Vitalik: イーサリアムの The Scourge フェーズの主な目標

著者: Vitalik、イーサリアム創設者

注: この記事は、イーサリアムの創設者である Vitalik によって最近公開された一連の記事「 イーサリアム プロトコルの可能性のある将来、パート 3: The Scourge 」の第 3 部です。以下は第 3 部の全文です。

イーサリアム L1 が直面する最大のリスクの 1 つは、経済的圧力によるプルーフ オブ ステークの集中化です。中核となるプルーフ・オブ・ステークのメカニズムに参加することで規模の経済があれば、当然、大規模なステークホルダーが支配し、小規模なステークホルダーが撤退して大規模なマイニングプールに参加することになります。その結果、51% 攻撃、トランザクション検閲、その他の危機のリスクが高まります。集中化のリスクに加えて、価値抽出のリスクもあります。つまり、少人数のグループが本来ならイーサリアム ユーザーに渡されるはずの価値を取得します。

これらのリスクに対する私たちの理解は、過去 1 年間で大幅に深まりました。このリスクは、(i) ブロック建設、および (ii) ステーキング資本規制の 2 つの重要な場所に存在することが知られています。大規模なプレーヤーは、より複雑なアルゴリズム (「MEV 抽出」) を実行してブロックを生成し、より高いブロック収益を得ることができます。大規模プレーヤーは、資金をリキッド ステーク トークン (LST) として他者に解放することで、ロックされた資金の不便さをより効果的に解決することもできます。小規模なステーカーと大規模なステーカーという差し迫った問題を超えて、過剰な ETH がステーキングされるかどうか (またはステーキングされる予定である) という問題もあります。

Scourge 2023 ロードマップ

今年はブロック構築において大きな進歩が見られ、最も注目すべきは、理想的なソリューションとして「委員会の包含リストといくつかの対象を絞った順序付けソリューション」の収束と、2 つのレイヤー以上を含むプルーフ・オブ・ステークの経済学に関する重要な研究です。ステーキングモデルを変更し、ステーキングされるETHの割合を制限するために発行を削減します。

スカージの主な目的

この記事は 3 つの部分に分かれています

ブロック構築を修正

私たちはどのような問題を解決しようとしているのでしょうか?

ブロック構築を修正

私たちはどのような問題を解決しようとしているのでしょうか?

現在、イーサリアム ブロックの構築は主に MEVBoost のプロトコル外のプロップサーとビルダーの分離を通じて行われています。バリデーターにブロックを提案する機会が与えられると、ブロックの内容を選択する仕事をビルダーと呼ばれる専門のアクターに割り当てます。収益を最大化するブロック コンテンツを選択するタスクは、規模の経済を重視します。オンチェーン金融商品の取引とそれらと対話するユーザーから可能な限り多くの価値を引き出すために、どの取引を含めるかを決定するには、特殊なアルゴリズムが必要です。 （これを「MEV抽出」と呼びます）。バリデーターは、規模の経済が比較的軽く、入札を聞き入れて最高額の入札を受け入れるという「愚かな」タスクに直面するだけでなく、証明などの他の責任にも直面します。

MEVBoost が行っていることを示す様式化された図: 専任のビルダーが赤でタスクを引き受け、関係者が青でタスクを引き受けます。

「提案者と作成者の分離」(PBS) や「提案者と提案者の分離」(APS) など、いくつかのバージョンがあります。両者の違いは、どの責任が 2 つの参加者のどちらにあるのかという詳細な詳細に関係しています。大まかに言うと、PBS では、バリデータは引き続きブロックを提案しますが、ビルダーからペイロードを受け取りますが、APS では、スロット全体が施工者の責任。最近では、提案者と建設者が同じ場所に配置されるインセンティブがさらに低下するため、PBS よりも APS が好まれています。 APS はトランザクションを含む実行ブロックにのみ適用されることに注意してください。プルーフ オブ ステーク関連データ (プルーフなど) を含むコンセンサス ブロックは引き続きバリデーターにランダムに割り当てられます。

この権限の分離は、バリデーターを分散状態に保つのに役立ちますが、重要なコストが伴います。「特殊な」タスクを実行するアクターは、簡単に非常に集中化される可能性があります。今日のイーサリアムブロックビルドは次のとおりです。

2 人の参加者がイーサリアム ブロックの約 88% の内容を選択しています。これら 2 人の参加者が取引を検討することにした場合はどうなるでしょうか?答えは思っているほど悪くありません。ブロックを再構成できないため、トランザクションが含まれないようにするために 51% の検閲はまったく必要ありません。100% が必要です。 88% の検閲により、ユーザーは平均 9 スロット待つ必要がありました (技術的には、平均は 6 秒ではなく 114 秒でした)。ユースケースによっては、特定のトランザクションを 2 分または 5 分待っても問題ありません。しかし、DeFi 清算などの他のユースケースでは、他人の取引の取り込みを数ブロック遅らせることができるだけでも、重大な市場操作リスクとなります。

ブロックビルダーが収益を最大化するために使用できる戦略は、ユーザーに別の悪影響を及ぼす可能性もあります。 「サンドイッチ攻撃」は、トークンを取引するユーザーにスリッページにより多大な損失を与える可能性があります。これらの攻撃がチェーンを詰まらせることを可能にするために導入されたトランザクションにより、他のユーザーのガス価格が上昇します。

それは何ですか?またどのように機能しますか?

主要な解決策は、ブロック生成タスクをさらに分解することです。トランザクションを選択するタスクをプロポーザー (つまりステーカー) に戻しますが、ビルダーは自分のトランザクションの一部を並べ替えて挿入することしか選択できません。それが包含リストがやろうとしていることです。

それは何ですか?またどのように機能しますか?

主要な解決策は、ブロック生成タスクをさらに分解することです。トランザクションを選択するタスクをプロポーザー (つまりステーカー) に戻しますが、ビルダーは自分のトランザクションの一部を並べ替えて挿入することしか選択できません。それが包含リストがやろうとしていることです。

時間 T に、ランダムに選択されたステーカーが包含リスト、つまりその時点のブロックチェーンの現在の状態で有効なトランザクションのリストを作成します。時間 T+1 に、ブロック ビルダー (プロトコル内オークション メカニズムを介して事前に選択される可能性があります) がブロックを作成します。ブロックには包含リスト内のすべてのトランザクションを含める必要がありますが、順序を選択したり、独自のトランザクションを追加したりできます。

Fork Choice Mandatory Inclusion List (FOCIL) 提案には、ブロックごとに複数の包含リスト作成者からなる委員会が含まれます。トランザクションが 1 ブロック遅れるためには、k 人の包含リスト作成者のうちの k 人 (例: k = 16) がトランザクションをレビューする必要があります。 FOCIL とオークションを通じて選択された最終提案者の組み合わせには包含リストが含まれている必要がありますが、並べ替えたり新しいトランザクションを追加したりすることができ、多くの場合「FOCIL + APS」と呼ばれます。

この問題を解決するもう 1 つの方法は、BRAID などの複数同時プロポーザー (MCP) スキームです。 BRAID は、ブロック提案者の役割を規模の経済性が低い部分と規模の経済性が高い部分に分割することを避けようとします。代わりに、ブロック生成プロセスを多くの参加者に分散して、各参加者の提案者が必要とするのは、次のことだけです。適度な複雑性を持っていれば、収入を最大化できます。 MCP は、k 個の並列提案者にトランザクションのリストを生成させ、その後、決定論的アルゴリズム (たとえば、手数料の高いものから低いものまで並べ替える) を使用して注文を選択することによって機能します。

BRAID は、デフォルトのソフトウェアのダムパイプ ブロック プロポーザーを最適なものとして実行するという目標を達成しようとはしません。これができない理由は次の 2 つです。

BRAID では、証明者を切り離してダンプパイプ機能として実行することができます。

これら 2 つの極端を超えて、その間にはさまざまな設計が可能です。たとえば、ブロックに付ける権利のみを持ち、並べ替えたり前面に付けたりする権利を持たないキャラクターをオークションにかけることができます。それらを追加したり前面に持ってきたりすることもできますが、間に挿入したり並べ替えたりすることはできません。これらの手法の魅力は、オークション市場の勝者が非常に集中する可能性があるため、その権限を減らすことで多くの利点があることです。

メモリプールの暗号化

これらの設計の多く (特に、オークション機能に厳しい制限がある BRAID または APS バージョン) の実装を成功させるために重要なテクノロジの 1 つは、暗号化メモリ プールです。 Crypto mempool は、ユーザーが何らかの有効性の証明とともに暗号化された形式でトランザクションをブロードキャストするテクノロジーであり、トランザクションは、ブロック ビルダーがその内容を知ることなく、暗号化された形式でブロックに含まれます。取引の詳細は追って発表される。

これらの設計の多く (特に、オークション機能に厳しい制限がある BRAID または APS バージョン) の実装を成功させるために重要なテクノロジの 1 つは、暗号化メモリ プールです。 Crypto mempool は、ユーザーが何らかの有効性の証明とともに暗号化された形式でトランザクションをブロードキャストするテクノロジーであり、トランザクションは、ブロック ビルダーがその内容を知ることなく、暗号化された形式でブロックに含まれます。取引の詳細は追って発表される。

暗号化メモリプールを実装する際の主な課題は、すべてのトランザクションが後で開示されることを保証する設計を考え出すことです。単純な「送信して開示する」スキームは機能しません。開示が任意である場合、開示するかどうかを選択する行為が必要となるからです。開示すること自体が、悪用される可能性のあるブロックに対する「最後発者」の影響を及ぼします。 2 つの主な技術は、(i) しきい値復号化と (ii) 遅延暗号化です。これは、検証可能な遅延関数 (VDF) と密接に関連する基本機能です。

既存の研究とのつながりは何ですか?

MEV とビルダーの分散化について説明: https://vitalik.eth.limo/general/2024/05/17/分散 化.html#mev-and-builder-dependent

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

Enshrind PBS (これらの問題に対する初期に提案された解決策): https://ethresear.ch/t/why-enshrine-proposer-builder-separation-a-viable-path-to-epbs/15710

Mike Neuder の対象リスト 関連書籍リスト: https://gist.github.com/michaelneuder/dfe5699cb245bc99fbc718031c773008

EIP のリストが含まれています: 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 の BRAID デモ: https://www.youtube.com/watch?v=mJLERWmQ2uw

ダン・ロビンソン著「優先順位だけが必要だ」: https://www.paradigm.xyz/2024/06/priority-is-all-you-need

マルチプロポーザ ガジェットとプロトコルについて: https://hackmd.io/xz1UyksETR-pCsazePMAjw

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

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

VerABLE 遅延関数と攻撃 (RANDAO 設定に焦点を当てていますが、暗号化されたメモリ プールにも適用可能): https://ethresear.ch/t/verABLE-delay-functions-and-attachs/2365

MEV はチケットのキャプチャと分散化を実行します: https://www.arxiv.org/pdf/2408.11255

APS 一元化: https://arxiv.org/abs/2408.03116

マルチブロック MEV とインクルード リスト: https://x.com/_charlienoyes/status/1806186662327689441

他に何をする必要があるか、どのようなトレードオフを行う必要があるか?

上記のすべてのシナリオは、規模の経済性が低い (「ダムパイプ」) から規模の経済性が高い (「専門化に優しい」) までの範囲に沿って配置された、ステーキングに参加する権利を分割するさまざまな方法であると考えることができます。 2021 年以前は、これらの権限はすべて 1 つのアクターにバンドルされていました。

核心的なジレンマは、利害関係者の手に残っている意味のある権力が、最終的には「MEV 関連」の権力になってしまう可能性があるということです。私たちは、高度に分散化された一連の関係者が可能な限り多くの権限を有することを望んでいます。これは、(i) 多くの権限を利害関係者の手に委ねること、(ii) 利害関係者が可能な限り分散化されていること、つまり利害関係者がほぼそこにいることを保証することを意味します。規模の経済による統合インセンティブはありません。これは対処するのが難しい緊張です。

特別な課題はマルチブロック MEV です。場合によっては、複数のスロットを連続して獲得した実行オークションの勝者は、制御する最後のブロック トランザクション以外のブロックで MEV 関連の操作を行うことができなくなり、より多くのお金を稼ぐことができます。包含リストによってこれを強制される場合は、その期間中はブロックをまったく公開しないことで回避を試みることができます。ビルダーが提供しなかった場合に直接ブロックになる無条件のインクルード リストを作成することもできますが、これによりインクルード リストは MEV に依存します。ここでの解決策には、取引を対象リストに含めるように人々に賄賂を渡す低レベルのインセンティブを受け入れるなど、ある程度の妥協が必要になる可能性があります。

FOCIL + APS は次のように見ることができます。利害関係者は引き続きスペクトルの左側部分に対して権限を持ち続けますが、スペクトルの右側部分は最高入札者に競売にかけられます。

BRAIDは全く違います。 「ステークホルダー」セクションの方が大きいですが、ライト ステーカーとヘビー ステーカーの 2 つの部分に分かれています。同時に、取引は優先手数料の高い順に並べられるため、ブロックの先頭の選択は実際には手数料市場を通じてオークションに掛けられ、PBSと同様のスキームと考えることができます。

BRAID のセキュリティは暗号化されたメモリプールに大きく依存していることに注意してください。そうでない場合、ブロックトップ オークション メカニズムはポリシー盗難攻撃 (本質的には、他人のトランザクションをコピーし、受信者アドレスを交換し、0.01 % の高額な手数料を支払う) に対して脆弱です。この事前包括的プライバシーの必要性が、PBS の実装が非常に難しい理由でもあります。

最後に、FOCIL + APS のより「アグレッシブな」バージョンです。ブロックの終わりのみを決定する APS オプションは次のとおりです。

残された主なタスクは、(i) さまざまな提案を固めてその結果を分析することに取り組むこと、(ii) この分析をイーサリアム コミュニティの目標、つまり、どのような形式の集中化を許容するかについての理解と結び付けることです。個々の提案には、次のようないくつかの作業も必要です。

さらに、これらの異なる提案は、必ずしも相互に互換性のない分かれ道ではないことに注意することが重要です。たとえば、FOCIL + APS の実装は、BRAID 実装への足がかりとして簡単に役立ちます。効果的な保守的な戦略は、「様子見」アプローチです。このアプローチでは、最初に利害関係者の許可を制限し、許可の大部分をオークションにかけるというソリューションを実装します。その後、時間の経過とともに、MEV 市場の運営に自信が持てるようになります。より多くのことを学び、ステークホルダーの力がゆっくりと増大するライブネットワーク。

特に、ステーキングの一元化のボトルネックは次のとおりです。

これら 4 つの問題のいずれかを解決すると、他の問題を解決する効果が高まります。

これら 4 つの問題のいずれかを解決すると、他の問題を解決する効果が高まります。

さらに、特にスロット時間を短縮しようとする場合、ブロック構築パイプラインと単一スロットの最終デザインの間に相互作用が発生します。多くのブロック構築パイプライン設計では、最終的にスロット時間が追加されます。多くのブロック構築パイプラインには、プロセスの複数のステップで証明者の役割が含まれます。したがって、ブロック構築パイプラインと単一スロットのファイナリティの両方を考慮する価値があります。

ステーキングの経済性を修正する

私たちはどのような問題を解決しようとしているのでしょうか?

現在、ETH 供給量の約 30% がアクティブにステーキングされています。これはイーサリアムを 51% の攻撃から保護するのに十分です。ステーキングされるETHの割合が大きくなると、研究者らは別のシナリオが生じる可能性があると懸念している。つまり、ほぼすべてのETHがステーキングされるとリスクが生じるということだ。これらのリスクには次のものが含まれます。

それは何ですか?またどのように機能しますか?

歴史的に、解決策の 1 つのクラスは次のようなものでした。ステーキングが誰にとっても避けられず、ステーキング トークンの流動性が避けられない場合は、実際にトラストレスで中立かつ最大限に分散化された流動性ステーキング トークンを使用できるようにステーキングをフレンドリーにしましょう。簡単なアプローチは、ステーキングペナルティを 1/8 に制限することです。これにより、ステーキングされた ETH の 7/8 が控除対象外となり、同じリキッドステーキングトークンに入れる資格が得られます。もう 1 つのオプションは、「リスクを伴う」 (削減可能な) ステーキングという 2 段階のステーキングを明示的に作成することです。

しかし、このアプローチに対する批判の 1 つは、このアプローチが、資本があらかじめ決められた上限に近づいた場合に発行額を大幅に減らすという、より単純なものと経済的に同等であるように見えることです。基本的な議論は次のとおりです。リスクを取る層のリターンが 3.4%、リスクのない層 (全員が参加する) のリターンが 2.6% になる世界になった場合、それは事実上、リターン 0.8% で ETH をステーキングする世界と同じです。 ETHのみを保有している場合の還元率は0%です。賭け金の総額や集中度など、リスクを取る層のダイナミクスはどちらの場合も同じです。したがって、私たちはシンプルなことを実行し、発行数を減らす必要があります。

この議論に対する主な反論は、（例えば Dankrad がここで提案しているように）何らかの有用な役割とある程度のリスクをまだ持っている「リスクのない層」を持つことができるかどうかということです。

どちらの提案も、資本額が高すぎる場合にリターンが極端に低くなるように発行曲線を変更することを意味します。

左: 分布曲線を調整するための Justin Drake からの提案。右: Anders Elowsson による別の提案セット。

一方、2 レベルのステーキングでは、2 つの報酬曲線を設定する必要があります。(i) 「基本的な」(リスクなしまたは低リスク) ステーキングの収益率、および (ii) リスクのあるステーキングのプレミアムです。これらのパラメータを設定するにはさまざまな方法があります。たとえば、株式の 1/8 がカット可能であるというハード パラメータを設定した場合、市場の動向によってカット可能な賭け金で得られるリターンのプレミアムが決定されます。

ここでのもう 1 つの重要なトピックは、MEV のキャプチャです。今日、MEV の収入 (例: DEX 裁定取引、サンドイッチなど) は提案者、ステーカーに流れます。これはプロトコルにとって完全に「不透明」な収益です。プロトコルは、それが年率 0.01%、年率 1%、または年率 20% のいずれであるかを知る方法がありません。この収益源の存在は、さまざまな観点から見て不便です。

ここでのもう 1 つの重要なトピックは、MEV のキャプチャです。今日、MEV の収入 (例: DEX 裁定取引、サンドイッチなど) は提案者、ステーカーに流れます。これはプロトコルにとって完全に「不透明」な収益です。プロトコルは、それが年率 0.01%、年率 1%、または年率 20% のいずれであるかを知る方法がありません。この収益源の存在は、さまざまな観点から見て不都合です。

これらの問題は、MEV の収益をプロトコル内で明確に可視化して把握する方法を見つけることで解決できます。最も初期の提案は、Francesco の MEV スムージングでしたが、今日では、オークションによって提案者の権利を事前にブロックするメカニズム (または、より一般的には、ほぼすべての MEV を取得するのに十分な力を持つメカニズム) であれば、同じ目標を達成できることが一般的に受け入れられています。

既存の研究とのつながりは何ですか?

発行内容: https://issuance.wtf/

エンドゲーム ステーキングの経済学、ターゲティング ケース: https://ethresear.ch/t/endgame-stake-economics-a-case-for-targeting/18751

問題レベルのプロパティ、Anders Elowsson: https://ethresear.ch/t/properties-of-issuance-level-consensus-incentives-and-variability-across-pottial-reward-curves/18448

バリデーター設定のサイズキャップ: https://notes.ethereum.org/@vbuterin/single_slot_finality?type=view#Economic-capping-of-total-deposits

マルチレイヤーステーキングのアイデアについての考え: https://notes.ethereum.org/@vbuterin/stake_2023_10?type=view

レインボーステーキング: https://ethresear.ch/t/unbundling-stake-towards-rainbow-stake/18683

Dankrad のリキッドステーキング提案: https://notes.ethereum.org/Pcq3m8B8TuWnEsuhKwCsFg

MEV スムージング、Francesco 著: https://ethresear.ch/t/committee-driven-mev-smoothing/10408

MEV スムージング、Francesco 著: https://ethresear.ch/t/committee-driven-mev-smoothing/10408

MEV バーン、Justin Drake 著: https://ethresear.ch/t/mev-burn-a-simple-design/15590

他に何をする必要があるか、どのようなトレードオフを行う必要があるか?

残りの主な課題は、何も行動を起こさずほぼすべてのETHがLST内に存在するリスクを受け入れることに同意するか、上記の提案のいずれかの詳細とパラメータを最終決定して合意するかのどちらかです。メリットとリスクを大まかにまとめると以下のようになります。

ロードマップの他の部分とどのように相互作用するのでしょうか?

重要なクロスオーバー ポイントは、ソロ ベッティングに関係します。現在、イーサリアム ノードを実行できる最も安価な VPS は月額約 60 ドルかかりますが、これは主にハード ドライブのストレージ コストが原因です。 32 ETH ステーカー (執筆時点で 84,000 ドル) の場合、これにより APY は (60 * 12) / 84000 ~= 0.85% 減少します。ステーキングの合計リターンが 0.85% 未満の場合、このレベルでは多くの人にとってステーキングのみを行うのは不可能です。

これは、ソロステーキングを引き続き実行可能にしたい場合は、ノードの運用コストを削減する必要があることをさらに強調しています。これは Verge で行われます。ステートレスにより、ストレージ容量の要件がなくなり、それ自体で十分である可能性があり、その後、L1 EVM の証明が行われます。有効性が高いため、コストはわずかになります。

一方で、MEV の書き込みはおそらく個人のステーキングに役立ちます。それは全員のリターンを減らしますが、より重要なのは、分散を減らし、ステーキングを宝くじのようなものにしません。

最後に、発行に対する変更は、ステーキング設計の他の基本的な変更 (レインボーステーキングなど) と相互作用します。特に懸念される問題の 1 つは、ステーキングのリターンが非常に低くなった場合です。つまり、(i) ペナルティを下げるか、悪い行為に対する阻害要因を減らすか、(ii) より高いペナルティを維持すると、善意であっても不正行為が行われる状況の数が増加します。残念ながら技術的な問題や攻撃に遭遇した場合、バリデーターは予期せずマイナスのリターンを受け取る可能性があります。

アプリケーション層ソリューション

上記のセクションでは、重要な集中化リスクに対処するイーサリアム L1 への変更を強調しています。ただし、イーサリアムは単なる L1 ではなくエコシステムであり、上記のリスクを軽減するのに役立つ重要なアプリケーション層戦略があります。例としては次のようなものがあります。

アプリケーション層ソリューション

上記のセクションでは、重要な集中化リスクに対処するイーサリアム L1 への変更を強調しています。ただし、イーサリアムは単なる L1 ではなくエコシステムであり、上記のリスクを軽減するのに役立つ重要なアプリケーション層戦略があります。例としては次のようなものがあります。

フィードバックとレビューを提供してくれた Justin Drake、Caspar Schwarz-Schilling、Phil Daian、Dan Robinson、Charlie Noyes、Max Resnick、およびディスカッションを提供してくれた ethstakers コミュニティに特別に感謝します。