1. O próximo desafio para Ethereum: a centralização do construtor

Ethereum é frequentemente considerada 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 dos construtores | Fonte: Relayscan)

No entanto, uma questão crítica muitas vezes negligenciada é a centralização do construtor. Os 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 grave ameaça 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 da construtora pode levar a vários problemas, como censura, rent-seeking e problemas de habitabilidade.

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

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 esse período, quando os buscadores identificavam MEV oportunidades no pool de membros, a única maneira de obter suas transações ou pacotes incluídos em um bloco era por meio de um leilão gás prioritário (PGA), onde eles licitam taxas de gás mais altas do que outros buscadores.

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

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

(Leilão de Flashbots | Fonte: Flashbots)

Para resolver as externalidades negativas de MEV na rede PoW Ethereum, os Flashbots introduziram o Flashbots Auction, consistindo em mev-geth e mev-relay. Os principais componentes foram: 1) colocar os mineradores na lista branca, 2) estabelecer um pool de membros privado e 3) implementar um sistema de leilão de lances lacrados.

Usuários e buscadores podiam enviar transações ou pacotes para o pool de membros privado do Flashbots Auction, que eram então enviados para mineradores na lista branca usando o cliente mev-geth por meio de um mev-relay centralizado. Os buscadores 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 buscadores usavam um pool de membros privado, de modo que suas ações não impactavam o mercado Ethereum gás e não conseguiam ver os lances de outros buscadores, reduzindo a concorrência. Consequentemente, o Flashbots Auction efetivamente reduziu 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 buscadores.

(Fonte: Flashbots)

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

2.2 Proof of Stake (PoS)

Em setembro de 2022, a rede Ethereum fez a transição 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, havia um problema crítico em adotar o Flashbots Auction diretamente: a lista branca.

Além PoW Ethereum, os mineradores possuíam fisicamente seu hardware, tornando o processo de lista de permissões relativamente simples. No entanto, com a mudança para PoS, uma ampla gama de entidades poderia participar da validação anônima, tornando a lista branca extremamente difícil.

Para lidar com as externalidades negativas da MEV no PoS Ethereum, os Flashbots introduziram um novo protocolo chamado MEV-Boost. O roteiro de rede Ethereum inclui a atualização 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 buscadores para criar o bloco completo mais valioso, enquanto os proponentes selecionam o bloco completo de maior lance 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-Impulsionar | Fonte: EigenLayer)

1. Bloquear 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 lucratividade. Em seguida, eles criam um bloco completo e enviam uma oferta para o revezamento.
2. O relé verifica a validade dos blocos recebidos das construtoras e os armazena.
3. O relay envia os cabeçalhos de bloco, juntamente com os lances, para o proponente.
4. O proponente seleciona o cabeçalho do bloco com o maior lance dentre os enviados pelo relé e o assina.
5. O relay revela o conteúdo completo do bloco correspondente ao cabeçalho assinado para o proponente.
6. O proponente submete o bloco completo à rede e recolhe o lance anexado 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 dos Flashbots, e os construtores de blocos apenas extraem o valor mais alto MEV e o enviam 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 serem 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% das 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 revezamento dos Flashbots e aliviando preocupações relacionadas, como censura.

3. Centralização do construtor

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 do construtor, mencionada anteriormente, permanece sem solução. Atualmente, cerca de 90% dos blocos de rede Ethereum 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 de ganha-ganha-tudo. Imagine que você é um pesquisador que identificou uma oportunidade de extração de MEV e a empacotou. 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 buscadores têm 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 as previsões de Taxa de gás 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 do MEV extraído para usuários e buscadores 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 obtém o EOF por meio 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 índices mostrados no gráfico. Usuários e buscadores 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 de mercado com prejuízo ou oferecer serviços para atrair usuários e buscadores de EOF. A primeira abordagem, conhecida como estratégia de subsídio em bloco, envolve a definição de lances mais altos do que os MEV lucros gerados pelos blocos de construção para aumentar a taxa de inclusão de blocos. Por exemplo, o construtor f1b usou com êxito essa estratégia para aumentar rapidamente sua contagem de buscadores.

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 construtoras tende a se centralizar. Embora a centralização de 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 questões como 1) censura, 2) rent-seeking e 3) problemas de habitabilidade.

A censura poderia ser potencialmente abordada por futuros recursos Ethereum protocolo como crList, que forçaria nativamente os construtores a incluir todas as transações conforme exigido pelos proponentes. No entanto, lidar com o rent-seeking 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 esses problemas, os Flashbots introduziram o protocolo Single Unifying Auction for Value Expression (SUAVE). (Vale a pena notar que o SUAVE não é a única solução potencial para a centralização do construtor; para uma variedade de outras soluções potenciais, veja 'Decentralizing the Builder Role') de Jon Charbonneau).

4. Aí vem SUAVE

4.1 TL; DR

SUAVE se concentra 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 construtores descentralizados extraiam inerentemente MEV entre domínios. Em segundo lugar, o SUAVE otimiza as condições para os usuários, manipulando preferências de forma privada e oferecendo uma parcela de MEV lucros.

4.2 Visão geral

(Visão geral da SUAVE | Fonte: Flashbots)

O SUAVE é um blockchain separado da rede Ethereum, oferecendo um serviço de pool de membros plug-and-play e construtor descentralizado que pode ser usado por várias redes. Isso permite que outras redes terceirizem os complexos processos de gerenciamento de pool de membros e construção descentralizada de blocos para a SUAVE. O SUAVE é composto por três componentes principais:

Ambiente de Preferência Universal

Usuários e buscadores enviam transações, pacotes, intenções e outras expressões de preferências para o pool de membros da SUAVE, em vez do pool de membros da rede original, juntamente com seus lances. No SUAVE, essas preferências são tratadas como um tipo de transação nativo. Ao agregar preferências de vários domínios em um único pool de membros, a probabilidade de execução ideal aumenta. Essa configuração beneficia os construtores, reduzindo as barreiras de entrada e aumentando os lucros potenciais.

Mercado de Execução Ótima

Executores (Searchers, Builders, etc.) monitoram o pool de membros SUAVE e competem para criar pacotes com as melhores condições de execução. Um conceito-chave introduzido aqui é o leilão de fluxo ordem (OFA).

No modelo tradicional MEV-Boost, MEV lucros fluem em uma única direção, de usuários para buscadores, construtores e proponentes. No entanto, com o OFA, os executores competem pelas preferências dos usuários, permitindo que os usuários também recebam uma parte dos lucros MEV. Essa estratégia é semelhante a serviços como o BackRunMe, que visam atrair mais EOF redistribuindo alguns MEV lucros para usuários e buscadores. Além disso, a SUAVE garante a privacidade das preferências em seus pool de membros, protegendo-as de ataques de MEV maliciosos.

A diferença é que, enquanto tais estratégias podem levar à centralização de construtoras específicas no mercado de construtores atual, a SUAVE incorpora o 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 posteriormente será incorporado ao SUAVE.

Construção de Bloquear descentralizada

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 totais que maximizam MEV lucros, que eles então repassam para validadores de várias redes.

Nem todos os validadores de outras redes podem usar o SUAVE, da mesma forma que nem todos os Ethereum validadores usam o MEV-Boost. Os validadores que ouvem o SUAVE podem aceitar blocos SUAVE e adicionar blocos lucrativos à sua rede. Caso não saibam, os construtores de blocos da SUAVE devem participar de um leilão gás prioritário (PGA) para que seus blocos sejam incluídos. Uma vez que as preferências são atendidas 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 como contratos inteligentes, permitindo a construção descentralizada de infraestrutura relacionada à MEV anteriormente centralizada. Por exemplo, diferentes métodos de construção de blocos ou leilões de fluxo ordem podem ser implementados como contratos inteligentes.

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

5. Resumo & Desafios à Frente

Em resumo, o SUAVE visa 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, ela possibilitará uma verdadeira descentralização de MEV, oferecendo os seguintes benefícios aos diversos participantes do ecossistema blockchain:

1. Usuários: Protegido contra ataques de MEV maliciosos através da privacidade e oferecido a melhor execução.
2. Construtores: podem competir de forma justa com outros construtores devido às transações de privacidade inerentes da SUAVE e aos leilões de fluxo de ordem (OFA), e ter acesso a preferências entre domínios, permitindo-lhes construir blocos mais lucrativos do que quando operam em 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 os blocos SUAVE provavelmente serão usados em redes L2 baseadas em Ethereum e Ethereum, seu nível de segurança idealmente deve 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 da EigenLayer.
2. Transações atômicas entre domínios: são não garantidas. É um desafio processar transações atomicamente em redes com diferentes tempos de bloqueio. 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 são compatíveis com SUAVE, incluindo blocos por meio de um leilão de gás prioritário (PGA) pode falhar.
3. Oracle Design: Um design de oráculo sofisticado é necessário para trazer com precisão e rapidez resultados de domínios externos para o SUAVE para liquidação. Oráculos devem ser pelo menos tão seguros quanto o SUAVE, pois podem se tornar vetores de ataque.
4. Experiência do Usuário: Uma UX amigável deve ser projetada para 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 sua visão, ela deve alcançar economias de escala. Muitos usuários de inúmeras redes precisam enviar suas preferências para a 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 no MEVM. Portanto, resta saber se esse grande sistema pode alcançar uma adoção significativa em muitas redes.

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