本文来自 Uncommons Censorship-resistance Workstream 这是抗审查小组的系列文章的第六篇，我们将由以太坊的 EIP-4844 开始，讨论区块链上各种不同的抗审查题目。敬请留意 Uncommons 公众号逢星期五推出的抗审查小组的系列文章
MEV-smoothing，限制 Proposer 的话语权
抗審查小組系列 #6
write / Jocelyn
design / 瓶子
edit / Swift Evo
TL;DR
MEV 通过操纵交易，包含、排除和更改区块的交易顺序，从而赚取尽可能多的额外利润。
MEV-smoothing 通过去除 Proposer 的自由裁量权，从而限制其在 PBS 中的话语权。
MEV-smoothing 机制设定了一种新的规则，要求 Validator 在投票时，必须选择 MEV 收益最高的区块，迫使 Proposer 接受 Builder 的最高出价。
MEV-smoothing 使 MEV 收益平均分配给该 Slot 的所有 Validator，尽可能接近均等地把奖励分配给每个 Validator，而不再是只分配给 Proposer 一个人。
MEV 追求，影响区块链系统的交易排序能力
首先，我们先了解 MEV （Miner Extractable Value）整个过程的运行状态，以便更好的了解 MEV-smoothing。
Source：Bankless，MEV Supply Chain
再次回归下，MEV 的几个角色：
Builders - 他们负责构建区块，以最大化自身和 Proposers 的 MEV。
Proposers / Validators - 他们都是以太坊的权益证明验证器，采用 Builder 创建的最佳区块并将其添加到区块链中。
中继者（Relays） - 他们是相互信任的拍卖商将提议者连接到区块 Builder，主要帮助协调并保管区块。
搜索者（Searcher） - 他们通过复杂的算法寻找获利机会。
注：中继者（Relay）是受信任的第三方，他们作为中间人，促进来自 Proposer 的对于区块空间的公平交换，以及来自 Builder 的为 MEV 提取进行的交易排序。中继者保护 Builder 免受 MEV 偷窃，同时也保护 Propser 确认 Builder 区块的有效性，代表 Proposer 在每个时间槽处理数百个区块，并确保 Proposer 支付的准确性。
那么在 POS 中，以太坊运行 MEV 时，一般交易顺序如下：
用户通过 dapp 的前端与钱包创建交易，这些交易将发送到 Mempool（内存池）
Searcher 运行套利机器人并打包交易
将交易 bundle 递交给 block Builders，Builders 对其出价，并创建区块
Builders 将该区块提交给 Relay
Relays 证该区块是否有效，并计算它向提案人支付多少费用
Relay 向当前时隙的 Proposer 发送「blinded」头部和付款价值
Proposer 评估他们收到的所有出价，并签署与最高付款相关联的 blinded Head
回到 MEV 的内核上，MEV 通过操纵交易（通过包含、排除和更改一个区块的交易顺序），从而赚取尽可能多的额外利润。MEV 能够影响区块链系统的交易排序能力，谁应该进入 Mempool，谁应该被包含进我的交易中，进而确认最终区块，这个结果将会影响到区块链上的交易成本、交易执行结果以及参与者的收益。
Source：cryptofrens，PATRICK MCCORRY
MEV 的公平性涉及到如何确定区块链上交易的执行顺序，以确保所有参与者都能公平地进行交易。这意味着要解决一些问题：
统一费用和先到先得原则：是否所有用户支付相同的费用并且按照他们交易到达的时间顺序进行排序？这种方式可以保证每个用户都有平等的机会参与交易，但可能无法满足特定交易对于某些用户的紧急性需求。
优先级和费用对应排序：或者，是否根据交易的优先级和支付的费用对交易进行排序？这种方式可以让那些愿意支付更高费用的用户优先完成交易，但可能导致富裕用户或大型交易更容易获取优先级。
这个公平性的前提是用户只要支付足够的费用就可以进行交易，但并不规定用户的交易一定会在总排序的前列或者是具体的位置所在。
区块链网络的抗审查基础是建立在公平的理念之上的。区块参与者的交易能力应该取决于他们的支付能力，而不应受到地理位置、身份、性别或信仰体系等因素的歧视，也不受其他监管机构（例如Office of Foreign Assets Control 等）的影响。
source：MEVwatch；截止 6 月 7 日，最高审查占接近 80%，目前已经下降至仅有 37% 的 Validators 签署执行 OFAC 的中继，理论上说这些中继的每笔交易都将被 OFAC 所审查。
区块链中，我们强调去中心化和抗审查。为了构建一个抗审查强大的系统，需要一个强大的抗审查策略来防止参与者选择性地干扰用户交易。这涉及到如何限制 Proposer 和 Builder 在交易排序中的权限。我们曾提到，crList 赋予 Proposer 更多权利以实现抗审查，从而限制 Builder 审查交易。但如果Proposer 反威胁 Builder 必须包含交易，或者与 Builder 勾结并告诉他们不要包含交易呢？这就是MEV-smoothing 的作用，它被用来解决 Proposer 的串谋集中问题，以实现抗审查。
Source：MEV，four pillars；MEV-smoothing 最早由 fradamt 提出，设计之初该机制试图让 MEV 收益平均分配给该 Slot 的所有 Validators，而不再是让 Proposer 一个人独占。这就意味着 Proposer 与任何单个委员会成员的收益相同，每个 Validators 的奖励分配尽可能接近统一。
MEV-smoothing，防止 Proposer 围绕高价值区块进行串谋或集中
MEV-smoothing 强调减少 Validators 之间的所捕获的 MEV 差异，防止 POS 中 Proposer 围绕高价值区块进行串谋或集中，从而实现抗审查的结果。另外，POS 中，Proposer 可以获得与他们的押金成比例的奖励份额。能够有效保护区块链的公正性和透明性，维护其稳定性和公平性，保护所有参与者的利益。
Committee-driven MEV Smoothing
MEV-smoothing 前：MEV 年化（x 轴）与 Validator 数量（y 轴）的关系，呈现长尾分布。
MEV-smoothing 后：MEV 年化（x 轴）与 Validator 数量（y 轴）的关系，盈利分布在MEV smothing 后分配更加平均
source：notes.ethereum.org
在应用 MEV-smoothing 之前，其收益分布呈现出长尾分布，不难从数据中看出其中一小部分实体拥有大部分资源，而大部分实体只拥有少量资源。在这种情况下，只有少部分的 Validators 可能获得大部分的 MEV 收益，而大多数只能获取少数收益，甚至可能出现的情况是某些 Validators 甚至不能覆盖成本。在应用 MEV-smoothing 之后，MEV 的收益分布变得更加平均。每个 Validator 获取到的 MEV 收益差异减小，收益分配更加公平。
Validators 需要在投票时，确保 Proposers 选择收益最高的区块
在 MEV-smoothing 中，Validators 在投票时需要确保 Proposers 选择了收益最高的区块。在这个机制中，委员会的参与确保了 Proposer 不会私下单方面将 MEV 独占。通过分配 Validators 到每个时隙（epoch 有 32 个 slot，每个 slot 的 Validators 再分配到 64 个 committee）。限制 Proposer 在 PBS 中的话语权的同时，实质上是通过剥夺 Proposer 的权利来控制 Proposer。
具体来说，当 Validators 在投票时，他们不仅需要检查提议的区块是否合法，是否及时提交，还需要遵循一个新的规则：他们必须选择 MEV 收益最高的区块进行投票。这样，如果 Proposer 选择了一个MEV 收益较低的区块，那么这个区块就会因为得不到足够的投票而被舍弃，甚至连原来提议的奖励都无法获得。这有效防止了 Proposer 为了自己的私利而选择收益较低的区块，确保了所有 Validators 的利益得到考虑。
Source：MEV-smoothing，NIC Lin；Validator 看到 Proposer 选择出价最高的区块而投票。
Source：MEV-Smoothing，NIC Lin；Validator 看到 Proposer 并未选择出价最高的区块而拒绝投票。
MEV-smoothing 方法与证明过程
回过头来看，在 PBS 世界中， Proposer 有动力接受 Builder 的最高出价，因为 proity fee 对于 Proposer 来说是额外收益。然而，在 MEV-smoothing 中，Proposers 没有这种动力，因为他们接受的是所有参与 Validators 的出价。Validators 需要关注区块构建市场，特别是与区块所附的费用出价，然后只证明来自 Proposer 的最高出价的区块。MEV-smoothing 的目标是通过确保所有 Proposer 的MEV 利润均等来创建一个有效的市场，从而消除 Proposers 对特定交易的优先考虑。
在 PBS 中，因为是 base fee+priority fee 的方式，所以谁给的钱多，我就提议谁，甚至会冒险审查。然而，换到 MEV-smoothing 中，为了确保所有人的利润都不能相差太多，那我就是会在安全范围内选择最大的金额，如果冒险的话，我的下场就是颗粒无收。
证明过程
Add a condition as part of the attestation that requires the block being proposed to make a payment (p) that is ≥ p_i (the maximal payment; i.e. this block is the highest paying block to the validators and that’s the one being chosen). We’d need a majority of the published attestations for the newly proposed block to become the canonical head of the chain. If they are outnumbered by attestations to the previous head of the chain, the slot should be skipped.
在认证中添加一个条件，要求被提议的区块支付的金额 (p) ≥ p_i (最大支付金额；即该区块是向 Validators 支付金额最高的区块，因此被选中）。我们需要大多数已发布的证明才能使新提出的区块成为链的规范头。如果这些证明的数量超过了上一个链头的证明数量，那么这个槽位就会被跳过。
MEV Smoothing 的攻击成本，收益甚小
当然会有 Proposer 接受贿赂提交次优区块的可能性，并私下收受带外贿赂（out-of-band bribe）以掩盖其行为。但是，由于 MEV Smoothing 只会选择收益最高的区块，所以带外贿赂的机会也会在一定程度上下降。
简单来说，带外贿赂（out-of-band bribe）就是在正常渠道之外给予的贿赂。这种贿赂通常是通过私下交易进行的，而不是通过合法渠道。
由于 MEV Smoothing 的攻击成本高而收益低，所以我们假设大多数 Validators 都是好人。如果 Validators 中大多数是坏人，他们可能会故意不投票给 Proposers 的区块，然后再抢走区块里的 MEV。不过，这种收益还需要分享给其他 Validators，所以他们这么做的可能性不高，毕竟不是谁都愿意做那些劳而无功的事情。
总结
MEV和MEV-smoothing都在区块链中起着至关重要的作用。MEV通过包括将交易的包含和排序解耦的形式，使得参与者能够获取更多的利润。那么通过MEV这种方式改变交易顺序从而产生套利机会造成收益不均的问题，是否有威胁到某些人群利益和公平问题，这个就仁者见仁智者见智了。
考虑到上述问题，mev-smoothing的产生主要解决了交易者之间的收益落差平衡问题。在MEV smoothing机制中，一个区块的MEV会平均分配给委员会成员和提议者。这意味着MEV-smoothing不仅减少了验证者之间的MEV收益差异，防止了proposer围绕高价值区块进行串谋或集中，而且还通过设定新的规则，使得验证者在投票时必须选择MEV收益最高的区块。这种机制在一定程度上有效地防止了提议者为了自己的私利而选择收益较低的区块。
然而，MEV-smoothing并不是一个完美的解决方案，它也有可能被攻击。例如，提议者可能会接受贿赂，选择收益较低的区块，然后私下收受带外贿赂以掩盖其行为。但是，由于MEV-smoothing的攻击成本高而收益低，这边我们假设大多数验证者都是好人，因为即使存在被攻击的可能性也是一件并不划算的买卖，收益风险完全不对等。
下一篇文章，我们将观察 Mempool 在加密方向是如何防範 Proposer 和 Builder 两者从而实现抗审查目的。
Reference
https://ethresear.ch/t/committee-driven-mev-smoothing/10408
https://www.ethereum.cn/Eth2/committee-driven-mev-smoothing
https://members.delphidigital.io/reports/the-hitchhikers-guide-to-ethereum
https://notes.ethereum.org/cA3EzpNvRBStk1JFLzW8qg
https://foresightnews.pro/article/detail/35540
https://medium.com/taipei-ethereum-meetup/mev-pbs-patches-6a66852a7265
https://ethresear.ch/t/block-builder-centralization/12135
https://www.blocknative.com/blog/mev-smoothing-vs-burning
https://www.jvillella.com/mev-smoothing
https://www.mevwatch.info/
https://www.cryptofrens.info/p/enablement-of-mev-and-the-morhttps://www.bankless.com/mev-eth-burn-ethereum
https://www.bankless.com/mev-eth-burn-ethereum
https://notes.ethereum.org/cA3EzpNvRBStk1JFLzW8qg#Smoothin
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