提议者延迟提议对见证者投票的影响

关于提议者时序博弈、区块传播和见证者的影响

提议者的时序博弈在如今的区块链世界里已经不是什么新鲜事了。各种研究都在试图解码这种现象，而我今天要带大家深入探讨一下它的演变过程以及它如何影响到见证者。通过对 Lido、Coinbase 和 Kiln 这些大玩家的案例分析，我们将揭示区块提议中的时序博弈如何影响以太坊的共识机制。

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截至2024年8月，区块构建市场基本上都外包给了专业的区块构建者，其中约90%的区块是由mevboost的区块构建者打造的。Titan Builder和Beaverbuild这两家公司就占据了大约80%的市场份额。Kiln则是时序博弈的推动者之一，他们在一个slot内将区块提议延迟了3到3.5秒。

在当前的mevboost环境下，区块传播主要依赖于中继器。虽然提议者在从中继器接收到区块后也会传播它，但中继器通常拥有更优质的网络连接，能够更快地完成传播。然而，提议者仍然掌控着时序，他们可以通过延迟「getHeader」调用来玩时序博弈游戏。

这张图表展示了时序博弈的演变过程。从中我们可以看到，随着时间的推移，Kiln验证者提议的区块在slot内总是相对滞后的。

这种滞后对网络产生了明显的影响：由Kiln提议的区块，错过或错误的区块头投票率显著增加。

之前的分析表明，等待时间越长，错过区块头投票的可能性就越大（「80%的见证发生在slot中的第5秒」）。Kiln在非常晚的时候提议区块，导致一些见证者错过它们，并且反而投票给父区块。每个slot大约会分配32,000个验证者，这将导致约10%的错误区块投票率。

让我们来看看三个大型节点运营商的见证行为，并比较它们如何对不同时间内提议的区块做出反应。下图显示了slot内正确和及时的区块头投票分布秒数。

对于早期区块，我们观察到Lido和Coinbase在投票模式上呈现出一种独特的「U」形，这可能是由于不同的地理位置或客户端软件造成的。相比之下，Kiln显示出一个明显的峰值，比Coinbase和Lido的第一个峰值略有滞后。然而，对于较晚的区块，Kiln的见证者也显示出「U」形模式。

当区块在slot中第4秒首次出现时（由于这是P2P网络，每个节点接收到区块的时间不同），Lido见证者比Kiln或Coinbase见证者提前最多2秒进行见证。这种模式并不一定表明Kiln在执行「个人策略」。相反，这可能归因于客户端的不同或地理位置的不同。

到底是谁影响了谁？

在下图中，我们比较了不同提议者下节点运营商的表现。例如，y=1上方的绿色部分表明，当Kiln作为提议者提议区块时，Lido见证者将更容易错过区块头投票。然而，当Lido作为提议者时，Lido见证者在见证区块最及时。虚线1表示所有实体作为提议者时错过区块头投票的平均份额。低于1的柱状图意味着与平均值相比，特定实体与各自提议者联合时错过的区块头投票较少。

值得注意的是，节点运营商在处理其自己提议的区块时表现最好。

快速总结一下我们看到的内容：

在其他运营商作为提议者提议区块时，大多数运营商表现都相对稳定。

在Kiln作为提议者提议区块时，Figment、Lido、Kraken和EtherFi表现较差。

在Kiln作为提议者提议区块时，只有Kiln和Binance表现更好。

Kiln作为见证者表现很好。早期分析表明，在涉及到高性能验证者时，Kiln表现优异。有关Kiln见证表现的更多详细信息，请参阅这篇分析。

但Kiln引发了压力。现在我们知道，Kiln提议的区块给其他见证者带来了压力，但并未给Kiln的见证者带来压力。

目前，很难对「How」作出解释。一个可能的解释是Kiln的验证者高度集中，共址运行，或者具有非常密集的对等连接。另一种原因可能是通过定制的对等网络/私人网络或通过其他额外的通信层连接它们的验证者进行协调行为。后一种被认为更具中心化特性，因为它更加强调规模经济。

当我们观查Lido和Coinbase在各自作为提议者提议区块时的（正确且及时的）见证时间时，我们可以观察到类似的模式。

有趣的是，Kiln开发了一种从3.8秒到6.1秒的「U」形分布用于它们自己的晚期区块，而Lido在4.2秒出现一个峰值，Coinbase在slot中的第4秒开始出现一个高原，并在第6秒出现一个小的峰值。

防止自己的提议的区块被重组

让我们将注意力转向被重组的区块。从节点运营商的角度来看，一个策略可能是永远不为重组自己的区块投票。简单地说，「如果提议者是我，永远不要将父区块投票为区块头」。

在接下来的部分中，我将使用「本地区块」来代表「自己提议的区块」。

下图是为重组区块投票的见证者与为父区块投票的见证者的百分比。红色部分显示了该实体投票给重组区块的见证者的百分比。

Kiln表现出了异常行为。当大多数节点运营商的见证者诚实地为正确的区块头投票而不是本地区块时，Kiln的见证者却并不这么做。超过10%的Kiln见证者试图通过为本地区块投票来将其保持在链上。如果采用这样的策略，它们可能会由于为错误的区块头投票而产生损失。然而，这些策略通常在以太坊社区中受到鄙视：「不要玩弄共识」。

但我们如何看待其他层面的协作？

关于见证的协作，作为社区，我们似乎接受了运行在同一节点上的验证者为相同的checkpoints投票的事实。

我们可能不希望采取任何跨越物理机器边界的努力来提高验证者之间的协作。这应当是每个人都可以构建的。这种协作可能有不同的形式：

级别1 - 回退机制与静态对等连接：为多个物理机器提供一个中央备用/备份节点。这也可以是一个断路器，一些特别容错的机器，作为信息的私人中继器。具有改进对等连接、私人网络或类似设置的设置也可能属于此类别。

级别2 - 如果-否则规则：在某些slot中等待更长时间的硬编码规则。那些将安装在多个物理机器上，允许它们基于预定义规则「协作」。

级别3 - 僵尸网络：有一个中心化的预言机与所有验证者通信，并提供投票的checkpoints以及它们应在何时发布的时间戳。

在我看来，后两种形式的协作（级别2和3）是有问题的，节点运营商应当承担责任。最后，对于涉及静态对等连接和私人网络的策略可能存在灰色地带。

这样的设置可能会被用于运行（恶意）策略，例如：

确保跨多个物理机器从不对不同的checkpoints投票。

确保永远不会对重组自己提议的区块投票。

基于连续的提议者进行协作（诚实重组客户端（y/n））。

审查某个方的见证。

不为某方的区块投票。

其他。

在讨论协作时，区分两种类型是重要的：

协作行为发生在从同一物理机器运行的验证者之间。

协作行为源于运行相同的修改后的客户端软件或依赖于相同的中心化预言机。

反对复杂协作验证者行为的潜在解决方案是EIP-7716：反相关处罚，该提案建议根据验证者之间的相关性来调整处罚。