Разделение функций Proposer и Builder

Что такое разделение функций предлагающего и строителя блока?

Разделение функций предлагающего и строителя блока (Proposer-Builder Separation, PBS) — ключевая архитектурная инновация в консенсусе Ethereum, возникшая в процессе развития Ethereum 2.0. PBS направлено на решение проблем усложнения и централизации при производстве блоков за счёт чёткого разграничения ролей в процессе их создания.

В прежних системах Proof of Work и ранних версиях Proof of Stake майнеры и валидаторы одновременно предлагали и формировали содержимое блоков: определяли порядок, а также проверяли транзакции. Такая совмещённая ответственность приводила к неэффективности и рискам централизации, поскольку участники с большими ресурсами или узкоспециализированными знаниями получали заметные преимущества.

PBS принципиально изменяет подход, разделяя эти задачи на две самостоятельные роли. Строители блоков занимаются исключительно формированием содержимого блока, включая упорядочивание и валидацию транзакций. Предлагающие блоки отвечают за подачу новых блоков для включения в блокчейн, поддерживая его целостность и непрерывность.

В настоящее время PBS находится на этапе активных исследований. Внедрение этой архитектуры ожидается в ближайшие годы — в рамках эволюции Ethereum, нацеленной на повышение масштабируемости и децентрализации.

Обязанности предлагающих и строителей блоков

В рамках PBS формируются две специализированные роли с отдельными функциями и техническими требованиями.

Строители блоков работают на уровне транзакций. Они мониторят мемпул, собирают ожидающие транзакции и тщательно проверяют их на соответствие лимитам газа, корректности nonce и подписям. После проверки строители формируют структуру блока, стратегически определяя порядок транзакций для оптимального использования пространства и эффективности по газу.

Порядок транзакций особенно важен: строители должны учитывать максимизацию ценности, справедливость для пользователей и эффективность сети. После формирования структуры блока строители передают данные предлагающим через стандартизированный интерфейс, конкурируя с другими за выбор их блоков.

Предлагающие блоки работают на более высоком уровне консенсуса. Они получают структуры блоков от разных строителей, выбирают одну для включения в следующий блок и добавляют необходимые метаданные в заголовок блока — хэш родительского блока, метку времени, корень состояния и другие данные консенсуса.

Предлагающие также проверяют корректность содержимого блока: формат транзакций, ограничение по размеру и соответствие правилам консенсуса. Затем они распространяют блок по сети для валидации и включения в цепь.

Как разделение функций предлагающего и строителя блока влияет на максимизируемую извлекаемую ценность (MEV)?

Максимизируемая извлекаемая ценность (Maximal Extractable Value, MEV) — это прибыль, которую майнеры или валидаторы получают, стратегически располагая, включая или исключая транзакции в блоке. В экосистеме Ethereum MEV особенно актуальна для приложений DeFi, где порядок транзакций может напрямую влиять на торговлю и арбитраж.

Текущий ландшафт MEV приводит к негативным последствиям: фронтраннинг — когда наблюдающие валидаторы или майнеры размещают свои транзакции раньше других ради прибыли на изменении цены — становится частым явлением. Это увеличивает комиссии и даёт преимущество крупным участникам с продвинутой инфраструктурой MEV.

PBS меняет динамику извлечения MEV, перераспределяя возможности между двумя ролями. Строители блоков берут на себя задачу упорядочивания и включения транзакций — они получают основные возможности по извлечению MEV. Формируется конкурентный рынок, где строители соревнуются за создание наиболее ценных структур блоков для предлагающих.

Конкуренция строителей может повысить эффективность стратегий MEV и сделать распределение ценности более справедливым. Строители разрабатывают специализированные методы поиска и извлечения MEV, а предлагающие выбирают наиболее ценные структуры.

Кроме того, PBS может снизить распространенность вредных практик, например фронтраннинга, делая процесс MEV более прозрачным и конкурентным. Однако, несмотря на значительные изменения, PBS не решает все вопросы MEV полностью. С появлением новых стратегий и динамики потребуется дальнейшее исследование и дополнительные меры для устранения сохраняющихся проблем.

Масштабирование с PBS и Danksharding

Danksharding — это важная инновация на пути масштабирования Ethereum, разработанная исследователем Данкрадом Файстом. В обновлении Ethereum 2.0 этот подход к шардингу предлагает новый способ масштабирования блокчейна, разделяя его на несколько малых цепей — «шардов», способных обрабатывать транзакции и смарт-контракты независимо и параллельно.

Danksharding, в отличие от традиционного шардинга, упрощает архитектуру за счёт акцента на доступности данных, а не на шардинге исполнения. Каждый шард функционирует параллельно с другими, что позволяет увеличить пропускную способность сети без необходимости обрабатывать все транзакции каждым валидатором во всех шардах.

PBS и Danksharding преследуют общую цель — повышение масштабируемости, безопасности и эффективности Ethereum, но реализуют её по-разному. PBS оптимизирует производство блоков через разделение ролей, а Danksharding увеличивает общую пропускную способность благодаря параллельной обработке транзакций в разных шардах.

Эти нововведения дополняют друг друга и могут работать синергично в архитектуре Ethereum. Danksharding расширяет горизонтальную пропускную способность, распределяя обработку транзакций, а PBS — оптимизирует вертикальную эффективность производства блоков в каждом шарде или основной цепи.

В системе с PBS и Danksharding строители блоков могут специализироваться на создании оптимальных структур блоков, максимально используя доступность данных благодаря шардингу. Предлагающие блоки координируют работу между шардами, обеспечивая согласованность и безопасность сети. Такое сочетание формирует более устойчивую и масштабируемую инфраструктуру, решая задачи по пропускной способности и оптимизации ресурсов.

Преимущества разделения функций предлагающего и строителя блока

PBS приносит Ethereum ряд важных преимуществ, способствующих долгосрочным целям масштабируемости и децентрализации.

Эффективность и масштабируемость: Разделение обязанностей позволяет каждой роли специализироваться и оптимизировать задачи. Строители совершенствуют алгоритмы транзакций и стратегии MEV, предлагающие — поддерживают консенсус и безопасность. Специализация повышает эффективность использования ресурсов и производительность сети.

Децентрализация: PBS снижает барьеры для участия, позволяя участникам специализироваться на одной роли. Те, кто не обладает необходимыми ресурсами или экспертизой для обеих функций, могут внести свой вклад, сосредоточившись на одной из них. Это способствует децентрализации и снижает риски концентрации вокруг ограниченного числа валидаторов.

Распределение MEV: PBS создаёт конкурентный рынок строителей блоков, что ведёт к более эффективному и справедливому распределению MEV. Вместо того чтобы MEV доставался только самым развитым валидаторам, рыночные механизмы позволяют распределять ценность шире, что уменьшает негативные эффекты для пользователей.

Конкуренция и инновации: Разделение формирует отдельные конкурентные среды для строителей и предлагающих. Строители блоков соревнуются за создание самых ценных и эффективных структур, что стимулирует инновации в алгоритмах упорядочивания и оптимизации транзакций, повышая производительность и снижая расходы.

Оптимизация ресурсов: PBS позволяет участникам сети лучше распределять свои ресурсы: владельцы мощных вычислительных систем фокусируются на строительстве блоков, крупные стейкхолдеры — на предложении блоков. Это способствует более рациональному использованию коллективных ресурсов.

Ограничения разделения функций предлагающего и строителя блока

Несмотря на значительные преимущества, PBS сопровождается рядом вызовов и ограничений, которые требуют внимательного анализа и решения.

Сложность системы: Внедрение PBS увеличивает сложность архитектуры блокчейна. Координация между строителями и предлагающими требует новых протоколов, каналов коммуникации и валидационных механизмов. Это усложняет внедрение и поддержку, а также может создать новые точки уязвимости или сбоя.

Неполное решение MEV: PBS перераспределяет MEV между строителями и предлагающими, но не устраняет негативные эффекты полностью. В условиях PBS могут возникать новые стратегии и динамика MEV с другими сложными аспектами: строители могут использовать новые методы, невыгодные для пользователей; возможен сговор между строителями и предлагающими, что усиливает риски централизации.

Риски централизации: Разделение труда по PBS может привести к централизации. Если строительство блоков приносит значительные выгоды от масштаба — например, благодаря крупной инфраструктуре или эксклюзивным методам MEV — небольшое число строителей может доминировать. Аналогично, крупные стейкхолдеры среди предлагающих получают больше влияния, что подрывает децентрализацию.

Координационные сложности: PBS зависит от эффективной координации между строителями и предлагающими, что может вызывать задержки и узкие места. Дополнительные коммуникационные издержки увеличивают время производства блока, что может снижать производительность сети при высокой нагрузке.

Сложная система стимулов: Проектирование справедливых стимулов для строителей и предлагающих — сложная задача. Система должна обеспечивать адекватное вознаграждение обеим сторонам и предотвращать злоупотребления. Балансировка затрудняется динамикой MEV и изменяющимися условиями рынка. Ошибки в системе стимулов ведут к неэффективному поведению: строители могут скрывать ценные транзакции, а предлагающие — необъективно выбирать строителей.

Риски внедрения и перехода: Переход к архитектуре PBS требует тщательной подготовки. В переходный период возможны временные уязвимости или снижение эффективности. Важно обеспечить совместимость для действующих валидаторов и инфраструктуры, что сопряжено с техническими трудностями.

FAQ

Что такое PBS? Почему это важно?

PBS разделяет роли предложения блока и формирования транзакций в консенсусе Ethereum. Это снижает вредное извлечение MEV и усиливает безопасность благодаря справедливому порядку транзакций и устойчивости к цензуре.

Как PBS решает проблему MEV?

PBS снижает MEV, отделяя предложение блока от его формирования, минимизируя стимулы для приоритизации выгодных транзакций. Такое разделение обеспечивает беспристрастный порядок и ограничивает возможности эксплуатации MEV.

Каковы роли и обязанности предлагающих и строителей в PBS?

Предлагающие подают новые блоки и валидируют цепь, строители — формируют блоки, выбирая и упорядочивая транзакции. Разделение усиливает безопасность, устойчивость к цензуре и защиту от MEV благодаря специализации.

Как PBS связано с PoS Ethereum?

PBS разделяет роли производства блоков в PoS Ethereum: строители формируют и упорядочивают транзакции, предлагающие валидируют блоки и участвуют в голосовании по консенсусу. Это повышает эффективность и безопасность сети.

Как внедрение PBS повлияет на децентрализацию и безопасность блокчейна?

PBS усиливает децентрализацию и безопасность, снижая контроль отдельных узлов над порядком транзакций. Это предотвращает манипуляции со стороны предлагающих, укрепляет устойчивость и защиту сети от цензуры.

Какие проекты или протоколы внедрили или планируют внедрить PBS?

Ethereum реализовал PBS в обновлениях Danksharding. Ряд протоколов внедряет PBS для повышения децентрализации и эффективности. К 2026 году PBS используется в шардах Ethereum и принят многими решениями второго уровня.