Separação entre Proposer e Builder

O que é a Proposer-Builder Separation?

A Proposer-Builder Separation (PBS) constitui uma inovação central na arquitetura do mecanismo de consenso do Ethereum, introduzida durante o desenvolvimento do Ethereum 2.0. Este conceito aborda os desafios crescentes de complexidade e centralização na produção de blocos, ao estabelecer uma divisão clara de funções no processo de criação de blocos.

No sistema anterior de Proof of Work e na fase inicial da implementação de Proof of Stake do Ethereum, os mineiros ou validadores eram responsáveis por propor novos blocos e construir o respetivo conteúdo, incluindo a ordenação e validação das transações. Esta acumulação de responsabilidades gerava ineficiências e promovia a centralização, beneficiando entidades com mais recursos computacionais ou conhecimento técnico específico.

O enquadramento PBS revolucionou este modelo ao separar estas tarefas em dois papéis especializados. Os block builders dedicam-se exclusivamente à composição do conteúdo do bloco, incluindo a ordenação e validação das transações. Os block proposers, por sua vez, concentram-se na proposta de novos blocos para a blockchain, assegurando a continuidade e integridade da cadeia.

Esta separação encontra-se numa fase avançada de pesquisa e deverá ser concluída e integrada nos próximos anos, acompanhando a evolução do Ethereum em direção a uma maior escalabilidade e descentralização.

Responsabilidades dos Block Proposers e Block Builders

Com o PBS, surgem dois papéis altamente especializados, cada um com funções e requisitos técnicos próprios.

Block Builders atuam ao nível das transações, com tarefas críticas que incluem a monitorização contínua do mempool para recolher transações pendentes, validação rigorosa de cada transação — garantindo limites de gas, valores de nonce e assinaturas válidas — e a agregação destas transações num corpo de bloco estruturado. Estes builders tomam decisões estratégicas sobre a ordenação das transações, visando otimizar o espaço do bloco e a eficiência do gas.

A ordenação é essencial, pois os block builders devem equilibrar a maximização do valor das transações incluídas, a equidade entre utilizadores e a eficiência da rede. Após construir o corpo do bloco, os builders disponibilizam esta estrutura aos block proposers através de uma interface normalizada, competindo entre si para que os seus blocos sejam selecionados.

Block Proposers intervêm numa camada superior do consenso, recebendo corpos de bloco de diferentes builders e escolhendo qual será incluído no próximo bloco. Os proposers criam o bloco completo, acrescentando metadados essenciais no cabeçalho, como o hash do bloco anterior, timestamp, state root e outros dados relevantes para o consenso.

Além disso, os proposers realizam verificações de validação, assegurando a integridade do corpo de bloco fornecido pelos builders, incluindo o formato correto das transações, o cumprimento dos limites de tamanho e o respeito por todas as regras de consenso. Por fim, os proposers transmitem o bloco completo à rede, para validação e inclusão na blockchain.

Como pode a Proposer-Builder Separation impactar o Maximal Extractable Value?

Maximal Extractable Value (MEV) refere-se ao lucro que mineiros ou validadores podem obter ao ordenar, incluir ou excluir transações de forma estratégica nos blocos que produzem. No ecossistema do Ethereum, o MEV tornou-se um tema central, principalmente nas aplicações de DeFi, onde a ordenação das transações influencia diretamente operações de trading e oportunidades de arbitragem.

O panorama atual do MEV gerou vários efeitos negativos para os participantes da rede. O frontrunning, em que validadores ou mineiros antecipam-se a transações pendentes para lucrar com variações de preço, tornou-se frequente. Tal prática eleva as taxas de transação dos utilizadores comuns e favorece grandes operadores com infraestruturas avançadas de extração de MEV.

A Proposer-Builder Separation transforma a dinâmica da extração de MEV ao redistribuir oportunidades e responsabilidades entre dois papéis distintos. Com os block builders responsáveis exclusivos pela ordenação e inclusão das transações, concentram-se neles as principais oportunidades de extração de MEV. Esta separação cria um mercado competitivo na construção de blocos, em que vários builders disputam pela criação dos blocos mais valiosos para os proposers.

Esta concorrência pode favorecer estratégias de extração de MEV mais eficientes e uma distribuição potencialmente mais justa do valor MEV pela rede. Builders podem criar técnicas especializadas para identificar e capturar MEV, enquanto os proposers escolhem os corpos de bloco mais valiosos apresentados.

Adicionalmente, o PBS pode diminuir a prevalência de práticas prejudiciais como o frontrunning, tornando o processo de extração de MEV mais transparente e competitivo. Contudo, é importante salientar que o PBS, apesar de alterar significativamente este contexto, não elimina todos os problemas associados ao MEV. Novas estratégias e dinâmicas podem surgir, exigindo investigação contínua e possíveis mecanismos adicionais para mitigar preocupações futuras.

Escalabilidade com Proposer-Builder Separation e Danksharding

Danksharding é outra inovação fundamental no plano de escalabilidade do Ethereum, nomeada pelo investigador Dankrad Feist. Esta abordagem de sharding, introduzida no Ethereum 2.0, propõe uma nova forma de escalar a blockchain, dividindo-a em várias cadeias mais pequenas, os chamados "shards", que processam transações e contratos inteligentes de forma independente e paralela.

Ao contrário dos modelos tradicionais de sharding, o Danksharding simplifica o desenho ao privilegiar a disponibilidade de dados em detrimento da execução. Cada shard funciona paralelamente aos restantes, permitindo um aumento substancial da capacidade de processamento, sem que todos os validadores tenham de processar todas as transações em todos os shards.

Proposer-Builder Separation e Danksharding partilham o objetivo de aumentar a escalabilidade, segurança e eficiência do Ethereum, embora por vias distintas. O PBS otimiza a produção de blocos ao promover especialização, e o Danksharding aumenta a capacidade da rede através do processamento paralelo de transações em múltiplos shards.

Estas duas inovações complementam-se e podem operar sinergicamente na arquitetura do Ethereum. O Danksharding expande a capacidade horizontal ao distribuir o processamento entre shards, enquanto o PBS aprimora a eficiência vertical da produção de blocos em cada shard ou na cadeia principal.

Numa implementação conjunta, os block builders podem especializar-se na criação de corpos de bloco otimizados para a maior disponibilidade de dados proporcionada pelo sharding. Os block proposers, por sua vez, podem coordenar entre shards e garantir a segurança e coerência global da rede. Esta conjugação oferece uma infraestrutura mais robusta e escalável, capaz de superar limitações de throughput e desafios de utilização de recursos.

Quais são as vantagens da Proposer-Builder Separation

A Proposer-Builder Separation proporciona benefícios significativos para os objetivos de escalabilidade e descentralização do Ethereum.

Eficiência e escalabilidade aprimoradas: Ao separar tarefas, o PBS permite que cada papel se especialize e otimize as suas funções. Block builders concentram-se em algoritmos avançados de ordenação de transações e estratégias de extração de MEV, enquanto proposers asseguram o consenso e a segurança. Esta especialização resulta numa melhor utilização dos recursos e desempenho superior da rede.

Descentralização reforçada: O PBS facilita a participação na rede, permitindo que cada interveniente se especialize na construção ou proposta de blocos. Quem não dispõe de recursos ou conhecimento para ambas as funções pode contribuir focando-se num único papel. Esta acessibilidade promove a descentralização e reduz o risco de concentração em torno de validadores dominantes.

Distribuição mais eficiente do MEV: O PBS cria um mercado competitivo para a construção de blocos, podendo resultar numa distribuição mais justa e eficiente do MEV. Em vez de ser capturado por validadores com infraestruturas avançadas, o valor MEV pode ser distribuído por mecanismos de mercado, mitigando impactos negativos para utilizadores comuns.

Maior competitividade e inovação: A separação gera ambientes de competição distintos para builders e proposers. Block builders disputam pela criação de blocos mais valiosos e eficientes, impulsionando a inovação em ordenação e otimização de transações. Esta concorrência beneficia toda a rede, melhorando o desempenho e reduzindo custos.

Alocação mais eficaz de recursos: O PBS permite que participantes alocem recursos de acordo com as suas competências. Quem tem capacidade computacional pode focar-se na construção, enquanto quem detém participações relevantes pode dedicar-se à proposta, promovendo uma utilização mais eficiente dos recursos da rede.

Quais são as limitações da Proposer-Builder Separation

A Proposer-Builder Separation apresenta igualmente desafios e limitações que exigem análise e gestão rigorosa.

Complexidade acrescida do sistema: A introdução do PBS implica uma camada adicional de complexidade na arquitetura da blockchain. A coordenação entre builders e proposers requer novos protocolos, canais de comunicação e mecanismos de validação, tornando o sistema mais exigente de implementar e manter, e podendo introduzir novos pontos vulneráveis ou de falha que devem ser geridos cuidadosamente.

Solução incompleta para o MEV: Embora o PBS redistribua o MEV entre builders e proposers, não elimina totalmente os efeitos negativos da extração de MEV. Novas estratégias podem surgir, criando desafios diferentes mas igualmente complexos, como técnicas sofisticadas de builders que prejudicam utilizadores ou colusão entre builders e proposers, recriando riscos de centralização.

Riscos de centralização: A separação de funções no PBS pode, em certos cenários, favorecer a centralização. Vantagens de escala na construção de blocos — como infraestruturas de grande dimensão ou técnicas exclusivas de MEV — podem levar a que poucos builders dominem o mercado. Da mesma forma, proposers com stakes elevados podem influenciar desproporcionadamente a rede, contrariando os benefícios de descentralização pretendidos.

Desafios de coordenação: O PBS depende de uma coordenação eficaz entre builders e proposers, podendo introduzir latência ou estrangulamentos de desempenho. A comunicação necessária para submissão e validação de corpos de bloco acrescenta tempo ao processo, podendo impactar o desempenho numa rede de alto throughput.

Complexidade dos incentivos: Conceber estruturas de incentivos adequadas para builders e proposers é um desafio, pois é necessário garantir remuneração justa e evitar manipulação. O equilíbrio é difícil, dada a natureza dinâmica do MEV e a evolução do mercado, podendo incentivos desalinhados levar a comportamentos subótimos, como retenção de transações valiosas por parte dos builders ou favoritismo injusto dos proposers.

Riscos na implementação e transição: A migração para uma arquitetura PBS requer planeamento e execução cuidadosos. O período de transição pode introduzir vulnerabilidades ou ineficiências temporárias, e garantir compatibilidade retroativa e migração suave para validadores e infraestruturas existentes representa desafios técnicos relevantes.

Perguntas Frequentes

O que é a Proposer-Builder Separation (PBS)? Porque é relevante?

O PBS separa as funções de proposta de blocos e construção de transações na camada de consenso do Ethereum. Reduz a extração prejudicial de MEV e reforça a segurança da rede, promovendo ordenação justa das transações e resistência à censura.

Como resolve a Proposer-Builder Separation o problema do MEV (Maximal Extractable Value)?

A Proposer-Builder Separation reduz o MEV ao separar a proposta de blocos da sua construção, minimizando incentivos dos mineiros para priorizar transações lucrativas. Esta separação garante ordenação imparcial dos blocos e limita oportunidades de exploração do MEV.

No modelo PBS, quais os papéis e responsabilidades de proposers e builders?

Os proposers propõem novos blocos e validam a cadeia; os builders constroem blocos selecionando e ordenando transações. Esta separação reforça a segurança, resistência à censura e proteção contra o MEV, através de funções especializadas.

Qual a relação entre Proposer-Builder Separation e o mecanismo de consenso PoS do Ethereum?

A Proposer-Builder Separation divide as funções de produção de blocos no PoS do Ethereum. Builders organizam e ordenam transações; proposers validam blocos e participam na votação de consenso. Esta separação melhora a eficiência e segurança da rede.

Que impacto terá a implementação do PBS na descentralização e segurança da blockchain?

O PBS reforça a descentralização e segurança ao limitar o controlo individual sobre a ordenação das transações. Impede manipulação por parte dos proposers, fortalecendo a resiliência da rede e a resistência à censura.

Que projetos ou protocolos já implementaram ou pretendem implementar a Proposer-Builder Separation?

O Ethereum já integrou o PBS nos upgrades de Danksharding. Diversos protocolos estão a adotar o PBS para promover descentralização e eficiência. Em 2026, o PBS está ativo nas shard chains do Ethereum e adotado por várias soluções de camada 2.