1. The Next Challenge for Ethereum: Builder Centralization

Ethereum é frequentemente considerado como uma das redes mais descentralizadas ao lado de Bitcoin. Devido aos requisitos de hardware relativamente baixos para operar um nó Ethereum, quase qualquer pessoa pode executar um nó. Há alguma redundância, porém, a rede possui mais de 1 milhão de validadores.

(Quota de mercado do construtor | Fonte: Relayscan)

No entanto, uma questão crítica muitas vezes negligenciada é a centralização do construtor. Construtores são as entidades que reúnem transações e pacotes para criar blocos na rede Ethereum. Nos últimos sete dias, 95% dos blocos foram gerados por apenas três construtoras.

Apesar disso, como Vitalik Buterin apontou, a centralização do construtor não representa uma ameaça grave à segurança geral da rede Ethereum. Isso porque, mesmo que a construção de blocos seja um pouco centralizada, os validadores (proponentes) que verificam esses blocos permanecem descentralizados. No entanto, a centralização dos construtores pode levar a vários problemas, como censura, rent-seeking e questões de vivacidade.

Este artigo explorará a jornada dos Flashbots na abordagem das externalidades negativas do MEV de Ethereum e examinará como o SUAVE poderia resolver problemas relacionados à MEV, incluindo a centralização de construtores.

2. Progresso até agora

2.1 Prova de Trabalho

Antes da atualização do Merge, a rede Ethereum operava em PoW consenso, semelhante à rede Bitcoin, onde os mineradores usavam hardware para minerar blocos. Durante este período, quando os pesquisadores identificaram MEV oportunidades no pool de mem, a única maneira de obter suas transações ou pacotes incluídos em um bloco era através de um leilão de gás prioritário (PGA), onde eles licitam taxas de gás mais altas do que outros pesquisadores.

Esta abordagem levantava problemas fundamentais. Primeiro, MEV roubo era um problema. Os mineradores podiam ver o conteúdo das transações ou pacotes enviados pelos pesquisadores e, em vez de incluí-los no bloco por uma taxa de prioridade, eles poderiam copiar essas transações e roubar os MEV eles mesmos. Assim, os pesquisadores tinham que confiar nos mineradores para ganhar MEV lucros.

O segundo problema foi congestionamento da rede. Sempre que MEV oportunidades surgiam, os pesquisadores competiam oferecendo taxas de prioridade mais altas, o que levava ao aumento do congestionamento na rede Ethereum. Isso tornou as taxas médias de transação caras e imprevisíveis, impactando negativamente os usuários comuns.

(Leilão Flashbots | Fonte: Flashbots)

Para resolver as externalidades negativas do MEV na rede PoW Ethereum, a Flashbots introduziu o Flashbots Auction, que consiste em mev-geth e mev-relay. Os principais componentes foram: 1) colocar mineiros na lista branca, 2) estabelecer uma pool de mem privada e 3) implementar um sistema de leilão de lances selado.

Os usuários e pesquisadores podiam enviar transações ou pacotes para o pool de mem privado do Flashbots Auction, que eram enviados para mineradores da lista branca usando o cliente mev-geth através de um mev-relay centralizado. Os pesquisadores expressaram lances para seus pacotes, e os mineradores usaram mev-geth para incluir os pacotes de lances mais altos no bloco.

Ao contrário do sistema anterior, os pesquisadores usavam um pool de mem privado, de modo que suas ações não impactavam o mercado de Ethereum gás e não conseguiam ver os lances de outros buscadores, reduzindo a concorrência. Consequentemente, o Flashbots Auction reduziu efetivamente o congestionamento na rede Ethereum. No entanto, os mineradores da lista branca ainda eram necessários porque eles ainda podiam ver o conteúdo dos pacotes enviados pelos pesquisadores.

(Fonte: Flashbots)

Flashbots Auction tornou-se amplamente adotado, com mais de 90% de adoção de mev-geth. Isso reduziu significativamente as transações MEV falhadas e reduziu as taxas médias de gás na rede Ethereum, mitigando efetivamente muitas das externalidades negativas associadas ao MEV.

2.2 Prova de Staking (PoS)

Em setembro de 2022, a rede Ethereum passou de PoW para PoS com a ativação da atualização The Merge. O processo de inclusão de transações enviadas pelo usuário em blocos permaneceu praticamente inalterado desde PoW. No entanto, houve um problema crítico com a adoção direta do Flashbots Auction: a lista branca.

Em PoW Ethereum, os mineradores possuíam fisicamente seu hardware, tornando o processo de lista branca relativamente simples. No entanto, com a mudança para PoS, um vasto leque de entidades poderia participar na validação de forma anónima, tornando a lista branca extremamente difícil.

Para lidar com as externalidades negativas do MEV no PoS Ethereum, a Flashbots introduziu um novo protocolo chamado MEV-Boost. O roteiro de rede Ethereum inclui a atualização do PBS (Proposer-Builder Separation) para descentralizar MEV e o MEV-Boost implementa parte do PBS.

Nesta nova configuração, os construtores de blocos recebem transações e pacotes de usuários e pesquisadores para criar o bloco completo mais valioso, enquanto os proponentes selecionam o bloco completo de lance mais alto dos construtores de blocos e o propagam para a rede. Ao contrário do mev-geth, o MEV-Boost atua como um sidecar para o cliente de consenso, tornando-o compatível com qualquer tipo de cliente.

Veja como funciona o MEV-Boost:

(MEV-Boost | Fonte: EigenLayer)

1. Bloco construtores recebem transações de buscadores e fluxo de ordem privado, usando seus algoritmos de extração de MEV para reordenar as transações para obter a máxima rentabilidade. Em seguida, eles criam um bloco completo e enviam um lance para o revezamento.
2. O relé verifica a validade dos blocos recebidos dos construtores e armazena-os.
3. O relé envia os cabeçalhos dos blocos, juntamente com os lances, para o proponente.
4. O proponente seleciona o cabeçalho do bloco com o lance mais alto entre os enviados pelo relé e assina-o.
5. O relé revela o conteúdo do bloco completo correspondente ao cabeçalho assinado ao proponente.
6. O proponente submete o bloco completo à rede e recolhe a proposta anexada pelo construtor do bloco.

(Fonte: mevboost.pics)

Do ponto de vista da Ethereum validadores, o MEV-Boost oferece uma vantagem significativa: não há necessidade de um processo de lista branca. Os validadores simplesmente executam o MEV-Boost do Flashbots, e os construtores de blocos apenas extraem o MEV de maior valor e enviam-no como lances. Isso significa que validadores podem ganhar MEV receita sem precisar de seus próprios algoritmos de extração de MEV. Consequentemente, MEV lucros são descentralizados em vez de estarem concentrados em poucas entidades.

(Fonte: mevboost.pics)

Apesar de ser um middleware externo em vez de um protocolo integrado, o MEV-Boost foi adotado com sucesso por mais de 90% dos Ethereum validadores por um longo período. Embora haja uma desvantagem de que os construtores e proponentes devem confiar no revezamento, o número de relés aumentou para oito, reduzindo o domínio do relé Flashbots e aliviando preocupações relacionadas, como a censura.

3. Builder Centralization

3.1 Por que os construtores tendem à centralização

Embora o MEV-Boost tenha mitigado muitas das externalidades negativas associadas ao MEV, a questão da centralização dos construtores, mencionada anteriormente, permanece sem solução. Atualmente, cerca de 90% dos Ethereum blocos de rede são criados por apenas três a quatro construtores de blocos. Mas por que os construtores de blocos tendem a centralizar? Existem duas razões principais:

Fluxo de pedidos exclusivo (EOF)

Em primeiro lugar, o mercado de construtores de blocos é fundamentalmente um mercado em que o vencedor leva tudo. Imagine que você é um pesquisador que identificou uma oportunidade de extração de MEV e a agrupou. Para quais construtores você enviará seu pacote? Embora você possa enviá-lo para todos os construtores, quanto mais construtores você envolver, maior o risco de MEV roubo, pois os construtores podem ver o conteúdo do pacote. Portanto, sua estratégia ideal seria enviar o pacote apenas para os poucos construtores com maior probabilidade de inclusão de blocos.

(Fonte: Frontier Research, junho de 2023)

O gráfico acima mostra que os construtores que recebem mais pacotes de pesquisadores têm uma maior probabilidade de inclusão de blocos. Esse fenômeno acelera o volante da centralização: se um construtor recebe mais pacotes de buscadores, é mais provável que construa blocos mais lucrativos. Consequentemente, esses blocos são mais propensos a serem adotados pelos proponentes na rede Ethereum, incentivando mais buscadores a enviar seus pacotes para esse construtor. O envio de pacotes para construtores menos dominantes pode resultar em atrasos na inclusão de blocos, dificultando Taxa de gás previsões e potencialmente perdendo oportunidades de extração de MEV.

Além dessa tendência natural para a centralização, os construtores podem obter transações ou pacotes adicionais por meio do EOF. Por exemplo, um construtor específico pode oferecer garantias de privacidade ou uma parte dos MEV extraídos para usuários e pesquisadores que enviam transações ou pacotes exclusivamente para eles. Esse fluxo de ordem adicional, inacessível a outros construtores, acelera ainda mais a centralização do construtor.

De fato, como mostrado no gráfico, o BloXroute tem uma taxa de inclusão de blocos significativamente maior em comparação com seus pares. Isso ocorre porque o BloXroute opera não apenas como um construtor de blocos, mas também como um serviço de retransmissão, dando-lhe uma vantagem latência no processamento de transações. Além disso, o BloXroute fornece EOF através de serviços como BackRunMe.

(MEV distribuição | Fonte: BloXroute)

O BackRunMe permite que os usuários enviem transações privadas, protegendo-os de ataques maliciosos, como ataques front-running e sanduíche. Além disso, se MEV lucros são gerados a partir do backrunning das transações privadas submetidas ao BackRunMe, os lucros são distribuídos de acordo com os rácios mostrados no gráfico. Os usuários e pesquisadores podem desfrutar de vários benefícios usando a interface do usuário de swap do BackRunMe ou simplesmente alterando seus RPC para enviar transações.

Então, o que os novos construtores de blocos podem fazer? Infelizmente, eles têm opções limitadas, além de aumentar sua participação no mercado com prejuízo ou oferecer serviços para atrair usuários e usuários do EOF dos pesquisadores. A primeira abordagem, conhecida como estratégia de subsídio de bloco, envolve a definição de propostas mais altas do que os lucros MEV gerados a partir de blocos de construção para aumentar a taxa de inclusão de blocos. Por exemplo, o construtor f1b usou com sucesso essa estratégia para aumentar rapidamente sua contagem de pesquisadores.

MEV entre domínios

Quanto mais fluxo ordem um construtor de blocos tiver acesso, maior a probabilidade de gerar blocos mais rentáveis. Se alguns construtores de blocos também criarem blocos para outras redes, eles poderão acessar não apenas o fluxo de ordem da rede Ethereum, mas também o fluxo de ordem externo. Essa capacidade provavelmente levaria a uma maior centralização em torno desses construtores.

3.2 O que devemos fazer?

Exploramos por que o mercado de construtores tende a se centralizar. Embora a centralização dos construtores não represente uma grave ameaça à segurança devido à natureza descentralizada dos proponentes (validadores) que verificam e propagam blocos, ela ainda pode levar a problemas como 1) censura, 2) rent-seeking, e 3) problemas de vivacidade.

A censura poderia ser potencialmente abordada por futuros recursos de Ethereum protocolo como crList, que nativamente forçariam os construtores a incluir todas as transações conforme exigido pelos proponentes. No entanto, abordar a busca de aluguel em um mercado monopolista e resolver problemas de vida devido ao tempo de inatividade é mais desafiador.

Portanto, a melhor solução é evitar a centralização do construtor em primeiro lugar, mitigando suas principais causas – EOF e MEV entre domínios. Para resolver essas questões, a Flashbots introduziu o Leilão Único Unificador para Expressão de Valor (SUAVE) protocolo. (Vale a pena notar que SUAVE não é a única solução potencial para a centralização de construtores; para uma variedade de outras soluções potenciais, ver Jon Charbonneau '4. Aí vem SUAVE

4.1 TL; DR

SUAVE concentra-se em abordar os dois principais fatores que contribuem para a centralização do construtor: EOF e MEV entre domínios. Em primeiro lugar, o SUAVE pode aceitar transações de todas as redes, permitindo que os construtores descentralizados extraiam inerentemente MEV entre domínios. Em segundo lugar, a SUAVE otimiza as condições para os usuários ao lidar de forma privada com preferências e oferecer uma parte dos lucros MEV.

A diferença é que, embora tais estratégias possam levar à centralização de construtores específicos no mercado atual de construtores, a SUAVE incorpora a OFA no próprio protocolo, dando a todos os construtores descentralizados acesso a essas preferências. O conceito de OFA, tal como proposto pelos Flashbots, já está implementado na rede Ethereum através do MEV-Share e será posteriormente incorporado no SUAVE.

Edifício Bloco descentralizado

Nos componentes anteriores, a maioria das preferências encontra sua rota de execução ideal. Os construtores de blocos descentralizados usam essas informações para construir blocos parciais ou completos que maximizam MEV lucros, que depois repassam para validadores de várias redes.

Nem todas as validadores de outras redes podem usar SUAVE, semelhante a como nem todas as Ethereum validadores usam MEV-Boost. Os validadores que ouvem SUAVE podem aceitar blocos SUAVE e adicionar blocos lucrativos à sua rede. Se não tiverem conhecimento, os construtores de blocos da SUAVE devem participar de um leilão de gás prioritário (PGA) para incluir seus blocos. Uma vez que as preferências são cumpridas na cadeia de destino, um oráculo notifica a rede SUAVE, e o lance é enviado aos executores para liquidação.

4.3 MEVM

SUAVE é um blockchain que usa MEVM como seu ambiente de execução. O MEVM é construído na estrutura EVM, com pré-compilações adicionadas para MEV casos de uso. Os desenvolvedores podem usar o Solidity para criar aplicativos MEV conforme contratos inteligentes, permitindo a construção descentralizada de infraestrutura relacionada a MEV anteriormente centralizada. Por exemplo, diferentes métodos de construção de blocos ou leilões de fluxo de ordem podem ser implementados como contratos inteligentes.

Dada a necessidade de dados e cálculos sensíveis, o MEVM também oferece recursos de privacidade. Cálculos sensíveis são executados fora da cadeia por nós de execução. Inicialmente, Flashbots ou terceiros fornecerão isso de forma centralizada, mas, eventualmente, será executado em ambientes de execução confiáveis (TEE) como o Intel SGX.

5. Resumo & Desafios à frente

Em resumo, a SUAVE tem como objetivo coletar transações de todas as redes blockchain e fornecer blocos com a execução mais eficiente para essas redes. Se a visão da SUAVE for plenamente realizada, permitirá uma verdadeira descentralização da MEV, oferecendo os seguintes benefícios a vários participantes do ecossistema blockchain:

1. Usuários: Protegido contra ataques de MEV maliciosos através da privacidade e ofereceu a melhor execução.
2. Construtores: Podem competir de forma justa com outros construtores devido às transações de privacidade inerentes à SUAVE e aos leilões de fluxo de ordem (OFA), e têm acesso a preferências entre domínios, permitindo-lhes construir blocos mais rentáveis do que quando operam dentro de um único domínio.
3. Redes: Pode facilmente terceirizar o processo de construção de blocos para a SUAVE.

Apesar de sua visão ambiciosa, a SUAVE ainda está em seus estágios iniciais e enfrenta vários desafios antes que possa ser totalmente realizada.

1. Modelo de segurança: O modelo de segurança da SUAVE ainda está indefinido. Dado que é provável que os blocos SUAVE sejam usados em redes L2 baseadas em Ethereum e Ethereum, seu nível de segurança idealmente deveria corresponder ao de Ethereum, mas conseguir isso é complexo. Há discussões sobre se o SUAVE deve ser construído como um Ethereum L2 ou usar a segurança criptoeconômica do EigenLayer.
2. Atomic Cross-Domain Transactions: Estes são não garantidos. É um desafio processar transações atomicamente em redes com diferentes tempos de bloco. Uma transação pode ser bem-sucedida em uma rede de tempo de bloqueio rápido, mas falhar em uma rede mais lenta. Além disso, como nem todos os validadores em todas as redes estão cientes da SUAVE, incluindo blocos através de um leilão de gás prioritário (PGA) pode falhar.
3. Oracle Design: Um design oráculo sofisticado é necessário para trazer resultados de domínios externos com precisão e rapidez para o SUAVE para liquidação. Os oráculos devem ser pelo menos tão seguros quanto o SUAVE, pois podem se tornar vetores de ataque.
4. Experiência do usuário: uma experiência do usuário amigável deve ser projetada para o SUAVE. Os usuários precisam definir lances para suas preferências e manter ETH na rede SUAVE. Uma interface que permita aos usuários expressar facilmente vários tipos de preferências também é necessária.

A maior preocupação é se o SUAVE pode alcançar uma taxa de adoção significativa semelhante ao mev-geth ou MEV-Boost. Para que a SUAVE concretize a sua visão, tem de conseguir economias de escala. Muitos usuários de inúmeras redes precisam enviar suas preferências para SUAVE, e inúmeros construtores devem participar para criar um sistema eficiente. Enquanto o mev-geth era um cliente e o MEV-Boost era um sidecar de middleware que os validadores existentes poderiam facilmente adotar, o SUAVE é uma rede blockchain baseada em MEVM. Portanto, resta saber se este grande sistema pode alcançar uma adoção significativa em muitas redes.

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