如何有效去除区块链交易中的中继节点

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本文提出了一种替代MEV-Boost中继架构的方案,通过门限加密技术实现构建者与提议者间的直接隐私通信。该方案利用验证者现有BLS密钥进行非交互式加密,将区块门限加密至验证委员会,当足够数量验证者认证后即可解密。相比依赖中心化中继,新架构能降低延迟、提升去中心化程度,同时通过TEE证明或ZK证明保障区块有效性。尽管存在数据存储需求和网络适应性等挑战,该方案为消除以太坊中继中心化风险提供了创新路径,未来可随MaxEB升级逐步部署。

MEV-Boost作为当前以太坊生态中提取MEV的主流侧车协议,其运作高度依赖中心化的中继参与者。针对这一现状,我们提出了一种创新架构,通过构建者和提议者之间的直接加密通信来实现去中心化。该方案采用了一种新型的非交互式”静默”门限加密技术,能够直接利用验证者现有的BLS密钥对。

这项技术的核心在于通过门限加密处理区块提议,将其分发给部分参与者,借助证明委员会实现隐私保护和数据可用性。当收集到足够的证明形成解密密钥并达到预设门限时,加密区块即可被解密。这种架构不仅解决了构建者与提议者之间的隐私问题,还能与其他机制协同工作,完整复制中继提供的各项功能。

在具体实现上,可以结合受信执行环境(TEE)证明、零知识(ZK)证明或加密经济担保机制等多种方案。通过消除对中继的依赖,我们期望能显著降低延迟,同时提升以太坊网络的去中心化程度和抗审查能力。

MEV-Boost与中继的作用

作为连接区块构建者和提议者的中间层,MEV-Boost协议中的中继承担着关键职责。根据相关研究,中继主要提供两大核心保障:首先确保构建者隐私,防止提议者窥探区块内容或窃取MEV;其次保证提议者安全,确保构建者履行支付承诺并提交有效区块。

然而,这种中继架构带来了明显的中心化风险。数据显示,约90%的以太坊区块仅通过少数几家中继传输,这种集中化带来了多重隐患。一方面,构建者可能倾向于与特定中继协同部署以优化延迟,而非遵循提议者的地理分布,这直接削弱了验证者集应有的地理去中心化优势。另一方面,中继处理带来的额外延迟(通常为5-20毫秒)以及构建者与提议者间的通信延迟,都会影响跨域执行效率并降低提议者的MEV收益。

TEE-Boost方案

在探索替代中继的解决方案中,”TEE-Boost”方案颇具代表性。该方案依托受信执行环境(TEEs),允许构建者生成证明来验证出价诚信和区块有效性,而无需向提议者公开实际区块内容。提议者只需常规硬件即可验证这些证明,无需自行运行TEE环境。

但TEE-Boost存在明显的数据可用性问题。构建者仅共享证明和区块头,可能导致签名后拒绝释放完整区块内容。为解决这个问题,业界提出了两种思路:TEE-保管方案要求构建者预先提交区块,在签名后释放;数据可用性层方案则将加密区块发布到专门的数据层。然而,前者仍存在中心化延迟问题,后者则引入了额外的协议依赖。

门限密码学解决方案

我们提出的创新方案采用门限加密技术,巧妙解决了TEE-Boost的数据可用性难题。具体而言,构建者将区块加密给特定时隙的验证委员会,当收集到足够认证后即可解密。这一方案的核心在于”无声门限加密”技术,它消除了传统分布式密钥生成的交互需求,直接利用验证者的现有BLS公钥实现加密通信。

该机制的工作流程包括:构建者加密区块并生成TEE证明,验证出价诚信、区块有效性和加密正确性;提议者签名后传播给验证者集;当达到预设门限的认证后,区块被解密并最终确认。这种设计既保持了密码学级别的隐私保护,又避免了验证者需要额外硬件支持。

技术考量与优化

从性能角度看,无声门限加密展现出显著优势。加密过程仅需不到7毫秒,且可并行处理;密文大小仅比明文增加768字节固定开销。解密时间随委员会规模变化,在n=128的典型配置下预计可控制在20毫秒以内,远优于现有中继的延迟表现。

数据存储方面,方案需要验证者发布约3KB的提示信息。随着MaxEB提案的实施,验证者数量有望减少,存储需求可能降至1GB左右。网络活跃性方面,构建者可自主设置解密门限,在隐私保护和区块确认之间寻求平衡。当网络状况不佳时,系统可灵活回退到中继或其他备用机制。

值得注意的是,该方案还存在一些待优化领域。比如委员会在线率、区块解密失败处理、以及构建者潜在的信息优势等问题都需要进一步研究。长远来看,随着零知识证明技术的发展,未来可能用ZK证明替代TEE证明,这与以太坊的长期路线图高度契合。

应用前景与价值

考虑到当前验证者集的规模,该方案的最佳实施时机可能是在MaxEB升级之后。届时可通过共识层升级逐步引入新功能,鼓励验证者发布必要信息。当采用率达到一定比例后,市场力量将自发推动构建者使用这一更高效的方案。

从本质上说,中继机制是以太坊中心化的重要源头之一,既产生寻租机会又扭曲协议的地理分布。我们提出的方案虽然需要对共识层进行复杂修改,但验证者无需新增硬件或密钥材料,在保持去中心化的同时显著提升了系统效率。尽管市场接受度存在不确定性,但这种基于门限加密的创新思路,可能为未来更多验证者集应用场景奠定基础。

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