這是以太坊社區許多人表達的擔憂。我個人曾多次擔心過這些問題。然而，我也不認為情況像 Peter 的推文所暗示的那樣絕望。相反，許多問題已經通過正在進行的協議功能得到解決，而許多其他問題可以通過對當前路线圖進行非常現實的調整來解決。

為了了解這在實踐中意味着什么，讓我們一一回顧 Peter 提供的三個例子。這些問題是許多社區成員普遍關心的問題，解決這些問題非常重要。

MEV 和構建者依賴性

過去，以太坊區塊是由礦工創建的，他們使用相對簡單的算法來創建區塊。用戶將交易發送到公共 p2p 網絡，通常稱為「mempool」（或「txpool」）。礦工監聽內存池，接受有效的交易並支付費用。它們包括可以進行的交易，如果沒有足夠的空間，它們會按照費用最高的優先順序進行優先級排序。

這是一個非常簡單的系統，而且對去中心化很友好：作為礦工，你只需運行默認軟件，你就可以從一個區塊中獲得與從高度專業的礦場獲得的相同水平的費用收入。然而，在 2020 年左右，人們开始利用所謂的礦工可提取價值（MEV）：只有通過執行復雜的策略才能獲得收入，這些策略了解各種 defi 協議內部發生的活動。

例如，考慮像 Uniswap 這樣的去中心化交易所。假設在時間 T，中心化交易所和 Uniswap 上的 USD/ETH 匯率為 3000 美元。 T+ 11 時刻，中心化交易所的 USD/ETH 匯率升至 3005 美元。但以太坊還沒有下一個區塊。到時間 T+ 12 時，確實如此。無論誰創建了該區塊，他們的第一筆交易都可以是一系列 Uniswap 購买，以 3000 美元到 3004 美元的價格購买 Uniswap 上所有可用的 ETH。這是額外收入，稱為 MEV。除 DEX 之外的應用程序也有類似的問題。 2019 年發表的 Flash Boys 2.0 論文對此進行了詳細介紹。

Flash Boys 2.0 論文中的圖表顯示了使用上述各種方法可獲取的收入金額。

問題在於，這打破了為什么挖礦（或者 2022 年後的區塊提議）可以「公平」的原因：現在，擁有更好能力優化此類提取算法的大型參與者可以在每個區塊中獲得更好的回報。

從那時起，兩種策略之間就一直存在爭論，我將其稱為 MEV 最小化和 MEV 隔離。 MEV 最小化有兩種形式：(i) 積極开發 Uniswap 的無 MEV 替代品（例如 Cowswap），以及 (ii) 構建協議內技術，如加密內存池，減少區塊生產者可用的信息，從而減少他們可以獲得的收入。特別是，加密的內存池可以防止三明治攻擊等策略，這種攻擊將交易放在用戶交易之前和之後，以便在經濟上利用它們（「搶先交易」）。

MEV 隔離的工作原理是接受 MEV，但試圖通過將市場分為兩種參與者來限制其對質押中心化的影響：驗證者負責證明和提議區塊，但選擇區塊內容的任務通過拍賣協議。個人質押者現在不再需要擔心自己優化 DeFi 套利；他們只是加入拍賣協議並接受最高出價。這稱為提議者 / 構建者分離（PBS）。這種方法在其他行業已有先例：餐館能夠保持如此去中心化的一個主要原因是，它們往往依賴相當集中的供應商來進行各種業務，而這些業務確實具有巨大的規模經濟。到目前為止，PBS 在確保小型驗證者和大型驗證者處於公平競爭環境方面已經相當成功，至少就 MEV 而言是如此。然而，它帶來了另一個問題：選擇包含哪些交易的任務變得更加集中。

我對此的看法一直是 MEV 最小化是好的，我們應該追求它（我個人經常使用 Cowswap！） —— 盡管加密內存池有很多挑战，但 MEV 最小化可能還不夠； MEV 不會降至零，甚至接近於零。因此，我們也需要某種 MEV 隔離。這就產生了一個有趣的任務：我們如何使「MEV 隔離箱」盡可能小？我們如何給予建設者盡可能少的權力，同時仍然讓他們能夠吸收優化套利和其他形式的 MEV 收集的作用？

如果構建者有權將交易完全排除在區塊之外，那么很容易就會出現攻擊。假設您在 defi 協議中擁有抵押債務頭寸 (CDP)，由價格快速下跌的資產支持。您想要增加抵押品或退出 CDP。惡意構建者可能會試圖串通拒絕包含您的交易，從而推遲交易，直到價格下跌到足以強行清算您的 CDP 為止。如果發生這種情況，你將不得不支付巨額罰款，而建築商將獲得很大一部分。那么我們如何防止構建者排除交易並完成此類攻擊呢？

這就是包含列表的用武之地。

資料來源：ethresear.ch

包含列表允許區塊提議者（即利益相關者）選擇進入區塊所需的交易。構建者仍然可以重新排序交易或插入自己的交易，但它們必須包括提議者的交易。最終，修改了包含列表以約束下一個區塊而不是當前區塊。無論哪種情況，它們都會剝奪構建者將交易完全推出區塊的能力。

MEV 是一個復雜的問題；即使上面的描述也遺漏了許多重要的細微差別。正如所說，「你可能不是在尋找 MEV，但 MEV 正在尋找你」。以太坊研究人員已經非常一致地致力於「最小化隔離箱」的目標，盡可能減少構建者可能造成的危害（例如，通過排除或延遲交易作為攻擊特定應用程序的一種方式）。

也就是說，我確實認為我們可以走得更遠。從歷史上看，包含列表通常被認為是一種「特殊情況功能」：通常，您不會考慮它們，但萬一惡意構建者开始做瘋狂的事情，它們會給您「第二個」小路」。這種態度反映在當前的設計決策中：在當前的 EIP 中，包含列表的 Gas 限制約為 210 萬個。但我們可以在如何看待包含列表方面做出哲學上的轉變：將包含列表視為區塊，並將構建器的角色視為添加一些交易以收集 MEV 的輔助功能。如果建設者有 210 萬個 Gas 限制怎么辦？

我認為這個方向的想法 —— 真正推動隔離箱盡可能小 —— 非常有趣，我贊成朝這個方向發展。這是與「 2021 時代哲學」的轉變：在 2021 時代哲學中，我們更熱衷於這樣的想法：既然我們現在有了構建者，我們可以「超載」他們的功能，讓他們以更復雜的方式為用戶服務，例如。通過支持 ERC-4337 費用市場。在這種新理念中，ERC-4337 的交易驗證部分必須被納入協議中。幸運的是，ERC-4337 團隊已經越來越熱衷於這個方向。

總結：MEV 思想已經回到了賦權區塊生產者的方向，包括賦予區塊生產者直接確保用戶交易納入的權力。账戶抽象提案已經回到了消除對中心化中繼器甚至捆綁器的依賴的方向。然而，有一個很好的論點表明我們走得還不夠遠，我認為推動开發進程朝這個方向走得更遠的壓力是非常受歡迎的。

流動性質押

如今，單獨的質押者在所有以太坊質押中所佔的比例相對較小，並且大多數質押是由各種提供商完成的 —— 一些中心化運營商和其他 DAO，例如 Lido 和 RocketPool。

我做了自己的研究 —— 各種民意調查、調查、面對面對話，提出問題「為什么你 —— 特別是你 —— 今天不單獨下注？」對我來說，到目前為止，一個強大的單獨質押生態系統是我對以太坊質押的首選結果，而以太坊最好的事情之一是我們實際上試圖支持一個強大的單獨質押生態系統，而不是僅僅屈服於委托。然而，我們離這個結果還很遠。在我的民意調查和調查中，有一些一致的趨勢：

絕大多數不單獨質押的人將其主要原因歸為最低 32 ETH。

在那些提出其他原因的人中，最大的是運行和維護驗證器節點的技術挑战。

ETH 即時可用性的喪失、「熱」私鑰的安全風險以及同時參與 DeFi 協議的能力的喪失，都是重大但較小的問題。

Farcaster 民意調查顯示，人們不進行單獨質押的主要原因。

質押研究需要解決兩個關鍵問題：

我們如何解決這些擔憂？

盡管對大多數問題都有有效的解決方案，但如果大多數人仍然不想單獨權益，那么盡管如此，我們如何保持協議的穩定性和魯棒性以抵御攻擊呢？

許多正在進行的研究和开發項目正是旨在解決這些問題：

Verkle 樹加上 EIP-4444 允許質押節點以非常低的硬盤要求運行。此外，它們允許質押節點幾乎立即同步，從而大大簡化了設置過程以及從一種實現切換到另一種實現等操作。它們還通過減少為每個狀態訪問提供證明所需的數據帶寬，使以太坊輕客戶端更加可行。

研究（例如這些提案）允許更大的驗證器集（實現更小的質押最小值），同時減少共識節點开銷的方法。這些想法可以作為單槽最終性的一部分來實現。這樣做也將使輕客戶端更安全，因為他們將能夠驗證全套籤名而不是依賴同步委員會）。

盡管歷史不斷增長，但正在進行的以太坊客戶端優化不斷降低運行驗證器節點的成本和難度。

對懲罰上限的研究可能會減輕對私鑰風險的擔憂，並使質押者能夠同時將他們的 ETH 質押到 DeFi 協議中（如果他們愿意的話）。

0x 01 提現憑證允許質押者將 ETH 地址設置為提現地址。這使得去中心化的質押池更加可行，使其比中心化的質押池更具優勢。

然而，我們仍然可以做更多的事情。理論上可以允許驗證者更快地撤回：即使驗證者集每次最終確定時（即每個時期一次）發生幾個百分點的變化，Casper FFG 仍然是安全的。因此，如果我們努力的話，我們可以大大縮短周期。如果我們想大大減少最小存款規模，我們可以做出艱難的決定，在其他方向上進行權衡。例如，如果我們將最終確定時間增加 4 倍，那么最小存款規模將減少 4 倍。單槽最終性稍後將通過完全超越「每個質押者參與每個時代」模型來解決這個問題。

整個問題的另一個重要部分是質押的經濟學。一個關鍵問題是：我們是否希望質押成為一項相對小衆的活動，或者我們是否希望每個人或幾乎每個人都質押他們所有的 ETH？如果每個人都在質押，那么我們希望每個人承擔什么責任？如果人們最終因為懶惰而簡單地委派責任，那么最終可能會導致中心化。這裏有重要而深刻的哲學問題。錯誤的答案可能會導致以太坊走上中心化的道路，並「通過額外的步驟重新創建傳統的金融體系」；正確的答案可以創造一個成功的生態系統的光輝典範，擁有廣泛且多樣化的獨立質押者和高度去中心化的質押池。這些問題涉及以太坊核心經濟和價值觀，因此我們需要更多樣化的參與。

節點硬件要求

以太坊去中心化的許多關鍵問題最終都歸結為一個定義了區塊鏈十年的問題：我們希望如何方便地運行節點，以及如何實現？

如今，運行節點很困難。大多數人不這樣做。在我用來寫這篇文章的筆記本電腦上，我有一個 reth 節點，它佔用 2.1 TB - 已經是英勇的軟件工程和優化的結果。我需要額外購买一個 4 TB 硬盤放入我的筆記本電腦中以存儲該節點。我們都希望運行節點變得更容易。在我的理想世界中，人們將能夠在手機上運行節點。

正如我上面所寫，EIP-4444 和 Verkle 樹是讓我們更接近這一理想的兩項關鍵技術。如果兩者都實現，節點的硬件需求最終可能會減少到不到一百吉字節，如果我們完全消除歷史存儲責任（可能僅適用於非質押節點），則可能會接近於零。類型 1 ZK-EVM 將消除您自己運行 EVM 計算的需要，因為您可以簡單地驗證執行是否正確的證據。在我的理想世界中，我們將所有這些技術堆疊在一起，甚至以太坊瀏覽器擴展錢包（例如 Metamask、Rabby）也有一個內置節點來驗證這些證明，進行數據可用性採樣，並確保鏈是正確的。

上述愿景通常被稱為「The Verge」。

這都是衆所周知和理解的，即使是那些對以太坊節點規模提出擔憂的人也是如此。然而，有一個重要的擔憂：如果我們卸下了維護狀態和提供證明的責任，那么這不是一個中心化向量嗎？即使他們不能通過提供無效數據來作弊，但過於依賴他們不是違背了以太坊的原則嗎？

這種擔憂的一個近期版本是許多人對 EIP-4444 的不適：如果常規以太坊節點不再需要存儲舊歷史記錄，那么誰需要呢？一個常見的答案是：肯定有足夠多的大參與者（例如區塊瀏覽器、交易所、Layer 2）有動力持有這些數據，並且與 Wayback Machine 存儲的 100 PB 相比，以太坊鏈很小。因此，認為任何歷史實際上都會丟失的想法是荒謬的。

然而，這一論點依賴於少數大型參與者。在我的信任模型分類中，這是 N 中的 1 假設，但 N 非常小。這有其尾部風險。我們可以做的一件事是將舊歷史記錄存儲在對等網絡中，其中每個節點僅存儲一小部分數據。這種網絡仍然會進行足夠的復制以確保穩健性：每條數據都會有數千個副本，並且將來我們可以使用糾刪碼（實際上，通過將歷史記錄放入 EIP-4844 樣式的 blob 中，這已經內置糾刪碼）以進一步提高穩定性。

Blob 在 Blob 內和 Blob 之間具有糾刪碼。為以太坊的所有歷史提供超穩定性存儲的最簡單方法很可能是將信標和執行塊放入 blob 中。圖片來源：codex.storage

長期以來，這項工作一直處於次要地位。門戶網絡確實存在，但實際上它並沒有得到與其在以太坊未來的重要性相稱的關注程度。幸運的是，現在人們對將更多資源投入到專注於分布式存儲和歷史可訪問性的最小化門戶版本中的勢頭產生了濃厚的興趣。我們應該以此為基礎，共同努力盡快實施 EIP-4444 ，並搭配強大的去中心化點對點網絡來存儲和檢索舊歷史記錄。

對於狀態和 ZK-EVM，這種分布式方法更加困難。要構建一個高效的塊，您只需要擁有完整的狀態即可。在這種情況下，我個人傾向於採取務實的方法：我們定義並堅持擁有一個「做所有事情的節點」所需的某種程度的硬件要求，這高於簡單驗證節點的（理想情況下不斷降低的）成本鏈，但仍然足夠低，愛好者可以負擔得起。我們依賴 N 中的 1 假設，確保 N 相當大。

ZK-EVM 證明可能是最棘手的部分，實時 ZK-EVM 證明器可能需要比存檔節點更強大的硬件，即使有像 Binius 這樣的進步，以及多維 Gas 的最壞情況邊界。我們可以在分布式證明網絡上努力工作，其中每個節點都承擔證明的責任，例如：區塊執行的百分之一，然後區塊生產者只需要在最後聚合一百個證明。證明聚合樹可以提供更多幫助。但如果這不能很好地工作，那么另一種妥協是允許證明的硬件要求變得更高，但要確保「做所有事情的節點」可以直接驗證以太坊塊（無需證明），速度足夠快有效參與網絡。

總結

我認為，只要存在某種市場機制或零知識證明系統來迫使中心化參與者誠實行事， 2021 時代的以太坊思想確實已經習慣於將責任轉移給少數大型參與者。此類系統通常在一般情況下運行良好，但在最壞的情況下會發生災難性故障。

與此同時，我認為有必要強調的是，當前的以太坊協議提案已經大大偏離了這種模型，並且更加認真地對待真正去中心化網絡的需求。圍繞無狀態節點、MEV 緩解、單時隙最終性和類似概念的想法已經在這個方向上走得更遠。一年前，人們認真考慮過通過中繼作為半中心化節點來進行數據可用性採樣的想法。今年，我們已經不再需要做這些事情，PeerDAS 取得了令人驚訝的強勁進展。

但是，在我上面談到的所有三個中心問題以及許多其他重要問題上，我們可以做很多事情來朝這個方向走得更遠。 Helios 在為以太坊提供「真正的輕客戶端」方面取得了巨大進步。現在，我們需要將其默認包含在以太坊錢包中，並讓 RPC 提供商提供證明及其結果，以便對其進行驗證，並將輕客戶端技術擴展到第 2 層協議。如果以太坊通過以 Rollup 為中心的路线圖進行擴展，則第 2 層需要獲得與第 1 層相同的安全性和去中心化保證。在以 Rollup 為中心的世界中，還有許多其他事情我們應該更加認真地對待；分散且高效的跨 L2 橋就是衆多例子之一。許多 dapp 通過中心化協議獲取日志，因為以太坊的本機日志掃描變得太慢。我們可以通過專用的去中心化子協議來改進這一點；這是我關於如何做到這一點的一項建議。

有幾乎無限數量的區塊鏈項目瞄准「我們可以超快，我們稍後會考慮去中心化」這一市場。我認為以太坊不應該加入這一行列。以太坊 L1 可以而且當然應該成為採用超大規模方法的第 2 層項目的強大基礎層，使用以太坊作為去中心化和安全性的支柱。即使以第 2 層為中心的方法也要求第 1 層本身具有足夠的可擴展性來處理大量操作。但我們應該深深尊重使以太坊獨一無二的特性，並隨着以太坊的擴展繼續努力維護和改進這些特性。