区块重组MEV对区块链安全的影响

巴比特 view 21507 2021-7-14 10:23

关于矿工可提取价值（MEV）的话题，最近Crypto社区在热议一种名为区块重组（Block reorg）的新MEV类型，对此，Ava Labs 首席协议架构师Kevin Sekniqi认为，区块重组（Block reorg）MEV会使得PoW链的确认时间大幅延迟，而对于PoS区块链，尽管从技术上讲它可能易受此类攻击的影响，但那些确定交易的节点无法被迫取消确定，从而保证了交易的安全。

这篇文章关注的是区块重组MEV的后果，区块链在遭到破坏前可以承受多大的压力，以及我们可以做哪些协议层的事情来永久纠正这个问题。实际上，写这篇文章也是为了回答下面这个问题（谢谢Jeremy!）：

区块重组MEV对区块链安全的影响

先总结一下：区块重组MEV既不是什么新鲜事，也可能不会对区块链构成长期威胁。这种 MEV 的形式从一开始就存在，即使在比特币身上也是如此（例如参见Eyal 和 Sirer 的自私挖矿论文）。话虽如此，区块重组MEV可能很会烦人，而工程师们需要意识到这些问题。因为一旦变得普遍的话，我们确实需要进行更多的人工干预。

旁注：在我写这篇文章的时候，我注意到 Dragonfly Capital 的 Tom Schmidt撰写了另一篇关于MEV的文章‌，这可以帮助大家理解这篇文章，因为它讨论了MEV的投机影响，还包括了一些博弈论解决方案。

深入区块重组（Block reorg）MEV话题

什么是MEV？它的字面意思是“矿工可提取价值”，但它实际意味着在交易中为了优先待遇而向矿工支付的价值。优先待遇可用于烦人但最终是良性的行为，例如在公开拍卖中给矿工钱让其优先处理你的交易，也可以用于恶性活动，如重写数据库（即区块链）或“重新排序”。我们不关心用户使用MEV来进行套利，相反，我们关心的是后一种危险的MEV形式：贿赂矿工以改写数据库。

所以，回到Jeremy提出的问题：“潜在的最坏情况是什么？”

在回答这个问题之前，我们必须回答一些初步的问题：

是否违反了正确性假设？

区块链是基于PoW还是PoS？

问题 1：是否违反了正确性假设？

所有区块链使用的所有共识协议的基础是一组需要维护的假设，以便区块链“正常”运行。而其中最重要的假设是，协议中的大多数矿工行为正确，这意味着他们完全按照预期遵循共识协议。

在构建复杂的动态系统时，我们不得不“假设”某些条件，这看起来可能很奇怪，但实际上这是非常明智的，而且我们一直都这么做。例如，航空工程师们会假设飞机永远不会遭遇流星袭击，因此他们没有提供任何保护措施来抵御中途的流星袭击。共识协议也是如此：我们假设大多数矿工是正确的，因此并没有真正针对他们设计任何保护机制。

为什么？因为事实证明，没有这个正确性假设，不管其他任何假设，都无法建立一个既有效又安全的共识协议。事实上，这个性质是不可能的，并且是分布式系统的基本结果之一。

在任何区块链中，你都会假设大多数矿工是正确的。不管你认为这是因为理性的经济行为还是利他主义，这都无关紧要，你只是假设它而已。由于与底层消息传递层的同步性和异步性的更多假设相关的细节，基于 PoW 的区块链需要大约 51% 的正确性，基于 PoS 的区块链需要大约 67% 的正确性（p.s.为了可读性，我在这里有意地进行了简化）。

MEV 是危险的，因为你付钱给矿工违反这个正确性假设，让他们放弃预定的协议。

问题2: 区块链是基于PoW还是基于PoS？

如果正确性假设得到保证，那么PoW和PoS提供的保证最终是没有区别的。但是，由于它们构造的特殊性，如果违反假设，它们确实会有所不同。

具体来说，PoW链没有身份（即验证器身份）的概念，而只依赖于工作量证明来生成交易。只要有一个矿工在线生成nonce随机数，那么区块链将保持活跃并继续运行。这意味着重组可以在任何时间以任何原因发生，但需要注意的是，如果不违反正确性假设，那么随着链的深度越来越大，重组在概率上会变得越来越不可能。相反，PoS 链具有身份的概念，并依赖矿工对交易进行“投票”。这意味着一旦大多数矿工批准交易，它就会立即完成。因此，交易完成后不支持重组。如果发生了重组，客户端会恐慌并不再取得进展。

最终，如果违反了正确性假设，问题就会出现。在 PoW 中，因为重组是生活的正常组成部分，客户端不会惊慌并会自动接受真正的深度重组。事实上，在 PoW链中，我们没有办法（除了一些粗略的概率计算）去“确定”网络的大部分矿工是否已被贿赂。客户端不接受一次深度重组的唯一原因是，如果客户端实施了自定义规则来关闭操作，以防发生比 X 区块更深的重组。而在PoS 中，重组并不是生活的正常部分，因此客户端会停止取得进展。在 PoS 中，我们可以确定是否发生了重组，因为你之前确定的不再是最终的。

好的，现在回到上面的问题：“潜在的最坏情况是什么？”

根据“PoW或PoS”与“正确多数或不正确多数”的二乘二矩阵，我们大致有四个答案。

情况1: 区块链基于PoW，且大多数矿工是正确的。在这种情况下，客户端可能只需要在“最终确定”一个区块之前增加确认次数。如果有一小部分矿工试图重组（少于 20%），那么 35 个Coinbase 区块确认时间就足够了。如果你假设会有很大一部分矿工试图叛逃，但不是大多数，那么确认时间可能需要延长很多个小时。

情况2: 区块链基于PoS，且大多数矿工是正确的。在这种情况下，你实际不需要做什么。一旦你在交易中获得最终确认，那它就不会发生逆转了。

情况3: 区块链基于PoW，且大多数矿工都被贿赂了。在这种情况下，再多的确认时间都不够，但客户端至少可以实施反重组机制。基本上，如果看到超过 X 个区块的重组（可能与最后接受的区块策略的深度相同），那么客户端就会停止运行。在这一点上，重组区块链并过滤掉不良矿工是一个社会共识的问题。

情况4: 区块链基于PoS，且大多数矿工都被贿赂了。与PoW链相同，但在这种情况下，不需要明确实施应急出口（exit hatch），因为它是根据共识的设计方式自动实现的。