Unabhängige Prüfer sind für die Sicherheit, Dezentralisierung und Zensurresistenz von Ethereum von entscheidender Bedeutung. Sie betreiben verteilte Knotenpunkte weltweit und können nicht leicht beeinflusst werden. Allerdings stehen sie vor mehreren wichtigen Herausforderungen:

• [ ] Hohe Teilnahmeschwelle: Die 32 ETH Anforderung für das Staking ist eine bedeutende Hürde für viele potenzielle Teilnehmer.
• [ ] Opportunitätskosten: Das gebundene Kapital ist weit größer als der potenzielle Verlust durch Fehlverhalten des Validators (d. h. Slashing).
• [ ] Begrenzte Liquidität: Unabhängige Prüfer können ihr Eigenkapital nicht einfach staken und Hebelwirkung erzielen, während sie ihren Prüfer betreiben.
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Um diese Probleme zu lösen, schlagen wir das SOLO-Protokoll vor, das das genehmigungslose Prägen von liquiden Staking-Token (LSTs) für Teile des Einsatzes unterstützt, die selbst bei Slashings unwahrscheinlich verloren gehen. Nach dem Pectra-Upgrade ermöglicht dies das Prägen von bis zu 96,1% des Einsatzes, es sei denn, es treten sowohl ein signifikantes Slashing-Ereignis als auch verlängerte Inaktivitätsstrafen auf. Dies wird die Einstiegskosten für unabhängige Prüfer auf nur 1,25 ETH senken. Das Protokoll ermöglicht es unabhängigen Prüfern auch, effektiv gegen ihre ansonsten illiquiden gestakten Anteile zu leihen.

Unser Mechanismus schafft eine einheitliche, homogene LST über alle Prüfer hinweg, ohne sich auf Governance, vertrauenswürdige Hardware (z. B. SGX) oder zugelassene Betreibergruppen zu verlassen. Das Protokoll nutzt Pectras EIP-7002 (ermöglicht Abhebungen auf Konsensschicht, die durch die Ausführungsschicht ausgelöst werden) und EIP-7251 (erhöht die Flexibilität der Staking-Limitierung für Multi-Node-Validatoren durch Anpassung des „Maximum Effective Balance“). Prüfer müssen lediglich ihre Abhebungsnachweise an das Protokoll übermitteln.

Um den reduzierten Kosten entgegenzuwirken, die aus einem 51%-Angriff auf Ethereum entstehen könnten, und um zu verhindern, dass ein einzelner Validierer die Dominanz erlangt, setzt das Protokoll einen wirtschaftlichen Anti-Zentralisierungsmechanismus ein. Dies beschränkt den erreichbaren Einfluss dynamisch und behindert überproportional große Validierer, um zu verhindern, dass eine einzelne Entität übermäßige Kontrolle über Ethereum erlangt.

Hintergrund

Das Protokoll von Ethereum verwendet zwei Arten von negativen Anreizen für Prüfer: Strafen und Slashing. Prüfer, die es versäumen, Beweis- oder Synchronisationsausschüsse zu erbringen, werden bestraft. Diese Strafen sind relativ milde, sodass Prüfer sich von einem Tag Ausfall und etwa einem Tag normaler Betrieb erholen können.

Allerdings ist das Slashing viel schwerwiegender. Es gilt für schwerwiegende Protokollverletzungen, wie z.B. das Vorschlagen oder Beweisen mehrerer Blöcke für denselben Slot. Diese Strafe besteht aus vier Teilen:

• [ ] Anfangsstrafe: Nach dem Pectra-Upgrade wird dies ein Slashen von 1 ETH für jeweils 4096 ETH des effektiven Guthabens sein. Für einen 32 ETH-Validator wird der Verlust 0,00781 ETH betragen.
• [ ] Korrelationsstrafe für große Slash-Ereignisse: Diese ist normalerweise null, aber wenn ein Drittel oder mehr der insgesamt gestakten ETH innerhalb von 18 Tagen vor oder nach dem Slashen des Validators gestaked wird, könnte die Strafe das gesamte Validator-Guthaben aufbrauchen. Im Falle einer 1%igen Reduzierung der insgesamt gestakten ETH könnte ein 32 ETH-Validator bis zu 0,96 ETH an Korrelationsstrafen verlieren.
• [ ] Verpasste Beweisstrafen: Ethereum invalidiert automatisch alle Beweise eines gestraften Prüfers, bis sie sich in einem auszahlbaren Zustand befinden, was nach 8192 Epochen der Fall ist. Für die heutigen 32 ETH Prüfer entspricht diese Strafe 0,0564 ETH.
• [ ] Inaktive Auslassungsstrafe: Wenn die Kette nicht finalisiert wurde, erleidet ein gestrichener Prüfer zusätzliche Kosten. Ein 32 ETH-Prüfer wird einen Verlust von 0,0157 ETH erleiden, wenn 128 Epochen fehlen.
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Wenn die insgesamt gestakten ETH um bis zu 1% reduziert wird und inaktive Auslassungen 128 Epochen nicht überschreiten, könnte ein 32 ETH Validator einen Verlust von bis zu etwa 1,04 ETH erleiden, was nur etwa 3,25% ihres Guthabens ausmacht.

Dies bedeutet, dass abgesehen von besonderen groß angelegten Slashing-Ereignissen die Mehrheit der von einem einzelnen unabhängigen Validator gehaltenen ETH nicht gefährdet ist, selbst wenn der Validator sich in willkürlichem Fehlverhalten engagiert.

Vorherige Arbeit

In diesem Zusammenhang haben viele Projekte die Praxis der liquiden Staking-Token (LST) erforscht:

• Justin Drake schlug einen LST-Mechanismus für unabhängige Prüfer vor, der auf vertrauenswürdiger Hardware (SGX) basiert, um Strafen für Slashing zu verhindern.
• [ ] Dankrad Feist führte ein zweistufiges Staking-System mit separaten Ebenen für geschlitzte und nicht geschlitzte Gelder ein.
• Lido ermöglicht ETH-Inhabern, ihre ETH an Knotenbetreiber zu "verleihen", ohne dass diese Betreiber die Gelder veruntreuen. Ihr "Community-Staking-Modul" unterstützt die unerlaubte Teilnahme unabhängiger Stakeholder, die Sicherheiten hinterlegen.
• [ ] Rocket Pool ermöglicht es unabhängigen Validatoren, bis zu 24 ETH für jeweils 8 ETH zu leihen, die sie zur Verfügung stellen. Sie müssen jedoch auch RPL-Token einsetzen (mindestens 10% des geliehenen Betrags) und anteilig Validator-Belohnungen teilen.
• [ ] frxETH ermöglicht es einzelnen anonymen Prüfern, bis zu 24 ETH für jeweils 8 ETH, die sie bereitstellen, zu leihen, aber die geliehenen ETH können nur verwendet werden, um neue Prüfer zu erstellen.
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Die einzigartigen Vorteile von SOLO für unabhängige Validatoren:

• Es ermöglicht Prüfern, Prüfer mit nur 1,25 ETH zu erstellen.
• Es unterstützt die Ausgabe eines einzigen, homogenen LST für jeden Überprüfer, ohne sich auf vertrauenswürdige Hardware, Governance, eine berechtigte Gruppe von Betreibern oder zusätzliche Token-Staking zu verlassen.
• Es entschädigt LST-Inhaber für den Zeitwert von Ethereum und das Ausfallrisiko durch marktbasierte Finanzierungssätze.
• [ ] Es sind keine Änderungen an Ethereum erforderlich, außer den Pectra-Updates, EIP-7002 und EIP-7251.
• Es gleicht dynamisch die potenziellen Risiken aus, die durch einen 51-%-Angriff auf Ethereum entstehen, indem ein Mechanismus verwendet wird, der verhindert, dass große Prüfer übermäßige Stakes ansammeln.
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Protokollübersicht

Dieser Mechanismus orientiert sich an synthetischen Stablecoin-Systemen wie RAI. Node-Betreiber fungieren als Kreditnehmer und prägen einen Liquid Staking Token (LST) namens SOLO gegen das von Prüfern gestakte ETH, während SOLO-Inhaber als Kreditgeber dienen. Wenn die „Schuld“ eines Prüfers in Bezug auf ihren Einsatz zu hoch wird, werden sie liquidiert und zur Rücknahme gezwungen. Dynamische Finanzierungsraten entschädigen SOLO-Inhaber für den Zeitwert des zugrunde liegenden ETH und das Risiko von faulen Krediten und halten den Token-Preis nahe an 1 ETH.

Das Protokoll definiert ein Loan-to-Value (LTV)-Verhältnis, bei dem das Kollateral für das Darlehen der effektive Saldo des Validators auf der Ethereum-Konsensschicht ist, der sich aufgrund von SOLO-Prägung, Finanzierung, Strafen oder Validator-Belohnungen dynamisch ändert. Die Liquidationsschwelle liegt unter dem maximal zulässigen LTV und ist weniger als 100%.

Wir schätzen den maximalen LTV auf 96,1%, mit der Liquidationsschwelle bei 96,4%.

Prägen und Verbrennen

Um SOLO zu prägen, muss das Abzugsberechtigungsnachweis eines Validators auf einen Agentenvertrag verweisen, der vom Protokoll kontrolliert wird. Der Betreiber kann den Validator registrieren, indem er die Funktion „registrieren“ aufruft. Anschließend kann der Betreiber den Validator prägen, indem er „prägen“ aufruft. Das Protokoll bietet auch eine Methode „deploy“, um atomar 32 ETH vom Aufrufer zu übertragen, einen neuen Validator über den Einzahlungsvertrag von Ethereum zu deployen, den Abzugsberechtigungsnachweis auf den Agentenvertrag zu setzen, ihn zu registrieren und SOLO in einer Transaktion zu prägen.

Für Auszahlungen initiieren die Betreiber einen vollständigen Ausstieg, indem sie einen freiwilligen Ausstieg auf der Konsensebene auslösen oder die Auszahlungsfunktion aufrufen. Teilweise Auszahlungen können nur durch Abhebungen ausgelöst werden, wodurch sichergestellt wird, dass die Liquiditätsschwelle nicht erreicht wird. Ähnlich wie bei der Liquidation beruhen diese Aktionen auf EIP-7002. Nach Abschluss der Auszahlung ruft der Betreiber die Claim-Funktion auf, um ETH aus dem Einsatz zu erhalten.

Liquidation und Slashing

Wenn das Kollateralverhältnis eines Prüfers unter 1 fällt, wird er zur Liquidation berechtigt, und die Liquidation erfolgt, wenn seine LTV den Liquidationsschwellenwert überschreitet. Sobald die Bedingungen erfüllt sind, kann jeder den Liquidationsprozess auslösen, indem er die Liquidate-Methode beim Prüfer aufruft. Dieser Aufruf löst den Abzug des Prüfers aus. Nach Abschluss des Abzugs versteigert der Vertrag die erhaltenen ETH an SOLO-Inhaber, um die Schulden des Prüfers zu begleichen. Überschüssige ETH kann an den Prüfer zurückgegeben werden (oder von dem Protokoll als Liquidationsgebühr einbehalten werden). Neben der Entschädigung für das Slashing tragen SOLO-Inhaber das Risiko von uneinbringlichen Forderungen. Am Ende des Slashing-Prozesses erhält das Protokoll jegliche verbleibende gestakte ETH vom bestraften Prüfer. Das Protokoll versteigert dann die ETH für SOLO, um die Schulden des geschnittenen Prüfers zu begleichen, was einem ähnlichen Prozess wie der Liquidation folgt.

Finanzierungssätze

Wir schlagen eine dynamische, marktbasierte Finanzierungsrate vor. SOLO-Minter (Schuldner) zahlen diese Rate an SOLO-Halter (Kreditgeber). Es funktioniert durch eine proportionale Erhöhung der Schulden und SOLO-Halter profitieren durch kontinuierliche Token-Rebase (ähnlich wie stETH von Lido). Wenn der Preis von SOLO unter 1 ETH fällt, steigt die Finanzierungsrate und macht SOLO attraktiver zu halten. Umgekehrt, wenn der Preis von SOLO über 1 ETH steigt, sinkt die Finanzierungsrate und reduziert die Attraktivität, SOLO zu halten. In extremen Fällen, in denen SOLO für einen längeren Zeitraum unter 1 ETH bleibt, wird die Finanzierungsrate schließlich auf ein Niveau steigen, das alle Positionen liquidieren lässt. Die Rate kann auf 0% begrenzt werden, ohne negative Anpassung.

Um eine lang anhaltende Entkopplung zu verhindern, ermöglicht das Protokoll eine unendliche Prägung von SOLO im Verhältnis 1:1 gegenüber dem nativen ETH, solange der Finanzierungssatz 0% beträgt. Jeder kann unter diesen Bedingungen SOLO im Verhältnis 1:1 gegen ETH umtauschen. Diese ETH-Reserve muss aufgebraucht sein, bevor der Finanzierungssatz über 0% steigen kann.

In der Praxis kann jede Erhöhung der Protokollrenditen einen Anstieg der Nachfrage nach SOLO auslösen, was wiederum den Finanzierungssatz treibt. Das Gegenteil ist ebenfalls wahr. Mit niedrigeren Schwellenwerten wird dieser Selbstausgleichmechanismus effizienter. Dennoch ermöglicht SOLO Prüfern, geliehene Mittel in höher rentable Möglichkeiten einzusetzen und gleichzeitig ihre Prüfer zu betreiben. Wenn diese Renditen in Kombination mit Prüferbelohnungen die Kapitalkosten übersteigen, kann dies eine potenziell profitable Strategie sein.

Prüfer (Anti-Zentralisierungsmechanismus)

Diese Lösung verwendet ein Flash-Darlehensmodell, das es Benutzern ermöglicht, Prüfer direkt über DEXs und Flash-Darlehensdienste bereitzustellen. Mit einem maximalen LTV von 96,1% beträgt der erforderliche Mindestbetrag etwa 1,25 ETH und senkt damit erheblich die Kosten für unabhängige Prüfer.

Durch die Reduzierung der Kosten für die Erstellung von Validatoren fördert das Protokoll die Dezentralisierung und einen Anstieg kleiner Validatoren. Es kann jedoch auch die Kosten für die Anhäufung großer Einsätze senken, die im Falle eines erfolgreichen 51%-Angriffs sogar ein Risiko für Ethereum darstellen könnten. Während theoretisch sowohl Angreifer als auch ehrliche Benutzer von diesem Protokoll profitieren können, ist es wahrscheinlicher, dass konspirative Angreifer diesen Vorteil effektiv ausnutzen. Um dieses Risiko zu mindern, schlagen wir einen Anti-Zentralisierungsmechanismus vor: eine dynamische Leverage-Anpassung, die den maximalen LTV automatisch senkt, wenn der Anteil des Protokolls an den gesamten eingesetzten ETH wächst.

Betrachten Sie den „marginalen LTV“ eines einzelnen Validators - das Verhältnis der Menge an SOLO, die für jede neue Einheit ETH als Sicherheit geprägt wird. Für alle, die das Protokoll noch nicht verwendet haben, ist ihr marginaler LTV gleich dem maximalen LTV. Aber für alle, die das Protokoll bereits verwendet haben (insbesondere große Teilnehmer) ist die Berechnung unterschiedlich. Aufgrund des Anti-Zentralisierungsmechanismus erhöht jede zusätzliche Einheit an hinterlegter Sicherheit den LTV ihres gesamten Einsatzes, was sie dazu veranlasst, zusätzliche Sicherheiten zu hinterlegen, um all ihre bestehenden SOLO-Schulden zu unterstützen. Dies bedeutet, dass der marginale LTV für große Validators tatsächlich niedriger ist als der von kleineren Validators. Benutzer, die bereits eine große Menge an Sicherheiten hinterlegt haben, stehen im Vergleich zu kleineren Benutzern einem niedrigeren marginalen LTV gegenüber. Das Diagramm unten veranschaulicht die beiden Effekte des Anti-Zentralisierungsmechanismus. Die rote Linie stellt den marginalen LTV für kleine Stakeholder dar, die SOLO als Funktion des gesamten gestakten Prozentsatzes unter Verwendung von SOLO verwenden. Die blaue Linie zeigt den marginalen LTV für Stakeholder, die bereits die Hälfte des SOLO-Vorrats kontrollieren.

Wichtig ist, dass dieser Mechanismus nicht auf identitätsbasierten Anti-Sybil-Mechanismen beruht. Angreifer können ihn nicht umgehen, indem sie ihre Bestände auf mehrere Prüfer verteilen oder eine große Menge ETH in einen einzigen Prüfer konsolidieren. Dieser Anti-Zentralisierungsmechanismus bietet einen wirtschaftlichen Anreiz für große Staker, Anteile über SOLO zu akkumulieren.

SOLO befasst sich mit den Hauptproblemen unabhängiger Validatoren: hohe Einstiegshürden und begrenzte Liquidität für ihre gesteckten Vermögenswerte. Zusammenfassend glauben wir, dass dieser Mechanismus die Solo-Validierung attraktiver machen kann.

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